¿Las lunas tienen lunas?

¿Hemos descubierto satélites naturales de satélites naturales de planetas o planetas enanos? Incluso muy pequeño, o relativamente de corta duración, por ejemplo, rizos alrededor de las lunas de Saturno, algunos meteoritos que orbitan las lunas de Júpiter, o algo para orbitar a Charon. ¿O son las lunas planetas estelares el nivel de recursión orbital más profundo que ocurre naturalmente?

natural-satellites

— SF.
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No tengo ninguna evidencia sólida, pero creo que una luna se define en parte por la órbita de un planeta y, de lo contrario, podría ser un satélite natural. Eso supone que el objeto no es atraído hacia la órbita de los planetas por su atracción mucho más fuerte.

— RhysW el

Tiendo a usar títulos que son más descriptivos que precisos de hecho; Tiendo a explicar más y mantener la nomenclatura adecuada en el cuerpo de la pregunta real. En cuanto a "asumir", bueno, ¡de eso se trata esta pregunta!

— SF.

¿A qué nivel quieres que paremos? Porque no creo que haya un límite de tamaño adecuado o un límite de cuántas iteraciones de objetos más pequeños que orbitan un poco más grande puede haber. Caso en cuestión, Rhea podría tener su propio sistema de anillos, lo que, de ser cierto, significaría que tiene pequeñas lunares entonces. También recuerdo esa cubierta de antena flotando alrededor de la EEI , aunque eso ya es un sistema de satélite artificial dual LOL. También hay algunas órbitas extrañas posibles, como las órbitas de herradura que pueden atrapar asteroides entre dos cuerpos. ;)

— TildalWave

@TildalWave: si hay algún nivel para los satélites naturales , me gustaría saberlo. (Los satélites artificiales como la cubierta de la antena no cuentan). Si Rhea tiene un anillo, eso sería lo que busco. Cualquier órbita periódica funcionaría, pero no hagas trampas como dos órbitas mínimamente elípticas superpuestas que hacen que los cuerpos se muevan en una trayectoria circular relativa entre sí a pesar de no interactuar realmente gravitacionalmente entre sí, solo siguiendo una trayectoria independiente alrededor de su planeta.)

— SF.

Francamente, no sé por dónde empezar a responder. Es un poco como preguntar cuántos engranajes pueden estar en un reloj y aún así mostrar que es la hora real. Los sistemas planetarios pueden ser tan complejos en teoría como somos capaces de imaginar, y tan complejos en realidad como podemos observar.

— TildalWave

Respuestas:

No creo que haya ninguno en el sistema solar. Tenemos alrededor de 250 asteroides con lunas . El anillo de Rea parece ser la única excepción.

Editar: Originalmente dije "una luna con luna sería un sistema inestable , debido a la influencia gravitacional del planeta". @Florian no está de acuerdo con esto. Sin embargo, la respuesta es más compleja que la esfera Hill sola.

En la primera aproximación, la esfera Hill proporciona un radio en el que las órbitas alrededor de una luna podrían ser estables. El radio de nuestra colina de la luna es de 64000 km.

Para nuestra propia Luna, sabemos que la mayoría de las órbitas bajas son inestables debido a los mascons : concentraciones de masa debajo de la superficie que hacen que el campo gravitacional de la Luna sea notablemente desigual. Solo hay cuatro inclinaciones donde un objeto que orbita la Luna evita todos los mascons y sería estable: 27º, 50º, 76º y 86º.

Las órbitas altas sobre la Luna tampoco son seguras: por encima de 1200 km e inclinaciones de más de 39.6º, la gravedad de la Tierra interrumpe la órbita del satélite. Tenga en cuenta que estas órbitas están cómodamente dentro de la esfera de Moon's Hill.

Hay órbitas estables a altas inclinaciones y alta excentricidad:
Órbita lunar estable

En cuanto a otras lunas en el sistema solar: la mayoría de ellas son más pequeñas y orbitan alrededor de planetas más grandes, por lo que sus esferas de Hill son pequeñas, y la gravedad del planeta también interrumpirá gran parte del volumen dentro de la esfera de Hill.

Las lunas por debajo del límite donde su gravedad es lo suficientemente fuerte como para hacerlas esféricas, tendrán problemas con campos gravitacionales desiguales. Los mascons también pueden estar presentes.

— Hobbes
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"una luna con luna sería un sistema inestable", esto es incorrecto. Las órbitas son estables dentro de la esfera Hill. Por cierto, no utilice los artículos de popsci.com como "evidencia de apoyo".

— Florin Andrei

Siéntase libre de escribir una mejor respuesta.

— Hobbes

De todos modos, el artículo no menciona "sistemas inestables" :)

— Py-ser

Bueno, los "cantos rodados de hasta varios decímetros de tamaño" dentro del anillo de Rhea no son exactamente "lunas", pero no dudaría en llamarlos "satélites naturales", así que sí, este es claramente un caso de satélite de un planeta con su propio Satélites naturales.

