Dans le système solaire, il y a un soleil - au centre - de nombreuses planètes, astéroïdes, objets de la ceinture de Kuiper et satellites, ce sont aussi des lunes. Bien que la plupart des planètes aient des satellites et que certains objets de la ceinture de Kuiper et même des astéroïdes aient également leurs propres satellites, il n'y a pas parmi eux de «satellites de satellites» connus. Soit nous n'avons pas de chance, soit les règles fondamentales et extrêmement importantes de l'astrophysique compliquent leur formation et leur existence.
Lorsque tout ce que vous devez garder à l'esprit est un objet massif dans l'espace, les choses semblent assez simples. La gravité sera la seule force de travail, et vous pouvez placer n'importe quel objet sur une orbite elliptique ou circulaire stable autour de lui. Dans ce scénario, il semble qu'il sera à jamais dans sa position. Mais d'autres facteurs entrent en jeu ici:
- l'objet peut avoir une sorte d'atmosphère ou un "halo" diffus de particules autour;
- l'objet ne sera pas nécessairement stationnaire, mais tournera - probablement rapidement - autour d'un axe;
- cet objet ne sera pas forcément isolé comme vous le pensiez à l'origine.
Les forces de marée agissant sur la lune de Saturne Encelade sont suffisantes pour retirer sa croûte de glace et chauffer les intestins, de sorte que l'océan souterraine éclate sur des centaines de kilomètres dans l'espace.
Le premier facteur, l'atmosphère, n'a de sens qu'en dernier recours. En règle générale, un objet qui orbite autour d'un monde massif et solide sans atmosphère n'aura qu'à éviter la surface de l'objet et il restera indéfiniment. Mais si l'atmosphère, même incroyablement diffuse, est augmentée, tout corps en orbite devra faire face aux atomes et aux particules entourant la masse centrale.
Même si nous pensons généralement que notre atmosphère a une «fin» et que l'espace commence à une certaine altitude, la réalité est que l'atmosphère se dessèche à mesure que vous montez de plus en plus haut. L'atmosphère terrestre s'étend sur plusieurs centaines de kilomètres; même la Station spatiale internationale sortira de son orbite et brûlera si nous ne la poussons pas constamment. Selon les normes du système solaire, un corps en orbite doit être à une certaine distance de toute masse pour rester «en sécurité».
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Qu'il s'agisse d'un satellite artificiel ou naturel n'a pas vraiment d'importance; s'il tourne autour d'un monde avec une atmosphère substantielle, il se désorbitera et tombera sur le monde le plus proche. Tous les satellites en orbite terrestre basse le feront, tout comme le satellite de Mars Phobos
De plus, l'objet peut pivoter. Cela s'applique à la fois à une grande masse et à une plus petite tournant autour de la première. Il y a un point "stable" où les deux masses sont verrouillées (c'est-à-dire toujours face à face d'un côté), mais toute autre configuration créera un "couple". Cette torsion fera tourner les deux masses en spirale vers l'intérieur (si la rotation est lente) ou vers l'extérieur (si la rotation est rapide). Sur d'autres mondes, la plupart des satellites ne sont pas nés dans des conditions idéales. Mais il y a encore un facteur dont nous devons tenir compte avant de plonger tête baissée dans le problème du "satellite des satellites".
Le modèle Pluton - Charon montre deux masses principales tournant l'une autour de l'autre. Un survol des "Nouveaux Horizons" a montré que Pluton ou Charon n'ont pas de satellites internes par rapport à leurs orbites mutuelles
Le fait que l'objet ne soit pas isolé est d'une grande importance. Il est beaucoup plus facile de garder un objet en orbite près d'une seule masse - comme une lune près d'une planète, un petit astéroïde près d'un grand ou Charon près de Pluton - que de maintenir un objet en orbite près d'une masse qui elle-même orbite autour d'une masse différente. C'est un facteur important et nous n'y pensons pas beaucoup. Mais regardons cela une seconde du point de vue de notre plus proche du Soleil, la planète sans lune Mercure.
