Luna

Le lune possono avere lune? Sì! Beh, a volte.

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Mi vengono poste molte domande da persone curiose dell'Universo. Alcuni di loro sono più comuni di altri. I buchi neri sono reali? (Sì.) Credo negli alieni e nei dischi volanti? ( Sì e no. )

Un altro, che mi sono chiesto di me stesso, è: le lune possono avere lune?

Il problema è emerso di recente per due motivi: uno è la recente possibile scoperta di una luna in orbita attorno a un esopianeta. L'altro è che una coppia di astronomi, Juna Kollmeier e Sean Raymond, ha messo fuori gioco un foglio che fa dei calcoli piuttosto interessanti su tutto questo per vedere se una luna può davvero avere una luna tutta sua.



Ironia della sorte, letteralmente pochi giorni prima dell'uscita di questo giornale, Ci ho pensato anche io :

In quel thread esamino brevemente alcuni dei concetti, ma qui c'è molto di più. Quindi diamo un'occhiata.

Può una luna avere una luna? Si scopre che c'è una risposta facile a questo, e una più complicata (ma comunque interessante). Il più facile è: Sì! E questo lo sapevi già, se ci pensavi nel modo giusto. Dopotutto, diverse missioni Apollo hanno orbitato attorno alla Luna, e abbiamo anche altre sonde che lo hanno fatto, come la meravigliosa Orbiter da ricognizione lunare (Voglio dire, dai, è proprio lì nel nome).

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Ma non è proprio quello che intendi, vero? Vuoi sapere se a naturale la luna può orbitare attorno a un'altra luna.

La risposta a questo è diversa. È: Sì! Ma solo A volte . E non ne abbiamo mai visto uno. Almeno non ancora.

Innanzitutto, cos'è una luna? In poche parole, è un oggetto che orbita attorno a un pianeta (cos'è un pianeta? Beh, è ​​più difficile da definire, e anche IMO non è molto importante). Quindi un pianeta orbita attorno a una stella (di solito) e una luna orbita attorno a un pianeta.

Quindi cosa orbita attorno a una luna? C'è stata qualche discussione su come chiamare una cosa del genere, e mentre ad alcune persone piace Moonmoon, non mi interessa. Non perché sia ​​sciocco - il cielo sa che ne abbiamo un sacco di nomi stupidi per classi di cose nello spazio, ma perché è difficile da dire e non è così descrittivo come potrebbe essere.

preferisco la subluna. Più facile da dire, e il significato è chiaro*.

Quindi, sublune. Si scopre che loro potere esistono, ma solo a determinate condizioni. E per questo, dobbiamo parlare di gravità.

La Terra e la Luna, viste dalla navicella spaziale NEAR-Shoemaker nel 1998 in viaggio verso l'appuntamento con l'asteroide Eros. Credito: NEAR Spacecraft Team, JHUAPL, NASAIngrandire

La Terra e la Luna, viste dalla navicella spaziale NEAR-Shoemaker nel 1998 in viaggio verso l'appuntamento con l'asteroide Eros. Credito: NEAR Spacecraft Team, JHUAPL, NASA

Guarda la Terra e la Luna, per esempio. La Terra è molto più massiccia, di un fattore di circa 80, della Luna. Ciò significa che se metti qualcosa in un'ampia orbita attorno alla Luna, la gravità della Terra può essere sufficiente per strapparlo via. Più una subluna orbita lontana dalla Luna, più influenza ha la Terra. Anche se la Terra non lo estrae semplicemente dall'orbita, la gravità terrestre potrebbe essere sufficiente per perturbare esso, cambiare l'orbita sottilmente. Poi ogni volta che passa tra la Luna e la Terra l'orbita cambia un po'. Questi si sommano e alla fine la sottoluna viene persa, lanciata nello spazio o inviata a schiantarsi sulla Luna o sulla Terra.

Si scopre che puoi modellare questo effetto usando la fisica e la matematica. Quando lo fai, scopri che c'è un volume attorno a una luna in cui l'influenza della luna è molto più forte di quella del pianeta, e una sottoluna può essere stabile (in realtà è stata prima fatta per capire l'influenza di un pianeta su se stesso quando orbita attorno a una stella, ma la matematica è la stessa). Questo volume di spazio è chiamato la sfera della collina .

