Descobrimos satélites naturais de satélites naturais de planetas ou planetas anões? Mesmo muito pequeno, ou de vida relativamente curta - por exemplo, cachos ao redor das luas de Saturno, alguns meteoritos orbitando as luas de Júpiter ou algo para orbitar Caronte? Ou é a estrela-planetas-luas o nível mais profundo de recursão orbital natural?
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Respostas:
Eu não acho que há qualquer no sistema solar. Temos cerca de 250 asteróides com luas . O anel de Rhea parece ser a única exceção.
Edit: Originalmente eu disse "uma lua com uma lua seria um sistema instável , devido à influência gravitacional do planeta". @Florian não concorda com isso. No entanto, a resposta é mais complexa do que apenas a esfera Hill.
Na primeira aproximação, a esfera de Hill fornece um raio no qual as órbitas ao redor da lua podem ser estáveis. O raio da nossa Colina da Lua é de 64000 km.
Para a nossa própria Lua, sabemos que a maioria das órbitas baixas é instável devido a mascons : concentrações de massa abaixo da superfície que tornam o campo gravitacional da Lua visivelmente desigual. Existem apenas quatro inclinações em que um objeto que orbita a Lua evita todos os mascons e seria estável: 27º, 50º, 76º e 86º.
Órbitas altas acima da Lua também não são seguras: acima de 1200 km e inclinações superiores a 39,6º, a gravidade da Terra interrompe a órbita do satélite. Observe que essas órbitas estão confortavelmente dentro da esfera da Colina da Lua.
Existem órbitas estáveis em altas inclinações e alta excentricidade:
Quanto a outras luas no sistema solar: a maioria delas é menor e orbita em torno de planetas maiores, então suas esferas Hill são pequenas e a gravidade do planeta também interromperá grande parte do volume dentro da esfera Hill.
As luas abaixo do limite em que sua gravidade é forte o suficiente para torná-las esféricas, terão problemas com campos gravitacionais desiguais. Mascons também podem estar presentes.
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Há uma resposta anterior aqui alegando que "uma lua com uma lua seria um sistema instável". Isso está incorreto.
Intuitivamente: é claro que os satélites podem ter satélites com órbitas estáveis a longo prazo. Pense na Terra orbitando o Sol e a Lua orbitando a Terra. A órbita da Lua (satélite de um satélite) é estável a longo prazo.
Mais rigorosamente:
A órbita do satélite de um satélite será estável se for profunda o suficiente dentro da esfera Hill , dentro da chamada verdadeira região de estabilidade. Os limites são um pouco confusos, mas a verdadeira região de estabilidade é geralmente o 1/3 a 1/2 mais baixo da esfera de Hill.
Se você observar o potencial gravitacional, a esfera de Hill é a área em que os contornos se tornam circulares. Profundamente nessa zona, as órbitas são estáveis a longo prazo:
Resumindo: a lua pode ter suas próprias luas se for grande o suficiente e distante o suficiente do planeta, e se as luas secundárias estiverem próximas o suficiente da lua principal.
Uma maneira de calcular a esfera Hill é dada na página wiki vinculada acima. Um pouco mais de matemática pode ser encontrada aqui:
http://www.jgiesen.de/astro/stars/roche.htm
Alguns artigos extras sobre a questão da estabilidade a longo prazo das órbitas dos satélites:
http://mnras.oxfordjournals.org/content/391/2/675.full
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/001910359190039V
http://mnras.oxfordjournals.org/content/373/3/1227.full
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É teoricamente possível que luas naturais de luas existam em órbitas estáveis. Há um artigo de 2018 que explora esse tópico. Seus cálculos mostram que várias luas no sistema solar são realmente teoricamente capazes de hospedar luas de luas de vida longa, incluindo Titã e Jápeto de Saturno, Calisto de Júpiter e Lua da Terra. No entanto, até o momento, tais luas de luas ainda não foram observadas. (Aliás, há uma lista de termos propostos para luas de luas, sendo os mais populares "submoon" e "moonmoon".)
Este artigo possui um bom resumo do artigo.
É verdade que a esfera de Hill é uma aproximação e que perturbações de outros corpos gravitacionais e radiação podem desestabilizar uma órbita mesmo dentro da esfera de Hill de um corpo. No entanto, é uma estimativa decente que se uma órbita estiver dentro da metade do raio da esfera de Hill, essa órbita seria estável por bilhões de anos.
O artigo apresenta alguns gráficos que mostram que existem algumas luas no sistema solar que podem ter submoons em escala de 10 km, estáveis por pelo menos a idade do sistema solar, sob a influência das marés planeta-lua-sub-lua:
Os autores do artigo observam, no entanto, que os gráficos acima não levam em conta instabilidades dinâmicas, como as distribuições incomuns de massa da Lua, perturbações Sol-Terra, interações dinâmicas entre luas em sistemas de múltiplas luas e eventos de dispersão dinâmica entre planetas.
A cordilheira equatorial de Iapetus pode sugerir a existência de uma sub-lua passada. Levison et al. (2011) teorizaram que essa crista é de uma colisão geradora de submoon, em que o submoon foi empurrado por marés para fora e o cinturão de detritos foi empurrado por marés para dentro para criar o cordão. Alternativamente, Dombard et al. (2012) teorizaram que o cinturão era causado por uma sub-lua em espiral para dentro e por ser fragmentado pela maré.
No entanto, ainda não vimos nenhuma sub-lua diretamente. Uma razão pode ser que eles são pequenos demais para serem vistos. Seria muito difícil avistar algo com 10 metros de largura orbitando a Lua, muito menos Titã.
Embora o fato de não termos visto nenhum desses maiores teoricamente possíveis sugira que possa haver outra razão pela qual eles não são comuns.
Por exemplo, pode ser muito difícil para eles se formarem, no caos de gás e poeira que circundam uma estrela-bebê. As marés também fazem com que as órbitas das luas se expandam ao longo do tempo, de modo que o que é confortável no setor de submarinas no momento não seria bilhões de anos atrás. Por exemplo, a Lua provavelmente se formou dentro de vários raios da Terra a partir do nosso planeta, que estaria muito perto do planeta para que uma sub-lua fosse viável. E talvez seja muito raro e improvável que uma lua capture um asteróide e faça com que ele se torne uma sub-lua.
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