Могут ли у лун быть свои луны?

В Солнечной системе есть Солнце — в центре — много планет, астероидов, объекты пояса Койпера и спутники, они же луны. Хотя у большинства планет есть спутники, а у некоторых объектов пояса Койпера и даже астероидов тоже есть собственные спутники, известных «спутников спутников» среди них нет. То ли нам не повезло, то ли фундаментальные и крайне важные правила астрофизики усложняют их образование и существование.

Когда все, что вам нужно иметь в виду, это один массивный объект в пространстве, все кажется довольно простым. Гравитация будет единственной рабочей силой, и вы сможете разместить любой объект на стабильной эллиптической или круговой орбите вокруг него. По такому сценарию, вроде бы, он будет находиться на своей позиции вечно. Но здесь в игру вступают прочие факторы:

Приливных сил, которые действуют на спутник Сатурна Энцелад, достаточно, чтобы вытягивать его ледяную корку и нагревать недра, так что подповерхностный океан извергается на сотни километров в космос

Первый фактор, атмосфера, имеет смысл только в самом крайнем случае. Обычно объекту, который вращается вокруг массивного и твердого мира без атмосферы, будет достаточно избегать поверхности этого объекты, и он будет держаться рядом бесконечно долго. Но если прирастить атмосферу, даже невероятно диффузную, любому телу на орбите придется иметь дело с атомами и частицами, окружающими центральную массу.

Несмотря на то, что мы обычно считаем, что у нашей атмосферы есть «конец» и на определенной высоте начинается космос, реальность такова, что атмосфера просто истощается, когда вы поднимаетесь все выше и выше. Атмосфера Земли простирается на много сотен километров; даже Международная космическая станция сойдет с орбиты и сгорит, если мы не будем ее постоянно подгонять. По меркам Солнечной системы, тело на орбите должно находиться на определенном расстоянии от какой бы то ни было массы, чтобы оставаться в «безопасности».

Будь то искусственный спутник или естественный, не имеет большого значения; если он будет находиться на орбите мира с существенной атмосферой, он сойдет с орбиты и упадет на ближайший мир. Все спутники на низкой околоземной орбите так сделают, как и спутник Марса Фобос

Кроме того, объект может вращаться. Это касается как большой массы, так и меньшей, вращающейся вокруг первой. Существует «стабильная» точка, в которой обе массы приливно заблокированы (то есть всегда обращены друг к другу одной стороной), но при любой другой конфигурации возникнет «крутящий момент». Это кручение либо закрутит обе массы по спирали внутрь (если вращение медленное) либо наружу (если вращение быстрое). В других мирах большинство спутников не рождаются в идеальных условиях. Но есть еще один фактор, который нам нужно учитывать, прежде чем с головой нырнуть в проблему «спутника спутников».

Модель системы Плутон — Харон демонстрирует две главных массы, вращающиеся одна вокруг другой. Облет «Новых горизонтов» показал, что у Плутона или Харона нет внутренних спутников относительно их взаимных орбит

Тот факт, что объект не изолирован, имеет большое значение. Гораздо проще удержать объект на орбите возле единой массы — вроде луны возле планеты, небольшого астероида возле большого или Харона возле Плутона — чем удержать объект на орбите возле массы, которая сама вращается вокруг другой массы. Это важный фактор, и мы о нем мало задумываемся. Но давайте на секунду рассмотрим его с перспективы нашей самой близкой к Солнцу, безлунной планеты Меркурий.

Меркурий вращается вокруг нашего Солнца относительно быстро, и поэтому гравитационные и приливные силы, действующие на него, очень велики. Если бы что-то еще вращалось вокруг Меркурия, было бы гораздо больше дополнительных факторов.

Следовательно, для любого спутника Меркурия существует два предельных местоположения.

Каждая планета, которая вращается вокруг звезды, будет наиболее стабильной, когда приливно с ней заблокирована: когда ее орбитальный и вращательный периоды совпадают. Если добавить еще один объект на орбиту к планете, ее самая стабильная орбита будет взаимно приливно заблокирована с планетой и звездой вблизи точки L2

Если спутник будет слишком близко к Меркурию по ряду причин:

в конечном итоге он упадет на поверхность Меркурия.

Когда объект сталкивается с планетой, он может поднять обломки и привести к формированию лун неподалеку. Так появилась земная Луна и так же появились спутники Марса и Плутона

И напротив, он рискует быть выброшенным с орбиты Меркурия, если спутник будет слишком далеко и будут применимы другие соображения:

С учетом всего сказанного, не стоит забывать, что у многих планет есть свои спутники. Хотя система из трех тел никогда не будет стабильной, если вы только не подгоните ее конфигурацию под идеальные критерии, мы будем стабильны в течение миллиардов лет при нужных условиях. Вот несколько условий, которые упростят задачу:

Как вы, возможно, догадались, существует «сладкое яблочко», в котором луна может существовать возле планеты: в несколько раз дальше радиуса планеты, но достаточно близко, чтобы орбитальный период был не слишком длинным и все еще значительно короче орбитального периода планеты относительно звезды. Итак, если взять все это вкупе, где же спутники спутников в нашей Солнечной системе?

У астероидов в основном поясе и троянцев возле Юпитера могут быть собственные спутники, но сами они не считают себя таковыми.

Самое близкое, что у нас есть, это троянские астероиды с собственными спутниками. Но поскольку они не являются «спутниками» Юпитера, это не совсем подходит. Что тогда?

Короткий ответ: вряд ли мы найдем что-то подобное, но надежда есть. Газовые гигантские миры относительно стабильны и достаточно удалены от Солнца. У них много спутников, многие из которых приливно заблокированы со своим родительским миром. Крупнейшие луны будут лучшими кандидатами для размещения спутников. Они должны быть:

Какие же луны в нашей Солнечной системе лучше всего подходят, чтобы обзавестись собственными спутниками?

При всем этом, насколько нам известно, в нашей Солнечной системе нет спутников с собственными спутниками. Возможно, мы ошибаемся и найдем их в дальнем конце пояса Койпера или даже в облаке Оорта, где объектов пруд пруди.

Теория говорит, что такие объекты могут существовать. Это возможно, но требует крайне специфических условий. Что касается наших наблюдений, в нашей Солнечной системе таковые пока не возникали. Но кто знает: Вселенная полна сюрпризов. И чем лучше будут становиться наши возможности поиска, тем больше сюрпризов мы будем находить. Никто не удивится, если следующая грандиозная миссия к Юпитеру (или другим газовым гигантам) обнаружит спутник возле спутника. Время покажет.

Источник: hi-news.ru