¿Las lunas tienen lunas?

¿Hemos descubierto satélites naturales de satélites naturales de planetas o planetas enanos? Incluso muy pequeños, o de vida relativamente corta, por ejemplo, rizos alrededor de las lunas de Saturno, algunos meteoritos que orbitan las lunas de Júpiter, o algo que orbite Caronte. ¿O es Star-Planets-Moons el nivel de recursión orbital natural más profundo?

No tengo ninguna evidencia sólida, pero creo que una luna se define en parte por orbitar un planeta y, de lo contrario, podría ser solo un satélite natural. Eso suponiendo que el objeto no sea atraído hacia la órbita del planeta por su atracción mucho más fuerte.
Tiendo a usar títulos que son más descriptivos que precisos; Tiendo a explicar más y adherirme a la nomenclatura adecuada en el cuerpo de la pregunta real. En cuanto a "asumir", bueno, ¡de eso se trata esta pregunta!
Hmmm, ¿a qué nivel quieres que nos detengamos? Porque no creo que haya un límite de tamaño adecuado o un límite de cuántas iteraciones de objetos más pequeños que orbitan alrededor de uno ligeramente más grande puede haber. Por ejemplo, Rhea podría tener su propio sistema de anillos, lo que, de ser cierto, significaría que entonces tiene pequeñas lunas . También recuerdo esa cubierta de antena flotando alrededor de la ISS , aunque eso ya es un sistema de satélite artificial dual LOL. También hay algunas órbitas extrañas posibles, como las órbitas de herradura que pueden atrapar asteroides entre dos cuerpos. ;)
@TildalWave: Si hay algún nivel de satélites naturales , me gustaría saberlo. (los satélites artificiales como esa cubierta de antena no cuentan). Si Rhea tiene un anillo, eso sería lo que busco. Cualquier órbita periódica funcionaría, pero no haga trampas como dos órbitas mínimamente elípticas superpuestas que hacen que los cuerpos se muevan en una trayectoria circular entre sí a pesar de no interactuar gravitacionalmente entre sí, simplemente siguiendo una trayectoria independiente alrededor de su planeta).
Bueno, francamente, no sé por dónde empezar a responderla. Es un poco como preguntar cuántos engranajes puede haber en un mecanismo de relojería y aun así mostrar la hora real. Los sistemas planetarios pueden ser tan complejos en teoría como somos capaces de imaginar y tan complejos en la realidad como somos capaces de observar.
@TildalWave: Es más como "¿El modelo Swatch 5/1960 usa engranajes planetarios?" - No estoy preguntando teóricamente, estoy preguntando sobre descubrimientos reales.
Una pregunta más interesante en este contexto es ¿por qué, con la anómala excepción de la Tierra, ninguno de los planetas interiores del sistema solar tiene lunas? Después de todo, la Tierra es solo una luna del Sol, en una medida, por lo que la misma pregunta podría plantearse sobre nuestra Luna, que es, por ese razonamiento, una luna de una luna. Marte ha capturado dos asteroides, por lo que no cuentan: no se formaron por los mismos procesos que crearon a Marte. Los procesos que dieron origen a Mercurio, Venus y Marte no crearon lunas, por lo que evidentemente son comunes solo a los gigantes gaseosos. ¿Por qué?

Respuestas (3)

No creo que haya ninguno en el sistema solar. Tenemos alrededor de 250 asteroides con lunas . El anillo de Rhea parece ser la única excepción.

Editar: Originalmente dije "una luna con una luna sería un sistema inestable , debido a la influencia gravitatoria del planeta". @Florian no está de acuerdo con esto. Sin embargo, la respuesta es más compleja que la esfera de Hill sola.

En una primera aproximación, la esfera de Hill da un radio en el que las órbitas alrededor de una luna podrían ser estables. Nuestro radio de la Colina de la Luna es de 64000 km.

Para nuestra propia Luna, sabemos que la mayoría de las órbitas bajas son inestables debido a los mascons : concentraciones de masa debajo de la superficie que hacen que el campo gravitatorio de la Luna sea notablemente desigual. Solo hay cuatro inclinaciones en las que un objeto en órbita alrededor de la Luna evita todos los mascons y sería estable: 27º, 50º, 76º y 86º.