La dimensione della sfera di collina di una luna dipende da tre cose: la massa del pianeta su cui orbita, la massa della luna e quanto dista il pianeta dalla luna. Questo ha senso; una luna più massiccia può trattenere meglio le sottolune, ma un pianeta più massiccio lo rende più difficile. E se sei troppo vicino al tuo pianeta, ti strappa via la sottoluna.

La matematica non è così difficile (puoi collegare e sbuffare per la maggior parte). Ad esempio, utilizzando la Terra e il Sole, la sfera di collina della Terra ha un raggio di circa 1,5 milioni di chilometri, ben oltre la distanza della Luna di 385.000 km.

È interessante notare che la sfera di Moon's Hill dista circa 58.000 km dal suo centro (o circa 56.000 km dalla sua superficie, tenendo conto del suo raggio). È abbastanza grande! Quindi sì, la Luna può avere una sottoluna.

Per essere pignoli, si scopre che anche se ti trovi all'interno della sfera di Hill di una luna, la gravità del pianeta può ancora colpirti e punzecchiarti, destabilizzandoti nel tempo. È difficile da calcolare, ma una stima decente è che sei stabile per molto tempo (come miliardi di anni) se ti trovi entro metà del raggio della sfera di Hill. Quindi, per la Luna, a meno di 28.000 km dalla superficie.

Ma c'è un problema se ci arrivi anche tu chiudere anche a una luna. Voglio dire, ovviamente, devi essere fuori dalla superficie della luna per orbitare, altrimenti kapow . Impatto. Ma c'è anche il problema di maree .

In poche parole, le maree sono un effetto della gravità. Poiché la gravità si indebolisce con la distanza, un oggetto grande vicino a uno più grande percepisce diverse quantità di gravità lungo la sua larghezza. Se questa differenza diventa eccessiva, può fare a pezzi l'oggetto!

Questa distanza in cui ciò accade si chiama il limite di Roche . Dipende da molte cose, comprese le masse dei due oggetti e le dimensioni di quello più piccolo. Puoi anche calcolarlo in base al rapporto tra i due oggetti densità e la dimensione del più grandi uno. Ma alla fine, significa che non puoi ottenere una sottoluna troppo grande e vicina alla sua luna madre, altrimenti si romperà.

E ora, finalmente, possiamo dare un'occhiata a cosa è stato trovato? dagli astronomi che hanno esaminato questo e hanno fatto i conti. Hanno posto una domanda molto specifica: puoi ottenere una sottoluna in orbita attorno a una luna nel nostro sistema solare e avere l'orbita stabile per la vita del sistema solare, 4,6 miliardi di anni?

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Un grafico che mostra quali lune nel sistema solare possono avere sottolune. L'asse x è la distanza della luna dal suo pianeta e l'asse y è la dimensione della luna. L'area grigia è dove una sottoluna di 10 km può essere stabile.Ingrandire

Un grafico che mostra quali lune nel sistema solare possono avere sottolune. L'asse x è la distanza della luna dal suo pianeta e l'asse y è la dimensione della luna. L'area grigia è dove una sottoluna di 10 km può essere stabile; le diverse linee rappresentano diverse dimensioni. Credito: adattato da Kollmeir e Raymond

Si scopre che non molte lune nel sistema solare possono ospitare una sottoluna di dimensioni decenti (diciamo 10 km). Per alcuni, la sfera di Hill è all'interno della luna (ad esempio, con una luna di massa molto bassa che orbita vicino a un pianeta massiccio), o così piccola da non poter ottenere un'orbita stabile.

Ma ne hanno trovati diversi e l'elenco è interessante: la nostra Luna (che conoscevamo da quanto ho mostrato sopra), le lune di Saturno Titano e Giapeto e la luna di Giove Callisto . Titano è enorme, e quindi può reggere il confronto con Saturno, mentre Giapeto e Callisto sono abbastanza lontani dai loro pianeti che le loro sfere di collina sono ragionevolmente grandi. La nostra Luna è un mix di entrambe le ragioni.

