gov-civil-vilareal.ptKan måner have måner? Ja! Nå, nogle gange.
>Jeg får stillet masser af spørgsmål af folk, der er nysgerrige om universet. Nogle af dem er mere almindelige end andre. Er sorte huller virkelige? (Ja.) Tror jeg på rumvæsner og flyvende underkopper? ( Ja og nej. )
En anden, en jeg har undret mig over, er: Kan måner have måner?
Spørgsmålet er kommet for nylig af to grunde: Den ene er den nylige mulige opdagelse af en måne, der kredser om en eksoplanet. Den anden er, at et par astronomer, Juna Kollmeier og Sean Raymond, lagde ud et papir der laver nogle ret interessante beregninger om alt dette for at se om en måne virkelig kan have en egen måne.
Ironisk nok bogstaveligt talt et par dage før dette papir udkom, Jeg spekulerede også om det :
I den tråd går jeg kort over nogle af begreberne, men der sker meget mere her. Så lad os tage et kig.
Kan en måne have en måne? Det viser sig, at der er et let svar på dette og et mere kompliceret (men stadig cool). Den lette er: Ja! Og du vidste det allerede, hvis du tænkte over det på den rigtige måde. Efter alt kredsede flere Apollo -missioner om månen, og vi har andre sonder, der også har gjort det, ligesom den vidunderlige Lunar Reconnaissance Orbiter (Jeg mener, kom nu, det er lige der i navnet).
Men det er ikke rigtigt det du mener, vel? Du vil vide, om a naturlig månen kan gå i kredsløb om en anden måne.
Svaret på det er anderledes. Det er: Ja! Men kun Sommetider . Og vi har aldrig set en. I hvert fald ikke endnu.
For det første, hvad er en måne? Kort sagt, det er et objekt, der kredser om en planet (hvad er en planet? Nå, det er sværere at definere, og også IMO er ikke særlig vigtig). Så en planet kredser om en stjerne (normalt) og en måne kredser om en planet.
Så hvad kredser en måne? Der har været en del diskussion om hvad man skal kalde sådan noget, og mens nogle mennesker kan lide måne, er jeg ligeglad med det. Ikke fordi det er fjollet - himlen ved vi har masser af fjollede navne for klasser af ting i rummet - men fordi det er svært at sige og ikke er så beskrivende, som det kunne være.
kald mig ved dit navn forældre guide
Jeg foretrækker submoon. Lettere at sige, og meningen er klar*.
Så submåner. Det viser sig, at de kan findes, men kun under visse betingelser. Og for det skal vi tale om tyngdekraften.
Jorden og månen, set af rumfartøjet NEAR-Shoemaker i 1998 på vej til rendezvous med asteroiden Eros. Kredit: NÆR Rumfartøjsteam, JHUAPL, NASA
hvordan får man kæresten tilbage
Se for eksempel på jorden og månen. Jorden er meget mere massiv, med en faktor på omkring 80, end Månen. Det betyder, at hvis du lægger noget i en bred bane omkring Månen, kan Jordens tyngdekraft være nok til at rykke den væk. Jo længere væk en submoon kredser om månen, jo mere indflydelse har Jorden. Selvom Jorden ikke bare plukker den ud af kredsløb, kan Jordens tyngdekraft være nok til forstyrre det, ændre kredsløbet subtilt. Så hver gang den passerer mellem Månen og Jorden, ændrer kredsløbet sig lidt. De tilføjer, og til sidst er undermånen tabt, slynget ud i rummet eller sendt styrtende ned i månen eller jorden.
