No sistema solar existe um sol - no centro - muitos planetas, asteróides, objetos do cinturão de Kuiper e satélites, eles também são luas. Embora a maioria dos planetas possua satélites, e alguns objetos do cinturão de Kuiper e até mesmo asteróides também tenham seus próprios satélites, não há "satélites de satélites" conhecidos entre eles. Ou estamos sem sorte ou as regras fundamentais e extremamente importantes da astrofísica complicam sua formação e existência.
Quando tudo que você precisa manter em mente é um objeto enorme no espaço, as coisas parecem bastante simples. A gravidade será a única força de trabalho, e você pode colocar qualquer objeto em uma órbita elíptica ou circular estável ao seu redor. Nesse cenário, ao que parece, ele estará em sua posição para sempre. Mas outros fatores entram em jogo aqui:
- o objeto pode ter uma espécie de atmosfera ou um "halo" difuso de partículas ao redor;
- o objeto não será necessariamente estacionário, mas girará - provavelmente rapidamente - em torno de um eixo;
- este objeto não será necessariamente isolado como você pensava originalmente.
As forças das marés atuando na lua de Saturno, Enceladus, são suficientes para retirar sua crosta de gelo e aquecer as entranhas, de modo que o oceano subterrâneo irrompe centenas de quilômetros no espaço
O primeiro fator, a atmosfera, só faz sentido como último recurso. Normalmente, um objeto que orbita um mundo maciço e sólido sem atmosfera precisará apenas evitar a superfície do objeto e permanecerá indefinidamente. Mas se a atmosfera, mesmo que incrivelmente difusa, for aumentada, qualquer corpo em órbita terá que lidar com os átomos e partículas ao redor da massa central.
Mesmo que geralmente pensemos que nossa atmosfera tem um “fim” e que o espaço começa em uma certa altitude, a realidade é que a atmosfera apenas seca à medida que você sobe mais e mais. A atmosfera da Terra se estende por muitas centenas de quilômetros; até a Estação Espacial Internacional sairá de órbita e queimará se não a instarmos constantemente. Pelos padrões do sistema solar, um corpo em órbita deve estar a uma certa distância de qualquer massa para permanecer “seguro”.
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Não importa se é um satélite artificial ou natural; se orbitar um mundo com uma atmosfera substancial, ele sairá da órbita e cairá no mundo mais próximo. Todos os satélites em órbita baixa da Terra o farão, assim como o satélite Fobos de Marte
Além disso, o objeto pode girar. Isso se aplica a uma massa grande e a uma menor girando em torno da primeira. Há um ponto "estável" no qual ambas as massas são travadas de forma maré (ou seja, sempre frente a frente de um lado), mas qualquer outra configuração criará um "torque". Essa torção irá espiralar ambas as massas para dentro (se a rotação for lenta) ou para fora (se a rotação for rápida). Em outros mundos, a maioria dos satélites não nasce em condições ideais. Mas há mais um fator que precisamos considerar antes de mergulhar de cabeça no problema do "satélite dos satélites".
O modelo Plutão - Caronte mostra duas massas principais girando em torno uma da outra. Um sobrevôo dos "Novos Horizontes" mostrou que Plutão ou Caronte não têm satélites internos em relação às suas órbitas mútuas
O fato de o objeto não estar isolado é de grande importância. É muito mais fácil manter um objeto em órbita perto de uma única massa - como uma lua perto de um planeta, um pequeno asteróide perto de um grande ou Caronte perto de Plutão - do que manter um objeto em órbita perto de uma massa que orbita uma massa diferente. Este é um fator importante e não pensamos muito sobre isso. Mas vamos olhar para ele por um segundo da perspectiva do nosso planeta mais próximo do Sol, o planeta sem lua Mercúrio.
Mercúrio gira em torno de nosso Sol com relativa rapidez e, portanto, as forças gravitacionais e de maré que agem sobre ele são muito grandes. Se algo mais girasse em torno de Mercúrio, haveria muitos outros fatores adicionais.
1. O "vento" do Sol (um fluxo de partículas saindo) colidiria com Mercúrio e um objeto próximo a ele, tirando-os de órbita.
2. O calor que o Sol concede à superfície de Mercúrio pode levar à expansão da atmosfera de Mercúrio. Apesar de Mercúrio não ter ar, as partículas da superfície se aquecem e são lançadas no espaço, criando uma atmosfera, ainda que fraca.
3. Finalmente, há uma terceira massa que quer levar ao bloqueio final da maré: não apenas entre a massa baixa e Mercúrio, mas também entre Mercúrio e o Sol.
Portanto, para qualquer lua de Mercúrio, existem dois locais extremos.
Cada planeta que orbita uma estrela será mais estável quando as marés estão bloqueadas com ela: quando seus períodos orbital e rotacional coincidem. Se você adicionar outro objeto para orbitar ao planeta, sua órbita mais estável será travada mutuamente com o planeta e a estrela perto de L2
Se o satélite estiver muito perto de Mercúrio por uma série de razões:
- não gira rápido o suficiente para sua distância;
- Mercúrio não está girando rápido o suficiente para ser travado pelas marés com o Sol;
- suscetível à desaceleração do vento solar;
- estará sujeito a atrito significativo da atmosfera de Mercúrio, - eventualmente cairá na superfície de Mercúrio.
Quando um objeto colide com um planeta, ele pode levantar detritos e causar a formação de luas próximas. Foi assim que a Lua da Terra apareceu e os satélites de Marte e Plutão também apareceram.
