¿Puede existir un satélite natural en una órbita geoestacionaria?

Mientras navegaba por Physics SE, noté una pregunta sobre satélites en órbita geoestacionaria (no relacionada con la que estoy preguntando aquí), y por un momento la interpreté como una referencia a satélites naturales (por ejemplo, una luna). Entonces me pregunté: ¿Podría existir un satélite natural en órbita geoestacionaria?

Entonces me detuve y pensé. Para los grandes gigantes gaseosos, como Júpiter, tener lunas demasiado cerca del planeta puede ser fatal (para la luna). Si se aventura dentro del límite de Roche del planeta, está frito. Pero hay buenas noticias: el límite de Roche depende tanto de las masas como de las densidades del cuerpo primario y del satélite. Entonces, tal vez esta razón no sea aplicable, ya que un satélite natural de gran masa podría sobrevivir. Entonces la pregunta cambia:

¿Podría un satélite natural suficientemente masivo y de alta densidad ocupar una órbita geoestacionaria sobre su cuerpo principal?

Me pregunto si hay algunas imprecisiones en la pregunta. Los límites de Roach no dependen tanto de la densidad como de la masa de los cuerpos en cuestión. Más bien, depende de la densidad/masa de ambos cuerpos y del radio de un cuerpo. Ver en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation
Otra cosa es que, para que un satélite esté a salvo de las fuerzas de las mareas, no tiene que ser de baja masa y baja densidad. Más bien, el satélite tiene que ser de alta masa y alta densidad . Los satélites más grandes (por lo tanto, más pesados) como el Caronte de Plutón tenderán a quedarse. porque el límite de Roche es más bajo para satélites más pesados/densos.
Gracias, @Krumia. No puedo creer que lo arruiné. Revisé las fórmulas un par de veces antes de publicarlo, pero debo haber confundido el primario y el satélite.
@Krumia Ah, ahora sé lo que estaba pensando. Un satélite más masivo significa más fuerza gravitacional entre los dos, lo que significa que los dos estarían más cerca, posiblemente anulando los efectos de tener un límite de Roche más pequeño. Podría deshacer mi edición.

Respuestas (6)

Sí. Caronte está en la órbita síncrona de Plutón. Plutón y Caronte están mutuamente bloqueados por mareas.

Interesante. No había considerado a Plutón y Caronte. Ese es un muy buen ejemplo. Me gustaría señalar que este es un caso especial (es decir, Caronte no siempre tendría que presentar la misma cara a Plutón).

Por supuesto, un satélite natural (la luna) podría tener un período orbital igual al período de giro de su anfitrión (siempre que dicha órbita sea accesible). Sin embargo, la fricción de las mareas que puede generar tal bloqueo es bastante débil, por lo que debería ser una posibilidad poco común. Además, las perturbaciones en la órbita de otras lunas o de su estrella anfitriona pueden sacar a la luna de dicha órbita.

Por otro lado, lo que es bastante común es que el período orbital de una luna es igual a su propio período de giro (en lugar del de su anfitrión). Este es exactamente el caso de la Tierra y la Luna (se puede decir que la Tierra está en una órbita "selenoestacionaria") y ocurre naturalmente a partir de la interacción de las mareas del planeta con su luna.

Se requeriría una trayectoria muy precisa para que un asteroide termine en una órbita geoestacionaria . No sucede por casualidad. Las empresas proveedoras de vuelos espaciales tienen que hacer un gran esfuerzo para poner allí los satélites de comunicación de sus clientes. Y la geoestacionaria no es un tipo de órbita muy estable. La gravedad variable de la Luna saca a los satélites de sus órbitas geoestacionarias a medida que los satélites se acercan y se alejan diariamente a medida que la Tierra gira. GEO es aproximadamente una décima parte de la distancia a la Luna. Los satélites necesitan sus pequeños motores de cohetes para realizar maniobras recurrentes de mantenimiento de la estación para permanecer allí. La Tierra no tiene un satélite natural duradero en ninguna órbita, a excepción de la Luna.

