gov-civil-vilareal.ptAs luas podem ter luas? Sim! Bem, às vezes.
>Eu recebo muitas perguntas de pessoas curiosas sobre o Universo. Alguns deles são mais comuns do que outros. Os buracos negros são reais? (Sim.) Eu acredito em alienígenas e discos voadores? ( Sim e não. )
Outra, sobre a qual me perguntei, é: As luas podem ter luas?
O problema surgiu recentemente por dois motivos: Um é a recente possível descoberta de uma lua orbitando um exoplaneta. A outra é que uma dupla de astrônomos, Juna Kollmeier e Sean Raymond, colocou um artigo que faz alguns cálculos muito interessantes sobre tudo isso para ver se uma lua realmente pode ter sua própria lua.
Ironicamente, literalmente alguns dias antes do lançamento deste artigo, Eu especulei sobre isso também :
Nesse tópico, repasso brevemente alguns dos conceitos, mas há muito mais acontecendo aqui. Então, vamos dar uma olhada.
Uma lua pode ter uma lua? Acontece que há uma resposta fácil para isso, e uma mais complicada (mas ainda assim legal). O mais fácil é: Sim! E você já sabia disso, se pensasse da maneira certa. Afinal, várias missões Apollo orbitaram a Lua, e temos outras sondas que também o fizeram, como a maravilhosa Lunar Reconnaissance Orbiter (Quer dizer, vamos lá, está bem no nome).
Mas não é isso que você quer dizer, é? Você quer saber se um natural lua pode orbitar outra lua.
A resposta para isso é diferente. É: Sim! Se apenas às vezes . E nunca vimos um. Pelo menos ainda não.
Primeiro, o que é uma lua? Simplificando, é um objeto que orbita um planeta (o que é um planeta? Bem, isso é mais difícil de definir, e também não é muito importante). Portanto, um planeta orbita uma estrela (geralmente) e uma lua orbita um planeta.
Então, o que orbita a lua? Tem havido alguma discussão sobre como chamar tal coisa, e embora algumas pessoas gostem da lua da lua, eu não ligo para isso. Não porque seja bobo - Deus sabe que temos muitos nomes bobos para classes de coisas no espaço - mas porque é difícil dizer e não é tão descritivo quanto poderia ser.
Eu prefiro submoon. Mais fácil de dizer e o significado é claro *.
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Então, submoons. Acontece que eles posso existem, mas apenas sob certas condições. E para isso, temos que falar sobre gravidade.
A Terra e a Lua, vistas pela espaçonave NEAR-Shoemaker em 1998 a caminho do encontro com o asteróide Eros. Crédito: NEAR Spacecraft Team, JHUAPL, NASA
Veja a Terra e a Lua, por exemplo. A Terra é muito mais massiva, por um fator de cerca de 80, do que a Lua. Isso significa que se você colocar algo em uma órbita ampla ao redor da Lua, a gravidade da Terra pode ser o suficiente para arrancá-lo. Quanto mais distante uma submoon orbita a Lua, mais influência a Terra tem. Mesmo que a Terra não o tire simplesmente da órbita, a gravidade da Terra pode ser suficiente para perturbar , mude a órbita sutilmente. Então, toda vez que ele passa entre a Lua e a Terra, a órbita muda um pouco. Essas somam-se e, eventualmente, a submoon é perdida, atirada para o espaço ou enviada para colidir com a Lua ou a Terra.
Acontece que você pode modelar esse efeito usando física e matemática. Ao fazer isso, você descobre que há um volume em torno de uma lua onde a influência da lua é muito mais forte do que a do planeta, e uma submoa pode ser estável (na verdade, foi feito primeiro para descobrir a influência de um planeta em torno de si mesmo quando orbita uma estrela, mas a matemática é a mesma). Este volume de espaço é chamado a esfera da colina .†
O tamanho da esfera Hill de uma lua depende de três coisas: a massa do planeta que orbita, a massa da lua e a distância que o planeta está da lua. Isso faz sentido; uma lua mais massiva pode manter-se melhor em submoons, mas um planeta mais massivo torna isso mais difícil. E se você estiver muito perto de seu planeta, isso remove a submoon.
A matemática não é tão difícil (você pode conectar e chug na maior parte). Por exemplo, usando a Terra e o Sol, a esfera da Colina da Terra tem cerca de 1,5 milhão de quilômetros de raio, bem além da distância da Lua de 385.000 km.
Curiosamente, a esfera da Colina da Lua está a cerca de 58.000 km de seu centro (ou cerca de 56.000 km de sua superfície, contabilizando seu raio). Isso é muito grande! Então, sim, a Lua pode ter uma submoon.
Para ser exigente, acontece que mesmo se você estiver dentro de uma esfera Hill da lua, a gravidade do planeta ainda pode cutucar e cutucar você, desestabilizando você com o tempo. Isso é difícil de calcular, mas uma estimativa decente é que você ficará estável por um longo tempo (como, bilhões de anos) se estiver dentro da metade do raio da esfera de Hill. Portanto, para a Lua, a menos de 28.000 km da superfície.
Mas há um problema se você também perto para a lua também. Quero dizer, obviamente, você tem que estar fora da superfície da lua para orbitar, ou então Kapow . Impacto. Mas também há o problema de marés .
Em suma, as marés são um efeito da gravidade. Como a gravidade enfraquece com a distância, um objeto grande próximo a um maior sente diferentes quantidades de gravidade em sua largura. Se essa diferença for muito grande, ela pode rasgar o objeto!
