W Układzie Słonecznym znajduje się Słońce - w centrum - wiele planet, asteroid, obiektów z pasa Kuipera i satelitów, są też księżycami. Chociaż większość planet ma satelity, a niektóre obiekty w pasie Kuipera, a nawet asteroidy również mają własne satelity, nie ma wśród nich znanych „satelitów satelitów”. Albo nie mamy szczęścia, albo fundamentalne i niezwykle ważne zasady astrofizyki komplikują ich powstawanie i istnienie.
Kiedy wszystko, o czym musisz pamiętać, to jeden masywny obiekt w kosmosie, wszystko wydaje się dość proste. Grawitacja będzie jedyną siłą roboczą i możesz umieścić dowolny obiekt na stabilnej eliptycznej lub kołowej orbicie wokół niego. Wydaje się, że w tym scenariuszu będzie na swoim miejscu na zawsze. Ale w grę wchodzą tu inne czynniki:
- obiekt może mieć rodzaj atmosfery lub rozproszone „halo” cząstek wokół;
- obiekt niekoniecznie będzie nieruchomy, ale będzie się obracał - prawdopodobnie szybko - wokół osi;
- ten obiekt niekoniecznie będzie izolowany, jak początkowo sądziłeś.
Siły pływowe działające na księżyc Saturna Enceladusa są wystarczające, aby wyciągnąć jego lodową skorupę i ogrzać wnętrzności, tak że podpowierzchniowy ocean wybucha setki kilometrów w kosmos
Pierwszy czynnik, atmosfera, ma sens tylko w ostateczności. Zazwyczaj obiekt, który krąży wokół masywnego i solidnego świata bez atmosfery, będzie musiał tylko unikać powierzchni obiektu i pozostanie wokół niego w nieskończoność. Ale jeśli atmosfera, nawet niesamowicie rozproszona, zostanie wzmocniona, każde ciało na orbicie będzie musiało poradzić sobie z atomami i cząsteczkami otaczającymi masę centralną.
Chociaż zwykle myślimy, że nasza atmosfera ma „koniec”, a przestrzeń zaczyna się na pewnej wysokości, rzeczywistość jest taka, że atmosfera po prostu wysycha, gdy wchodzisz coraz wyżej. Atmosfera ziemska rozciąga się na wiele setek kilometrów; nawet Międzynarodowa Stacja Kosmiczna wyjdzie z orbity i spłonie, jeśli nie będziemy stale do niej zachęcać. Zgodnie ze standardami Układu Słonecznego ciało na orbicie musi znajdować się w pewnej odległości od dowolnej masy, aby pozostać „bezpieczne”.
Film promocyjny:
Nie ma znaczenia, czy jest to sztuczny satelita, czy naturalny; jeśli okrąży świat o znacznej atmosferze, spadnie z orbity i spadnie na najbliższy świat. Zrobią to wszystkie satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej, podobnie jak satelita Marsa Fobos
Ponadto obiekt może się obracać. Dotyczy to zarówno dużej masy, jak i mniejszej obracającej się wokół pierwszej. Istnieje „stabilny” punkt, w którym obie masy są zablokowane pływowo (to znaczy zawsze zwrócone ku sobie z jednej strony), ale każda inna konfiguracja wytworzy „moment obrotowy”. To skręcenie spowoduje spiralę obu mas do wewnątrz (jeśli obrót jest powolny) lub na zewnątrz (jeśli obrót jest szybki). Na innych światach większość satelitów nie rodzi się w idealnych warunkach. Ale jest jeszcze jeden czynnik, który musimy wziąć pod uwagę przed zanurzeniem się w problem "satelity satelitów".
Model Plutona - Charona przedstawia dwie główne masy krążące wokół siebie. Przelot „New Horizons” pokazał, że Pluton lub Charon nie mają żadnych wewnętrznych satelitów w stosunku do ich wzajemnych orbit
Duże znaczenie ma fakt, że obiekt nie jest izolowany. O wiele łatwiej jest utrzymać obiekt na orbicie w pobliżu jednej masy - jak księżyc w pobliżu planety, mała asteroida w pobliżu dużej lub Charon w pobliżu Plutona - niż utrzymywać obiekt na orbicie w pobliżu masy, która sama krąży wokół innej masy. To ważny czynnik i niewiele o tym myślimy. Ale spójrzmy na to przez chwilę z perspektywy naszej najbliższej Słońca, bezksiężycowej planety Merkury.