Esto no responde la pregunta. El OP no preguntó si sería fácil o no, sino si sería posible. No veo ninguna razón por la que un planeta no pueda tener una luna en una órbita estacionaria (no quiero usar el término GEOestacionario, ya que se refiere solo a la Tierra). En realidad, la luna de Plutón, Caronte , está en una órbita síncrona alrededor de Plutón (están bloqueados mutuamente por mareas ). ¡Una órbita estacionaria no estaría demasiado lejos! Además, las perturbaciones que mencionas en geo sats podrían o no afectar una luna masiva.
@Etienne Pellegrini Si están bloqueados por marea, tienen una relación estacionaria. La Tierra no se mueve por el cielo vista desde la Luna. Y un satélite no puede permanecer para siempre en una órbita estacionaria. El Sol, la excentricidad de la órbita del satélite, las fuerzas de marea cambiarán su órbita con el tiempo.
Bueno, estoy de acuerdo, la órbita cambiaría con el tiempo. Pero los cambios pueden ser lo suficientemente lentos como para considerar que la órbita es estacionaria durante un período de tiempo (que podría ser bastante largo, la órbita de la Luna alrededor de la Tierra no varía tan rápidamente...). Decir que una órbita estacionaria no es posible debido a las perturbaciones es como decir que una órbita circular nunca es posible. Supongo que todo depende de la escala de tiempo considerada.
Desafortunadamente, estaría de acuerdo con @EtiennePellegrini en que esto no responde a mi pregunta, aunque es motivo de reflexión. Por ejemplo, podría ser posible, en el futuro, mover un asteroide pequeño (léase: muy pequeño) a una órbita geoestacionaria (consulte su pregunta interesante astronomy.stackexchange.com/questions/6182/… ).
Estaba pensando en los satélites naturales capturados por la Tierra. Tu pregunta es más amplia. No sé mucho al respecto. Es un buen punto de HopDavid aquí que los planetas dobles como Plutón-Caronte tienden a tener órbitas sincrónicas. Las fuerzas de marea ayudan a sincronizar la rotación del planeta y la luna, no solo la órbita en sí.
@EtiennePellegrini si la órbita no es estable (y las órbitas GEO no lo son), es muy poco probable que un satélite natural sobreviva en esa órbita por mucho tiempo. Sería jalado o empujado con el tiempo y chocaría contra su principal, tomaría una órbita diferente o sería empujado fuera de órbita por completo.

Caronte y Plutón son malos ejemplos. Tienen una masa comparable: Plutón solo 9 veces más pesado que Caronte (la Tierra es 81 veces más masiva que la Luna), por lo que el centro de masa en ese sistema se encuentra fuera del cuerpo principal (a unos 1000 km de la superficie de Plutón).

El principal problema de los satélites es el límite de Roche. Para el sistema Tierra-Luna, el radio de Roche es de unos 15500 km de centro a centro (7400 km de superficie a superficie). La órbita geoestacionaria de la Tierra es 42 164 desde el centro de la Tierra o 35 786 desde la superficie del geoide (nivel del mar). Funciona solo en la llanura ecuatorial (la Luna está inclinada 18,3-28,6 con respecto al ecuador de la Tierra). Entonces, un planeta del tamaño de la Tierra puede tener un satélite del tamaño de la Luna en órbita geoestacionaria. En un pasado distante, nuestra Luna estaba mucho más cerca, posiblemente a unos 50 000 km (alrededor de 60 000 de centro a centro).

¿Por qué es un problema que el límite de Roche esté mucho más cerca de lo que estaría una órbita geoestacionaria?

La órbita geoestacionaria requiere: * Una distancia precisa entre los cuerpos, dando un período orbital de un día. * Una órbita ecuatorial, de modo que el satélite esté siempre por encima de la misma latitud (si no, se llama órbita geosíncrona) * Una órbita circular.

Es extremadamente improbable que uno de estos parámetros sea exactamente correcto por casualidad. Si encontramos un satélite en el que los tres están en el lugar correcto, probablemente tendríamos que empezar a considerar la posibilidad de que haya sido puesto allí por alguna civilización extraterrestre.

caronte y plutón están bloqueados por mareas, al igual que la luna a la tierra. entonces se podría decir que la tierra está en una órbita geoestacionaria con la luna. de hecho, la rotación de la tierra ha sido y seguirá siendo frenada por la luna hasta que la luna esté en una órbita geoestacionaria con la tierra.

el bloqueo de marea no es lo mismo que estar en GEO. En GEO, la luna siempre estaría en el mismo punto del cielo, lo cual no es así.
Sin embargo, en el caso de Plutón y Caronte, están mutuamente bloqueados, por lo que Caronte permanece en un punto fijo sobre Plutón y Plutón está en un punto fijo sobre Caronte. Esta posición ha surgido porque los dos objetos tienen tamaños similares.
¿Puede existir un satélite natural en una órbita geoestacionaria?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v