Det viser sig, at du kan modellere denne effekt ved hjælp af fysik og matematik. Når du gør det, finder du, at der er et volumen omkring en måne, hvor månens indflydelse er meget stærkere end planetens, og en undermåne kan være stabil (det blev faktisk først gjort for at finde ud af en planets indflydelse omkring sig selv, når den kredser om en stjerne, men matematikken er den samme). Denne rumvolumen kaldes Hill -kuglen .†
Størrelsen af en månes Hill -kugle afhænger af tre ting: planetens masse, den kredser om, månens masse og hvor langt planeten er fra månen. Dette giver mening; en mere massiv måne kan bedre holde på undermåner, men en mere massiv planet gør det sværere. Og hvis du er for tæt på din planet, fjerner det submoonen.
Matematikken er ikke så hård (du kan for det meste tilslutte og chugge). For eksempel, ved hjælp af Jorden og Solen, er Jordens Hill -kugle omkring 1,5 millioner kilometer i radius, langt forbi Månens afstand på 385.000 km.
Interessant nok er Moon's Hill -kuglen omkring 58.000 km fra centrum (eller cirka 56.000 km fra overfladen, der tegner sig for dens radius). Det er ret stort! Så ja, Månen kan have en submoon.
For at være kræsen viser det sig, at selvom du er inde i en månes Hill -kugle, kan planetens tyngdekraft stadig stikke og stikke dig og destabilisere dig over tid. Det er svært at beregne, men et anstændigt skøn er, at du er stabil i lang tid (f.eks. Milliarder af år), hvis du er inden for halvdelen af Hill -kuglens radius. Så for Månen, mindre end 28.000 km fra overfladen.
Men der er et problem, hvis du også får det tæt også til en måne. Jeg mener naturligvis, at du skal være uden for månens overflade for at gå i kredsløb, eller også kapow . Indvirkning. Men der er også problemet med tidevand .
I en nøddeskal er tidevand en tyngdekraftseffekt. Fordi tyngdekraften svækkes med afstanden, føler et stort objekt tæt på et større forskelligt tyngdekraft på tværs af dets bredde. Hvis denne forskel bliver for meget, kan den rive objektet fra hinanden!
Denne afstand, hvor det sker, kaldes Roche -grænsen . Det afhænger af mange ting, herunder masserne af de to objekter og størrelsen på den mindre. Du kan også beregne det baseret på forholdet mellem de to objekter tætheder og størrelsen på større en. Men i sidste ende betyder det, at du ikke kan få en submoon, der er for stor og tæt i forhold til dens forældremåne, ellers bryder den op.
hatsune miku: projekt diva fremtidstone
Og nu kan vi endelig se på hvad der blev fundet af astronomerne, der kiggede på dette og regnede. De stillede et meget specifikt spørgsmål: Kan du få en submoon, der kredser om en måne i vores solsystem og få kredsløbet til at være stabilt i solsystemets levetid, 4,6 milliarder år?
En graf, der viser, hvilke måner i solsystemet der kan have undermåner. X-aksen er månens afstand fra sin planet, og y-aksen er på størrelse med månen. Det grå område er, hvor en 10 km submoon kan være stabil; de forskellige linjer repræsenterer forskellige størrelser. Kredit: tilpasset fra Kollmeir og Raymond
Det viser sig, at ikke mange måner i solsystemet kan være vært for en submoon i anstændig størrelse (f.eks. 10 km). For nogle er Hill-kuglen inde i månen (for eksempel med en meget lavmassemåne, der kredser tæt på en massiv planet), eller så lille, at du ikke kan få en stabil bane.
Men de fandt flere, og listen er interessant: Vores måne (som vi kendte ud fra det jeg viste ovenfor), Saturns måner Titan og Iapetus og Jupiters måne Callisto . Titan er massiv, og så kan den holde sin stand mod Saturn, mens Iapetus og Callisto er langt nok ude fra deres planeter, at deres Hill -kugler er rimelig store. Vores måne er en blanding af begge grunde.