Mercure tourne autour de notre Soleil relativement rapidement, et par conséquent, les forces gravitationnelles et marémotrices agissant sur lui sont très importantes. Si quelque chose d'autre tournait autour de Mercure, il y aurait beaucoup plus de facteurs supplémentaires.
1. Le «vent» du Soleil (un flux de particules sortantes) s'écraserait sur Mercure et un objet à proximité, les faisant sortir de l'orbite.
2. La chaleur, que le Soleil confère à la surface de Mercure, peut conduire à l'expansion de l'atmosphère de Mercure. Malgré le fait que Mercure est sans air, les particules à la surface chauffent et sont projetées dans l'espace, créant une atmosphère pâle.
3. Enfin, il y a une troisième masse qui veut conduire au blocage final des marées: non seulement entre la masse faible et Mercure, mais aussi entre Mercure et le Soleil.
Par conséquent, pour toute lune de Mercure, il existe deux emplacements extrêmes.
Chaque planète qui orbite autour d'une étoile sera plus stable lorsque la marée est verrouillée avec elle: lorsque ses périodes orbitale et rotationnelle coïncident. Si vous ajoutez un autre objet en orbite sur la planète, son orbite la plus stable sera verrouillée mutuellement avec la planète et l'étoile près de L2
Si le satellite est trop proche de Mercure pour plusieurs raisons:
- ne tourne pas assez vite pour sa distance;
- Mercure ne tourne pas assez vite pour être verrouillé par la marée avec le Soleil;
- sensible à la décélération du vent solaire;
- sera soumis à un frottement important de l'atmosphère de Mercure, - il finira par tomber à la surface de Mercure.
Lorsqu'un objet entre en collision avec une planète, il peut soulever des débris et provoquer la formation de lunes à proximité. C'est ainsi que la Lune terrestre est apparue et les satellites de Mars et de Pluton sont également apparus.
À l'inverse, il risque d'être éjecté de l'orbite de Mercure si le satellite est trop loin et que d'autres considérations s'appliquent:
- le satellite tourne trop vite pour sa distance;
- Mercure tourne trop vite pour être verrouillé avec le Soleil;
- le vent solaire donne une vitesse supplémentaire au satellite;
- les interférences d'autres planètes poussent le satellite vers l'extérieur;
- l'échauffement du Soleil donne une énergie cinétique supplémentaire à un satellite définitivement petit.
Cela dit, gardez à l'esprit que de nombreuses planètes ont leurs propres lunes. Même si un système à trois corps ne sera jamais stable, à moins d'ajuster sa configuration à des critères idéaux, nous serons stables pendant des milliards d'années dans les bonnes conditions. Voici quelques conditions qui faciliteront la tâche:
1. Prenez une planète / astéroïde pour que la majeure partie du système soit significativement éloignée du Soleil, de sorte que le vent solaire, les éclairs de lumière et les forces de marée du Soleil soient insignifiants.
2. Pour que le satellite de cette planète / astéroïde soit suffisamment proche du corps principal pour qu'il ne pende pas gravitationnellement et ne soit pas accidentellement expulsé lors d'autres interactions gravitationnelles ou mécaniques.
3. Que le satellite de cette planète / astéroïde était suffisamment éloigné du corps principal pour que les forces de marée, les frottements ou autres effets ne conduisent pas à une approche et à une fusion avec le corps parent.
Comme vous l'avez peut-être deviné, il existe une "douce bulle" dans laquelle la lune peut exister près de la planète: plusieurs fois au-delà du rayon de la planète, mais suffisamment proche pour que la période orbitale ne soit pas trop longue et encore nettement plus courte que la période orbitale de la planète par rapport à l'étoile. Donc, si vous prenez tout cela ensemble, où sont les satellites des satellites dans notre système solaire?
Les astéroïdes dans la ceinture principale et les chevaux de Troie près de Jupiter peuvent avoir leurs propres satellites, mais eux-mêmes ne se considèrent pas comme tels.