Las órbitas altas sobre la Luna tampoco son seguras: por encima de los 1200 km y con inclinaciones de más de 39,6º, la gravedad de la Tierra perturba la órbita del satélite. Tenga en cuenta que estas órbitas están cómodamente dentro de la esfera Moon's Hill.

Hay órbitas estables a altas inclinaciones y alta excentricidad:
Órbita lunar estable

En cuanto a otras lunas en el sistema solar: la mayoría de ellas son más pequeñas y orbitan alrededor de planetas más grandes, por lo que sus esferas de Hill son pequeñas y la gravedad del planeta también interrumpirá gran parte del volumen dentro de la esfera de Hill.

Las lunas por debajo del límite donde su gravedad es lo suficientemente fuerte como para hacerlas esféricas, tendrán problemas con campos gravitatorios desiguales. Los mascons también pueden estar presentes.

"una luna con una luna sería un sistema inestable" - esto es incorrecto. Las órbitas son estables dentro de la esfera Hill. Por cierto, no use los artículos de popsci.com como "evidencia de respaldo".
Siéntase libre de escribir una mejor respuesta.
De todos modos, el artículo no menciona "sistemas inestables" :)
Bueno, las 'rocas de hasta varios decímetros de tamaño' dentro del anillo de Rhea no son exactamente 'lunas', pero no dudaría en llamarlas 'satélites naturales', así que sí, este es claramente un caso del satélite de un planeta con su propio satélites naturales.

Aquí hay una respuesta anterior que afirma que "una luna con una luna sería un sistema inestable". Eso es incorrecto.

Intuitivamente: por supuesto, los satélites pueden tener satélites con órbitas estables a largo plazo. Piensa en la Tierra girando alrededor del Sol y la Luna girando alrededor de la Tierra. La órbita de la Luna (el satélite de un satélite) es estable a largo plazo.

Más rigurosamente:

La órbita del satélite de un satélite será estable si está lo suficientemente profundo dentro de la esfera de Hill , dentro de la llamada verdadera región de estabilidad. Los límites son un poco borrosos, pero la verdadera región de estabilidad es típicamente el 1/3 a 1/2 inferior de la esfera de Hill.

Si observa el potencial gravitacional, la esfera de Hill es el área donde los contornos se vuelven circulares. En lo profundo de esa zona, las órbitas son estables a largo plazo:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La conclusión es: una luna puede tener sus propias lunas si es lo suficientemente grande y lo suficientemente lejos del planeta, y si las lunas secundarias están lo suficientemente cerca de la luna principal.

En la página wiki vinculada anteriormente se proporciona una forma de calcular la esfera de Hill. Algunas matemáticas más se pueden encontrar aquí:

http://www.jgiesen.de/astro/stars/roche.htm

Algunos artículos adicionales sobre el tema de la estabilidad a largo plazo de las órbitas de los 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

-1, esta es la respuesta incorrecta. La esfera de Hill es solo una aproximación y, para una luna, no es una buena aproximación de la región de estabilidad. La esfera de Hill ignora perturbaciones como la gravedad no esférica, otros cuerpos gravitatorios (p. ej., el Sol en el caso de la esfera de Hill de una Luna), efectos como el mecanismo de Kozai y fuerzas no gravitatorias.

Es teóricamente posible que lunas de lunas existan en órbitas estables, gravitacionalmente hablando. Sin embargo, que yo sepa, hasta el momento no se han observado lunas naturales de lunas . (Dicho sea de paso, hay una lista de términos propuestos para lunas de lunas, de los cuales los más populares parecen ser "subluna" y "lunaluna").

Hay un artículo de 2018 que explora este tema. Sus cálculos muestran que varias lunas en el sistema solar son en realidad teóricamente capaces de albergar lunas de lunas de larga vida, incluidas Titán y Jápeto de Saturno, Calisto de Júpiter y la Luna de la Tierra.

Este artículo tiene un buen resumen del documento.

Es cierto que la esfera de Hill es una aproximación y que las perturbaciones de otros cuerpos gravitacionales y la radiación pueden desestabilizar una órbita incluso dentro de la esfera de Hill de un cuerpo. Sin embargo, es una estimación decente que si una órbita está dentro de la mitad del radio de la esfera de Hill, entonces esa órbita sería estable por el orden de miles de millones de años.