Por outro lado, corre o risco de ser ejetado da órbita de Mercúrio se o satélite estiver muito longe e outras considerações se aplicam:
- o satélite está girando muito rápido para sua distância;
- Mercúrio gira muito rápido para ser travado de forma maré com o Sol;
- o vento solar dá velocidade adicional ao satélite;
- a interferência de outros planetas empurra o satélite para fora;
- o aquecimento do Sol fornece energia cinética adicional a um satélite definitivamente pequeno.
Dito isso, tenha em mente que muitos planetas têm suas próprias luas. Embora um sistema de três corpos nunca seja estável, a menos que você ajuste sua configuração aos critérios ideais, seremos estáveis por bilhões de anos nas condições certas. Aqui estão algumas condições que tornarão a tarefa mais fácil:
1. Pegue um planeta / asteróide de modo que a maior parte do sistema seja significativamente removida do Sol, de modo que o vento solar, os flashes de luz e as forças das marés do Sol sejam insignificantes.
2. Para que o satélite deste planeta / asteróide esteja próximo o suficiente do corpo principal para que não fique oscilando gravitacionalmente e não seja acidentalmente empurrado para fora durante outras interações gravitacionais ou mecânicas.
3. Que o satélite deste planeta / asteróide estava longe o suficiente do corpo principal para que as forças das marés, fricção ou outros efeitos não levassem à aproximação e fusão com o corpo original.
Como você deve ter adivinhado, existe um "doce alvo" em que a lua pode existir perto do planeta: várias vezes além do raio do planeta, mas perto o suficiente para que o período orbital não seja muito longo e ainda significativamente mais curto do que o período orbital do planeta em relação à estrela. Então, se você juntar tudo isso, onde estão os satélites dos satélites em nosso sistema solar?
Asteróides no cinturão principal e cavalos de Tróia próximos a Júpiter podem ter seus próprios satélites, mas eles próprios não se consideram como tais.
O mais próximo que temos são asteróides de Tróia com seus próprios satélites. Mas uma vez que eles não são "satélites" de Júpiter, isso não é totalmente apropriado. O que então?
A resposta curta: é improvável que encontremos algo assim, mas há esperança. Mundos gigantes gasosos são relativamente estáveis e distantes o suficiente do sol. Eles têm muitos satélites, muitos dos quais estão travados de forma maré com seu mundo original. As maiores luas serão as melhores candidatas a satélites. Eles deveriam ser:
- tão massivo quanto possível;
- relativamente removido do corpo original para minimizar o risco de colisão;
- não muito longe para não ser empurrado;
- e - isso é novo - bem separado de outras luas, anéis ou satélites que podem perturbar o sistema.
Quais luas em nosso sistema solar são mais adequadas para adquirir seus próprios satélites?
- Lua de Júpiter, Calisto: a mais externa de todas as grandes luas de Júpiter. Callisto, que fica a 1.883.000 quilômetros de distância, também tem um raio de 2.410 quilômetros. Ele viaja ao redor de Júpiter em 16,7 dias e tem uma velocidade de escape significativa de 2,44 km / s.
- Ganimedes, a lua de Júpiter: a maior lua do sistema solar (raio de 2634 km). Ganimedes está muito longe de Júpiter (1.070.000 quilômetros), mas não o suficiente. Ele tem a velocidade de escape mais rápida de todos os satélites do sistema solar (2,74 km / s), mas o sistema densamente povoado do planeta gigante torna extremamente difícil para os satélites de Júpiter adquirir satélites.
- A lua Iapetus de Saturno: não muito grande (734 quilômetros de raio), mas bastante distante de Saturno - a 3.561.000 quilômetros a uma distância média. Está bem separado dos anéis de Saturno e de outras grandes luas do planeta. O único problema é sua pequena massa e tamanho: a velocidade de escape é de apenas 573 metros por segundo.
- Titânia, satélite de Urano: Com um raio de 788 quilômetros, o maior satélite de Urano está a 436.000 quilômetros de Urano e completa sua órbita em 8,7 dias.
- Oberon do satélite de Urano: a segunda maior (761 quilômetros), mas a mais distante (584.000 quilômetros) grande lua completa sua órbita ao redor de Urano em 13,5 dias. Oberon e Titânia, no entanto, estão perigosamente próximos um do outro, então é improvável que a "lua da lua" apareça entre eles.
- Tritão do satélite de Netuno: este objeto capturado do cinturão de Kuiper é enorme (1355 km de raio), longe de Netuno (355.000 km) e maciço; o objeto precisa se mover a uma velocidade de mais de 1,4 km / s para deixar o campo de atração de Tritão. Talvez este seja nosso melhor candidato ao direito de possuir seu próprio satélite.
- Tritão, a maior lua de Netuno e um objeto capturado do cinturão de Kuiper, pode ser nossa melhor aposta em uma lua com sua própria lua. Mas a Voyager 2 não viu nada.
Com tudo isso, pelo que sabemos, não existem satélites em nosso sistema solar com seus próprios satélites. Talvez estejamos enganados e os encontremos no final do cinturão de Kuiper ou mesmo na nuvem de Oort, onde os objetos custam dez centavos a dúzia.
A teoria diz que tais objetos podem existir. Isso é possível, mas requer condições muito específicas. Quanto às nossas observações, elas ainda não apareceram em nosso sistema solar. Mas quem sabe: o universo está cheio de surpresas. E quanto melhores se tornam nossos recursos de pesquisa, mais surpresas encontraremos. Ninguém ficará surpreso se a próxima grande missão a Júpiter (ou outros gigantes gasosos) encontrar um satélite perto de um satélite. O tempo vai dizer.
ILYA KHEL