Merkury krąży wokół Słońca stosunkowo szybko, dlatego działające na niego siły grawitacyjne i pływowe są bardzo duże. Gdyby coś innego krążyło wokół Merkurego, byłoby znacznie więcej dodatkowych czynników.
1. „Wiatr” ze Słońca (strumień wychodzących cząstek) uderzyłby w Merkurego i obiekt w jego pobliżu, wytrącając je z orbity.
2. Ciepło, które Słońce wysyła na powierzchnię Merkurego, może prowadzić do ekspansji atmosfery Merkurego. Pomimo tego, że Merkury jest pozbawiony powietrza, cząsteczki na powierzchni nagrzewają się i są wyrzucane w przestrzeń kosmiczną, tworząc słabą atmosferę.
3. Wreszcie istnieje trzecia masa, która chce doprowadzić do ostatecznej blokady pływowej: nie tylko między małą masą a Merkurym, ale także między Merkurym a Słońcem.
Dlatego dla każdego księżyca Merkurego istnieją dwie skrajne lokalizacje.
Każda planeta okrążająca gwiazdę będzie najbardziej stabilna, gdy przypływy są z nią połączone: kiedy jej okresy orbitalnego i rotacyjnego zbiegają się. Jeśli dodasz kolejny obiekt do orbity planety, jej najbardziej stabilna orbita zostanie wzajemnie zsynchronizowana z planetą i gwiazdą w pobliżu L2
Jeśli satelita znajduje się zbyt blisko Merkurego z kilku powodów:
- nie obraca się wystarczająco szybko na jego odległość;
- Merkury nie obraca się wystarczająco szybko, aby być zsynchronizowanym ze Słońcem;
- podatne na spowolnienie wiatru słonecznego;
- będzie narażony na znaczne tarcie od atmosfery Merkurego, - ostatecznie spadnie na powierzchnię Merkurego.
Kiedy obiekt zderza się z planetą, może unieść gruz i spowodować powstanie pobliskich księżyców. W ten sposób pojawił się Księżyc Ziemi oraz satelity Marsa i Plutona.
I odwrotnie, istnieje ryzyko wyrzucenia go z orbity Merkurego, jeśli satelita jest zbyt daleko i mają zastosowanie inne czynniki:
- satelita obraca się zbyt szybko dla swojej odległości;
- Merkury obraca się zbyt szybko, aby można było zsynchronizować się ze Słońcem;
- wiatr słoneczny nadaje satelicie dodatkową prędkość;
- interferencja z innymi planetami wypycha satelitę;
- nagrzewanie się Słońca daje dodatkową energię kinetyczną zdecydowanie małemu satelicie.
Mając to na uwadze, pamiętaj, że wiele planet ma własne księżyce. Chociaż system trzech ciał nigdy nie będzie stabilny, jeśli nie dostosujesz jego konfiguracji do idealnych kryteriów, będziemy stabilni przez miliardy lat w odpowiednich warunkach. Oto kilka warunków, które ułatwią zadanie:
1. Weź planetę / asteroidę tak, aby większość układu została znacznie odsunięta od Słońca, tak aby wiatr słoneczny, błyski światła i siły pływowe Słońca były nieistotne.
2. Tak, aby satelita tej planety / asteroidy był wystarczająco blisko głównego ciała, aby nie zwisał grawitacyjnie i nie został przypadkowo wypchnięty podczas innych oddziaływań grawitacyjnych lub mechanicznych.
3. Satelita tej planety / asteroidy był wystarczająco daleko od głównego ciała, aby siły pływowe, tarcie lub inne skutki nie doprowadziły do zbliżenia się i połączenia z ciałem macierzystym.
Jak można się domyślić, istnieje „słodki strzał w dziesiątkę”, w którym księżyc może istnieć w pobliżu planety: kilka razy poza promieniem planety, ale na tyle blisko, że okres orbitalny nie jest zbyt długi i nadal znacznie krótszy niż okres orbitalny planety względem gwiazdy. Jeśli więc weźmiesz to wszystko razem, gdzie są satelity satelitów w naszym Układzie Słonecznym?