El documento tiene algunos gráficos que muestran que hay algunas lunas en el sistema solar que pueden tener sublunas de 10 km de escala que son estables durante al menos la edad del sistema solar, bajo la influencia de las mareas planeta-luna-subluna:

Figura 1. Lunas de lunas: el espacio de parámetros en el que la luna de un planeta específico podría albergar una subluna de larga duración bajo la acción de las mareas planeta-luna-subluna

Sin embargo, los autores del artículo señalan que los gráficos anteriores no tienen en cuenta las inestabilidades dinámicas, como las distribuciones de masa inusuales de la Luna, las perturbaciones Sol-Tierra, las interacciones dinámicas entre lunas en sistemas de múltiples lunas y los eventos de dispersión dinámica entre planetas.

Sin embargo, la cresta ecuatorial de Iapetus podría insinuar la existencia de una subluna pasada. Levison et al. (2011) teorizaron que esta cresta proviene de una colisión que generó una subluna, donde la subluna fue empujada por la marea hacia afuera y el cinturón de escombros fue empujado por la marea hacia adentro para crear la cresta. Alternativamente, Dombard et al. (2012) teorizaron que el cinturón fue causado por una subluna que se inclinó en espiral hacia el interior y que fue desgarrada por las mareas.

Iapetus, con una cadena de montañas que rodea su ecuador

¿Por qué no hemos visto ninguna subluna directamente? Una razón podría ser que son demasiado pequeños para ser vistos. Sería bastante difícil detectar algo de 10 metros de ancho orbitando la Luna, y mucho menos Titán.

Aunque el hecho de que no hayamos visto ninguno de estos más grandes teóricamente posibles sugiere que puede haber alguna otra razón por la que no son comunes.

Por ejemplo, puede ser demasiado difícil para ellos formarse en primer lugar, en el caos de gas y polvo que rodea a una estrella bebé. Las mareas también hacen que las órbitas de las lunas se expandan con el tiempo, por lo que lo que es una propiedad inmobiliaria subluna cómoda en este momento no lo habría sido hace miles de millones de años. Por ejemplo, la Luna probablemente se formó dentro de varios radios terrestres de nuestro planeta, lo que habría estado demasiado cerca del planeta para que una subluna fuera factible. Y tal vez sea demasiado raro e improbable que una luna capture un asteroide y lo convierta en una subluna.

Bien hecho al considerar un poco el único hecho que existe en este contexto: que no existe una observación existente de este fenómeno. La fuente que menciona es ciertamente una teoría de peso pesado, pero, en ausencia total de evidencia observacional, ¿es realmente creíble? Si, quizás, su foco estuvo puesto en las razones por las cuales no se ha encontrado tal objeto. Lo que podemos decir con cierta certeza es que el objeto teorizado es presumiblemente imposible porque en realidad no existe ninguno. Es menos razonable que ello implique que, aunque no existan, podrían existir. ¿Es eso realmente ciencia?
@Ed999 Es difícil demostrar que es negativo. No diría que la falta de evidencia observacional descarta necesariamente la posibilidad de sublunas; simplemente pone un límite superior en la prevalencia/tamaño de las sublunas en función de nuestros límites de observación actuales. Como una especie de analogía, compare objetos interestelares: supuestamente varios de estos pasan dentro de la órbita de la Tierra cada año, pero solo detectamos el primero en 2017 y el segundo en 2019. Definitivamente podría ser el caso de que las sublunas no lo hagan. ocurrir naturalmente, pero la teoría aún podría ser útil para saber dónde buscar para descartar eso.
Su explicación tiene más sentido que el documento original, que seguramente se basó en una serie de suposiciones no declaradas . En consecuencia, era particularmente indigerible. Si una de esas suposiciones fuera que solo puede ocurrir por captura, hubiera sido de gran ayuda si lo hubiera dicho. Los objetos pueden pasar más cerca del Sol que nosotros, quizás sin siquiera estar en el mismo plano orbital; pero ni Mercurio ni Venus ni la Tierra ni nuestra Luna capturaron nunca uno, según las observaciones existentes. Y la teoría solo sugiere distancias orbitales en las que no puede ocurrir.
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