As luas têm luas?

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?

natural-satellites

— SF.
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Não tenho nenhuma evidência concreta, mas acho que uma lua é parcialmente definida pela órbita de um planeta e, caso contrário, poderia ser apenas um satélite natural. Isso pressupõe que o objeto não seja puxado para a órbita dos planetas devido à sua atração muito mais forte.

— RhysW

Costumo usar títulos mais descritivos do que factuais; Costumo explicar mais e manter a nomenclatura adequada no corpo da pergunta real. Quanto a "assumir", bem, é sobre isso que esta pergunta está sendo feita!

— SF.

Hummm, em que nível você quer que paremos? Porque eu não acho que exista um limite de tamanho adequado ou quantas iterações de objetos menores possam orbitar um pouco maior. Caso em questão, Rhea pode ter seu próprio sistema de anéis, o que, se for verdade, significaria que ele teria pequenos luas . Lembro-me também da cobertura da antena flutuando na ISS , embora esse já seja um sistema de satélite artificial duplo LOL. Também existem algumas órbitas malucas possíveis, como as órbitas em ferradura que podem prender asteróides entre dois corpos. ;)

— TildalWave

@TildalWave: Se houver algum nível para satélites naturais , eu gostaria de saber. (satélites artificiais como a cobertura da antena não contam). Se Rhea tiver um anel, é isso que eu procuro. Qualquer órbita periódica funcionaria, mas, por favor, não se engane, como duas órbitas elípticas minimamente sobrepostas que fazem os corpos se moverem em um caminho circular em relação um ao outro, apesar de não interagirem gravitacionalmente entre si, apenas seguindo um caminho independente em torno de seu planeta.)

— SF.

Bem, francamente, não sei por onde começar a responder. É um pouco como perguntar quantas rodas dentadas podem existir em um relógio e ainda assim mostrar a hora certa. Os sistemas planetários podem ser tão complexos em teoria quanto somos capazes de imaginar, e tão complexos em realidade quanto somos capazes de observar.

— TildalWave #

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:
Órbita estável da lua

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.

— Hobbes
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"uma lua com uma lua seria um sistema instável" - isso está incorreto. Órbitas são estáveis dentro da esfera Hill. Por favor, não use os artigos popsci.com como "evidência de apoio".

— Florin Andrei

Sinta-se livre para escrever uma resposta melhor.

— Hobbes

De qualquer forma, o artigo não menciona "sistemas instáveis" :)

— Py-ser

Bem, 'pedregulhos com vários decímetros de tamanho' no anel de Rhea não são exatamente 'luas', mas eu não hesitaria em chamá-los de 'satélites naturais', então, sim, esse é claramente um caso de satélite de um planeta com satélites naturais.

— SF.

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:

insira a descrição da imagem aqui

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

— Florin Andrei
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-1, esta resposta está incorreta. A esfera Hill é apenas uma aproximação e, para uma lua, não é uma boa aproximação da região de estabilidade. A esfera de Hill ignora perturbações como a gravidade não esférica, outros corpos gravitacionais (por exemplo, o Sol no caso da esfera de Hill da lua), efeitos como o mecanismo Kozai e forças não gravitacionais.

— David Hammen

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.

— ahiijny
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