Iapetus er en måne på Saturn og har en meget underlig bjergryg, der går hele vejen rundt om ækvator. Kredit: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA
Så snart jeg læste den del af deres papir, stod håret på bagsiden af min hals op. Iapetus har en enorm bjergryg, der strækker sig bogstaveligt talt hele vejen rundt om månen på sin ækvator. Det vides ikke, hvordan det dannede sig, men det kan have været fra en langsom kollision med en mindre genstand, der blev revet fra hinanden; resterne omringede derefter månen og faldt sammen langs ækvator. Den nemmeste måde for det at ske på ville være, hvis Iapetus havde en lille måne selv, og i sidste ende fik Saturns indflydelse (og/eller andre månes kreds om planeten) den til at komme for tæt på Iapetus. Så tog Roche over.
Hmmmmm. Det er slet ikke bevis, men det er sikkert interessant.
Så det er bestemt muligt for en måne at have en submoon. Fedt nok! Men hvis det er tilfældet, hvorfor ser vi så ikke nogen?
For en ting er nogle måske for små til at se godt. Noget, siger ti meter på tværs, ville være temmelig svært at få øje på i kredsløb omkring vores egen Moon, endsige Titan. Men vi ser bestemt ikke større, som bør være synlig, og det er interessant.
Problemet kan være, at det i første omgang ikke er muligt at danne sig sammen med månen og planeten; gas- og støvskiven, der hvirvler rundt om en babystjerne, kan være for kaotisk til, at en submoon let kan kondensere. Det er muligt at fange en asteroide og få den til at blive en submoon, men det er meget svært og en sjælden forekomst.
Med andre ord, mens der er en region omkring en måne, hvor en submoon er stabil, kan det bare være for svært at få en submoon i regionen i første omgang.
lov om tiltrækning bekræftelser for selvkærlighed
Men der er mere. Over tid påvirker tidevandet fra en planet månens bane. Detaljerne er komplekse, men for eksempel har vores måne sandsynligvis dannet sig ekstremt tæt på Jorden, og over milliarder af år er gået tilbage til sin nuværende afstand. Det falder stadig med cirka 4 centimeter om året.
Når det var virkelig tæt på Jorden, ville Moon's Hill -kuglen have været meget lille, selv inde på månen. Hvis det er tilfældet, kunne en submoon ikke have dannet sig! Da det kom langt nok væk fra Jorden til at have en betydelig Hill -kugle, var det for sent.
I tilfælde af Saturn og Jupiter er de andre måner, der kredser om disse planeter, ret store (Titan og Ganymede er begge på størrelse med Merkur!). De kan også påvirke undermåner og destabilisere dem. Det er måske derfor, vi ikke ser nogen submåner i vores solsystem.
Men det betyder ikke, at de ikke findes! I forskningspapiret viser Kollmeier og Raymond, at den mulige exomoon Kepler-1625b-I kunne have en exosubmoon, herunder en af en anstændig størrelse (og Raymond taler også om dette i et blogindlæg) . Det er ikke svært at forestille sig situationer i andre stjernesystemer, hvor dette også kunne ske.
Hvor poetisk! En fremmed stjerne, omkranset af en fremmed planet, omkranset af en fremmed måne, cirklede om sig selv af en langt mindre, men måske væsentlig fremmed undermåne. Det er ærgerligt, at vi ikke har sådan noget her, men det er et stort univers.
Og en sjov at tænke på.
Min tak til både Sean Raymond og Juna Kollmeier for deres entusiastiske hjælp med et par spørgsmål, jeg havde om stabilitet på måneden.
* Bemærk, at i den Twitter -tråd tidligere er jeg selv skyldig i at bruge månesmør (selvom jeg faktisk bruger exomoonmoon). Men det var for Twitter, hvor jeg nogle gange lod mig være fjollet, i modsætning til her på bloggen, hvor det er ikke andet end værdighed .
† Jeg har skrevet om det før, specifikt med henvisning til nogle menneskers påstand om, at Månen teknisk set ikke kredser om jorden ( det gør det ) , og også med henvisning til Pluto er en planet eller ej .