— SF.

Aquí hay una respuesta previa que afirma que "una luna con luna sería un sistema inestable". Eso es incorrecto.

Intuitivamente: por supuesto, los satélites pueden tener satélites con órbitas estables a largo plazo. Piense en la Tierra orbitando el Sol, y la Luna orbitando la Tierra. La órbita de la Luna (satélite de un satélite) es estable a largo plazo.

Más rigurosamente:

La órbita del satélite de un satélite será estable si es lo suficientemente profunda dentro de la esfera de Hill , dentro de la llamada región verdadera de estabilidad. Los límites son un poco confusos, pero la verdadera región de estabilidad es típicamente el 1/3 a 1/2 inferior de la esfera de Hill.

Si observa el potencial gravitacional, la esfera de Hill es el área donde los contornos se vuelven circulares. En lo profundo de esa zona, las órbitas son estables a largo plazo:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La conclusión es: una luna puede tener sus propias lunas si es lo suficientemente grande y lo suficientemente lejos del planeta, y si las lunas secundarias están lo suficientemente cerca de la luna primaria.

Una forma de calcular la esfera Hill se da en la página wiki vinculada anteriormente. Puedes encontrar más matemáticas aquí:

http://www.jgiesen.de/astro/stars/roche.htm

Algunos artículos adicionales sobre el tema de la estabilidad a largo plazo de las órbitas satelitales:

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

— Florin Andrei
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-1, esta respuesta es incorrecta. La esfera de Hill es solo una aproximación, y para una luna, no es una buena aproximación de la región de estabilidad. La esfera Hill ignora las perturbaciones como la gravedad no esférica, otros cuerpos gravitacionales (p. Ej., El Sol en el caso de la esfera Hill de una Luna), los efectos como el mecanismo de Kozai y las fuerzas no gravitacionales.

— David Hammen

Es teóricamente posible que existan lunas naturales de lunas en órbitas estables. Hay un artículo de 2018 que explora este tema. Sus cálculos muestran que varias lunas en el sistema solar en realidad son teóricamente capaces de albergar lunas de lunas de larga vida, incluidos Titán e Jápeto de Saturno, Calisto de Júpiter y la Luna de la Tierra. Sin embargo, hasta el momento, tales lunas de lunas aún no se han observado. (Por cierto, hay una lista de términos propuestos para lunas de lunas, las más populares parecen ser "subluna" y "luna de luna").

Este artículo tiene un buen resumen del artículo.

Es cierto que la esfera de Hill es una aproximación, y que las perturbaciones de otros cuerpos gravitacionales y la radiación pueden desestabilizar una órbita incluso dentro de la esfera de Hill de un cuerpo. Sin embargo, es una estimación decente que si una órbita se encuentra dentro de la mitad del radio de la esfera Hill, entonces esa órbita sería estable en el orden de miles de millones de años.

El documento tiene algunos gráficos que muestran que hay algunas lunas en el sistema solar que pueden tener sublunas a escala de 10 km que son estables durante al menos la edad del sistema solar, bajo la influencia de las mareas planeta-luna-subluna:

Sin embargo, los autores del artículo señalan que los gráficos anteriores no tienen en cuenta las inestabilidades dinámicas, como las distribuciones de masa inusuales de la Luna, las perturbaciones del Sol y la Tierra, las interacciones dinámicas entre las lunas en los sistemas de luna múltiple y los eventos de dispersión dinámica entre los planetas.

Sin embargo, la cresta ecuatorial de Japeto podría insinuar la existencia de una subluna pasada. Levison y col. (2011) teorizaron que esta cresta proviene de una colisión generadora de sublunas, donde la subluna fue empujada hacia afuera y el escombros fue empujado hacia adentro para crear la cresta. Alternativamente, Dombard et al. (2012) teorizaron que el cinturón fue causado por una subluna en espiral hacia adentro y que fue destrozado por la marea.

Sin embargo, todavía no hemos visto ninguna subluna directamente. Una razón podría ser que son demasiado pequeños para ser vistos. Sería bastante difícil detectar algo de 10 metros de ancho orbitando la Luna, y mucho menos Titán.

Aunque el hecho de que no hayamos visto ninguno de estos más grandes teóricamente posibles sugiere que puede haber alguna otra razón por la cual no son comunes.

Por ejemplo, puede ser demasiado difícil para ellos formarse en primer lugar, en el caos de gas y polvo que rodea una estrella bebé. Las mareas también hacen que las órbitas de las lunas se expandan con el tiempo, por lo que lo que es cómodo en los bienes raíces de la subluna en este momento no hubiera sido hace miles de millones de años. Por ejemplo, la Luna probablemente se formó dentro de varios radios de la Tierra desde nuestro planeta, que habría estado demasiado cerca del planeta para que fuera posible una subluna. Y quizás es demasiado raro y poco probable que una luna capture un asteroide y lo convierta en una subluna.

— ahiijny
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