Asteroidy w głównym pasie i trojany w pobliżu Jowisza mogą mieć własne satelity, ale same się za takich nie uważają.
Najbliżej nas są asteroidy trojańskie z własnymi satelitami. Ale ponieważ nie są to „satelity” Jowisza, nie jest to całkowicie właściwe. Co wtedy?
Krótka odpowiedź: raczej nie znajdziemy czegoś takiego, ale jest nadzieja. Światy gazowych gigantów są stosunkowo stabilne i wystarczająco daleko od Słońca. Mają wiele satelitów, z których wiele jest pływowo powiązanych ze światem macierzystym. Największe księżyce będą najlepszymi kandydatami na satelity. Powinny być:
- jak najbardziej masywny;
- stosunkowo odsunięty od ciała macierzystego, aby zminimalizować ryzyko kolizji;
- niezbyt daleko, aby nie dać się wypchnąć;
- i - to nowość - dobrze oddzielone od innych księżyców, pierścieni lub satelitów, które mogłyby zakłócić działanie systemu.
Które księżyce w naszym Układzie Słonecznym najlepiej nadają się do pozyskiwania własnych satelitów?
- Księżyc Jowisza Callisto: najbardziej zewnętrzny ze wszystkich dużych księżyców Jowisza. Callisto, która jest oddalona o 1883 000 kilometrów, ma również promień 2410 kilometrów. Podróżuje wokół Jowisza w 16,7 dnia i ma znaczną prędkość ucieczki 2,44 km / s.
- Księżyc Jowisza Ganimedes: największy księżyc w Układzie Słonecznym (promień 2634 km). Ganimedes jest bardzo daleko od Jowisza (1 070 000 kilometrów), ale za mało. Ma największą prędkość ucieczki spośród wszystkich satelitów w Układzie Słonecznym (2,74 km / s), ale gęsto zaludniony układ gigantycznej planety sprawia, że satelity Jowisza są niezwykle trudne do zdobycia.
- Księżyc Saturna Iapetus: niezbyt duży (w promieniu 734 km), ale dość daleko od Saturna - w średniej odległości 3561 000 km. Jest dobrze oddzielony od pierścieni Saturna i innych dużych księżyców planety. Jedynym problemem jest jego mała masa i rozmiar: prędkość ucieczki wynosi tylko 573 metry na sekundę.
- Satelita Urana Titania: Największy satelita Urana o promieniu 788 kilometrów znajduje się 436 000 kilometrów od Urana i kończy swoją orbitę w 8,7 dnia.
- Satelita Urana Oberon: drugi co do wielkości (761 kilometrów), ale najbardziej odległy (584 000 kilometrów) duży księżyc kończy swoją orbitę wokół Urana w 13,5 dnia. Jednak Oberon i Titania są niebezpiecznie blisko siebie, więc „księżyc księżyca” raczej nie pojawi się między nimi.
- satelita Neptuna Triton: ten przechwycony obiekt pasa Kuipera jest ogromny (promień 1355 km), daleko od Neptuna (355 000 km) i masywny; obiekt musi poruszać się z prędkością ponad 1,4 km / s, aby opuścić pole przyciągania Trytona. Być może jest to nasz najlepszy kandydat na prawo do własnego satelity.
Tryton, największy księżyc Neptuna i przechwycony obiekt pasa Kuipera, może być naszym najlepszym wyborem na księżyc z własnym księżycem. Ale Voyager 2 nic nie widział.
Z tym wszystkim, o ile wiemy, w naszym Układzie Słonecznym nie ma satelitów z własnymi satelitami. Być może mylimy się i znajdujemy je na drugim końcu pasa Kuipera, a nawet w chmurze Oorta, gdzie obiektów jest kilkanaście centów.
Teoria mówi, że takie obiekty mogą istnieć. Jest to możliwe, ale wymaga bardzo specyficznych warunków. Jeśli chodzi o nasze obserwacje, takie jeszcze nie pojawiły się w naszym układzie słonecznym. Ale kto wie: wszechświat jest pełen niespodzianek. Im lepsze stają się nasze możliwości wyszukiwania, tym więcej niespodzianek znajdziemy. Nikt nie będzie zaskoczony, jeśli następna wielka misja na Jowisza (lub inne gazowe olbrzymy) znajdzie satelitę w pobliżu satelity. Czas pokaże.
ILYA KHEL