Giapeto è una luna di Saturno e ha uno strano crinale di montagne che gira tutto intorno al suo equatore. Crediti: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA

Giapeto è una luna di Saturno e ha uno strano crinale di montagne che gira tutto intorno al suo equatore. Credito: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA

Non appena ho letto quella parte del loro giornale, i capelli sulla nuca mi si sono rizzati. Giapeto ha un enorme crinale di montagne che si estende letteralmente intorno alla luna sul suo equatore. Non si sa come si sia formato, ma potrebbe essere stato da una collisione a bassa velocità con un oggetto più piccolo che si è fatto a pezzi; i detriti poi circondarono la luna e crollarono lungo l'equatore. Il modo più semplice perché ciò accada sarebbe se Giapeto avesse una piccola luna stessa, e alla fine l'influenza di Saturno (e / o quella di altre lune in orbita attorno al pianeta) lo facesse avvicinare troppo a Giapeto. Poi Roche ha preso il sopravvento.

Hmmmm. Non è affatto una prova, ma è sicuramente interessante.

Quindi è certamente possibile che una luna abbia una sottoluna. Fresco! Ma se è così, perché non ne vediamo nessuno?

Beh, per prima cosa, alcuni potrebbero essere troppo piccoli per vedere bene. Qualcosa, diciamo, di dieci metri di diametro sarebbe piuttosto difficile da individuare in orbita attorno al nostro possedere Luna, figuriamoci Titano. Ma di certo non ne vediamo di più grandi che dovrebbe essere visibile, e questo è interessante.

Il problema potrebbe essere che la formazione insieme alla luna e al pianeta in primo luogo non è possibile; il disco di gas e polvere che vortica intorno a una piccola stella potrebbe essere troppo caotico perché una sottoluna si condensi facilmente. Suo possibile catturare un asteroide e farlo diventare una sottoluna, ma è molto difficile e un evento raro.

In altre parole, mentre c'è una regione intorno a una luna in cui una sottoluna è stabile, potrebbe essere troppo difficile ottenere una sottoluna nella regione in primo luogo.

Ma c'è di più. Nel tempo, le maree di un pianeta influenzano l'orbita di una luna. I dettagli sono complessi, ma, ad esempio, la nostra Luna probabilmente si è formata molto vicino alla Terra e nel corso di miliardi di anni si è ritirata fino alla distanza attuale. Si sta ancora ritirando di circa 4 centimetri all'anno.

Quando era molto vicino alla Terra, la sfera di Moon's Hill sarebbe stata molto piccola, anche all'interno della Luna. In tal caso, non si sarebbe potuta formare una sottoluna! Quando si allontanò abbastanza dalla Terra da avere una sostanziale sfera di Hill, era troppo tardi.

Nel caso di Saturno e Giove, le altre lune in orbita attorno a quei pianeti sono piuttosto dannatamente grandi (Titano e Ganimede hanno entrambe le dimensioni di Mercurio!). Possono influenzare anche le sublune, destabilizzandole. Questo potrebbe essere il motivo per cui non vediamo sublune nel nostro sistema solare.

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Ma questo non significa che non esistano! Nel documento di ricerca Kollmeier e Raymond mostrano che il possibile exomoon Kepler-1625b-I potrebbe avere un exosubmoon, incluso uno di dimensioni decenti (e Raymond ne parla anche in un post sul blog) . Non è difficile immaginare situazioni in altri sistemi stellari in cui potrebbe accadere anche questo.

Com'è poetico! Una stella aliena, circondata da un pianeta alieno, circondata da una luna aliena, si è circondata da una sottoluna aliena molto più piccola ma forse sostanziale. È un peccato che non abbiamo qualcosa del genere qui, ma è un grande universo.

E uno divertente a cui pensare.

I miei ringraziamenti sia a Sean Raymond che a Juna Kollmeier per il loro aiuto entusiasta con un paio di domande che ho avuto sulla stabilità della sottoluna.


* Nota che in quel thread di Twitter in precedenza io stesso sono colpevole di usare moonmoon (anche se in realtà uso exomoonmoon). Ma questo era per Twitter, dove a volte mi lasciavo essere più sciocco, al contrario che qui sul blog, dove non è altro che dignità .


Ne ho già scritto in precedenza, in particolare in riferimento all'affermazione di alcune persone secondo cui, tecnicamente, la Luna non orbita attorno alla Terra ( lo fa ) , e anche in riferimento a Plutone è un pianeta o no .



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