Les plus proches que nous ayons sont les astéroïdes troyens avec leurs propres satellites. Mais comme ce ne sont pas des "satellites" de Jupiter, ce n'est pas tout à fait approprié. Et alors?
La réponse courte: il est peu probable que nous trouvions quelque chose comme ça, mais il y a de l'espoir. Les mondes géants du gaz sont relativement stables et suffisamment éloignés du Soleil. Ils ont de nombreux satellites, dont beaucoup sont verrouillés avec leur monde parent. Les plus grandes lunes seront les meilleurs candidats pour les satellites. Ils devraient être:
- aussi massif que possible;
- relativement éloigné du corps du parent pour minimiser le risque de collision;
- pas trop loin pour ne pas être expulsé;
- et - c'est nouveau - bien séparé des autres lunes, anneaux ou satellites qui pourraient perturber le système.
Quelles lunes de notre système solaire sont les mieux adaptées pour acquérir leurs propres satellites?
- La lune de Jupiter Callisto: la plus externe de toutes les grandes lunes de Jupiter. Callisto, qui est à 1 883 000 kilomètres, a également un rayon de 2 410 kilomètres. Il voyage autour de Jupiter en 16,7 jours et a une vitesse de fuite significative de 2,44 km / s.
- Lune de Jupiter Ganymède: la plus grande lune du système solaire (rayon de 2634 km). Ganymède est très loin de Jupiter (1 070 000 kilomètres), mais pas assez. Il a la vitesse de fuite la plus rapide de tous les satellites du système solaire (2,74 km / s), mais le système densément peuplé de la planète géante rend extrêmement difficile l'acquisition de satellites pour les satellites de Jupiter.
- La lune de Saturne Iapetus: pas très grande (734 kilomètres de rayon), mais assez éloignée de Saturne - à 3 561 000 kilomètres à une distance moyenne. Il est bien séparé des anneaux de Saturne et des autres grandes lunes de la planète. Le seul problème est sa petite masse et sa petite taille: la vitesse d'échappement n'est que de 573 mètres par seconde.
- Le satellite d'Uranus Titania: Avec un rayon de 788 kilomètres, le plus grand satellite d'Uranus est à 436 000 kilomètres d'Uranus et achève son orbite en 8,7 jours.
- Le satellite d'Uranus Oberon: la deuxième plus grande (761 kilomètres), mais la plus éloignée (584 000 kilomètres) de la grande lune, complète son orbite autour d'Uranus en 13,5 jours. Cependant, Oberon et Titania sont dangereusement proches l'un de l'autre, il est donc peu probable que la "lune de la lune" apparaisse entre eux.
- Le satellite Triton de Neptune: cet objet capturé de la ceinture de Kuiper est énorme (1355 km de rayon), loin de Neptune (355 000 km) et massif; l'objet doit se déplacer à une vitesse supérieure à 1,4 km / s pour quitter le champ d'attraction de Triton. C'est peut-être notre meilleur candidat pour le droit de posséder votre propre satellite.
Triton, la plus grande lune de Neptune et un objet capturé de la ceinture de Kuiper, pourrait être notre meilleur pari pour une lune avec sa propre lune. Mais Voyager 2 n'a rien vu.
Avec tout cela, pour autant que nous le sachions, il n'y a pas de satellites dans notre système solaire avec leurs propres satellites. Peut-être que nous nous trompons et les trouvons à l'extrémité de la ceinture de Kuiper ou même dans le nuage d'Oort, où les objets sont un centime une douzaine.
La théorie dit que de tels objets peuvent exister. C'est possible, mais cela nécessite des conditions très spécifiques. Quant à nos observations, elles ne sont pas encore apparues dans notre système solaire. Mais qui sait: l'univers est plein de surprises. Et plus nos capacités de recherche s'améliorent, plus nous trouverons de surprises. Personne ne sera surpris si la prochaine grande mission vers Jupiter (ou d'autres géantes gazeuses) trouve un satellite près d'un satellite. Le temps nous le dira.
ILYA KHEL