Essa distância onde isso acontece é chamada o limite de Roche . Depende de muitas coisas, incluindo as massas dos dois objetos e o tamanho do menor. Você também pode calculá-lo com base na proporção dos dois objetos densidades e o tamanho do maior 1. Mas no final, isso significa que você não pode obter uma sub-lua que é muito grande e próxima em relação à lua-mãe, ou então ela se quebrará.
E agora, finalmente, podemos dar uma olhada em o que foi encontrado pelos astrônomos que investigaram isso e fizeram as contas. Eles fizeram uma pergunta muito específica: você pode obter uma submoon orbitando uma lua em nosso sistema solar e ter a órbita estável durante toda a vida do sistema solar, 4,6 bilhões de anos?
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Um gráfico que mostra quais luas do sistema solar podem ter submoas. O eixo x é a distância da lua de seu planeta, e o eixo y é o tamanho da lua. A área cinza é onde uma submoon de 10 km pode ser estável; as diferentes linhas representam diferentes tamanhos. Crédito: adaptado de Kollmeir e Raymond
Acontece que poucas luas no sistema solar podem hospedar uma submoa de tamanho decente (digamos, 10 km). Para alguns, a esfera Hill está dentro da lua (por exemplo, com uma lua de massa muito baixa orbitando perto de um planeta massivo), ou tão pequena que você não pode obter uma órbita estável.
Mas eles encontraram vários, e a lista é interessante: Nossa Lua (que sabíamos do que mostrei acima), as luas de Saturno Titã e Júpiter e a lua de Júpiter Calisto . Titã é massivo e, portanto, pode resistir a Saturno, enquanto Jápeto e Calisto estão longe o suficiente de seus planetas para que suas esferas de Colina sejam razoavelmente grandes. Nossa Lua é uma mistura de ambos os motivos.
Jápeto é uma lua de Saturno e tem uma cadeia de montanhas muito esquisita ao redor de seu equador. Crédito: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA
Assim que li essa parte do artigo, os cabelos da minha nuca se arrepiaram. Jápeto tem uma enorme cordilheira de montanhas que se estende literalmente ao redor da lua em seu equador. Não se sabe como se formou, mas pode ter sido devido a uma colisão de baixa velocidade com um objeto menor que se partiu; os destroços então circundaram a lua e desabaram ao longo do equador. A maneira mais fácil de isso acontecer seria se Jápeto tivesse uma lua pequena e, eventualmente, a influência de Saturno (e / ou de outras luas orbitando o planeta) fizesse com que ela ficasse muito perto de Jápeto. Então Roche assumiu.
Hmmmmm. Não é uma prova, mas com certeza é interessante.
Portanto, é certamente possível que uma lua tenha uma submoon. Frio! Mas se for esse o caso, por que não vemos nenhum?
Bem, por um lado, alguns podem ser pequenos demais para ver bem. Algo, digamos, dez metros de diâmetro seria muito difícil de localizar orbitando nosso ter Lua, quanto mais Titã. Mas certamente não vemos grandes que devemos ser visível, e isso é interessante.
O problema pode ser que a formação junto com a lua e o planeta em primeiro lugar não seja possível; o disco de gás e poeira girando em torno de uma estrela bebê pode ser caótico demais para uma sub-lua condensar facilmente. Seu possível para capturar um asteróide e torná-lo uma submoon, mas isso é muito difícil e uma ocorrência rara.
Em outras palavras, embora haja uma região em torno de uma lua onde uma submoa é estável, pode ser muito difícil obter uma submoa na região em primeiro lugar.
Mas tem mais. Com o tempo, as marés de um planeta afetam a órbita da lua. Os detalhes são complexos, mas, por exemplo, nossa Lua provavelmente se formou extremamente perto da Terra e, ao longo de bilhões de anos, retrocedeu até sua distância atual. Ainda está recuando cerca de 4 centímetros por ano.
Quando estava realmente perto da Terra, a esfera da Colina da Lua seria muito pequena, mesmo dentro da Lua. Se for esse o caso, uma submoon não poderia ter se formado! Quando se afastou o suficiente da Terra para ter uma esfera de Colina substancial, já era tarde demais.
No caso de Saturno e Júpiter, as outras luas orbitando esses planetas são muito grandes (Titã e Ganimedes têm o tamanho de Mercúrio!). Eles também podem afetar as submoons, desestabilizando-as. Pode ser por isso que não vemos submoons em nosso sistema solar.
Mas isso não significa que eles não existam! No artigo de pesquisa, Kollmeier e Raymond mostram que o possível exomoon Kepler-1625b-I poderia ter um exosubmoon, incluindo um de tamanho decente (e Raymond fala sobre isso em uma postagem do blog também) . Não é difícil imaginar situações em outros sistemas estelares onde isso também poderia acontecer.
Que poético! Uma estrela alienígena, circundada por um planeta alienígena, circundada por uma lua alienígena, circundou-se por uma submoon alienígena muito menor, mas talvez substantiva. É uma pena que não tenhamos algo assim aqui, mas é um grande Universo.
E divertido de se pensar.
Meus agradecimentos a Sean Raymond e Juna Kollmeier pela ajuda entusiástica com algumas perguntas que eu tinha sobre a estabilidade da submoon.
* Observe que naquele tópico do Twitter anterior, eu mesmo sou culpado de usar moonmoon (embora eu realmente use exomoonmoon). Mas isso foi para o Twitter, onde às vezes me deixo ser mais bobo, ao contrário de aqui no blog, onde não é nada além de dignidade .
† Já escrevi sobre isso antes, especificamente em referência à afirmação de algumas pessoas de que, tecnicamente, a Lua não orbita a Terra ( faz ) , e também em referência a Plutão sendo um planeta ou não .
