gov-civil-vilareal.ptKönnen Monde Monde haben? Jawohl! Naja manchmal.
>Mir werden viele Fragen von Leuten gestellt, die neugierig auf das Universum sind. Einige von ihnen sind häufiger als andere. Sind Schwarze Löcher echt? (Ja.) Glaube ich an Außerirdische und fliegende Untertassen? ( Ja und nein. )
Eine andere, über die ich mich selbst gefragt habe, lautet: Können Monde Monde haben?
Das Problem ist in letzter Zeit aus zwei Gründen aufgekommen: Einer ist die kürzliche mögliche Entdeckung eines Mondes, der einen Exoplaneten umkreist. Die andere ist, dass ein Astronomenpaar, Juna Kollmeier und Sean Raymond, ausgemacht hat ein Papier, das einige ziemlich interessante Berechnungen zu all dem anstellt um zu sehen, ob ein Mond wirklich einen eigenen Mond haben kann.
Ironischerweise, buchstäblich ein paar Tage bevor dieses Papier herauskam, Darüber habe ich auch spekuliert :
In diesem Thread gehe ich kurz auf einige der Konzepte ein, aber hier passiert noch viel mehr. Werfen wir also einen Blick darauf.
Kann ein Mond einen Mond haben? Es stellt sich heraus, dass es eine einfache und eine kompliziertere (aber immer noch coole) Antwort gibt. Die einfache ist: Ja! Und das wussten Sie bereits, wenn Sie richtig darüber nachdachten. Immerhin haben mehrere Apollo-Missionen den Mond umkreist, und wir haben andere Sonden, die dies auch getan haben, wie die wundervolle Mondaufklärer-Orbiter (Ich meine, komm schon, es steht direkt im Namen).
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Aber das meinst du nicht wirklich, oder? Sie möchten wissen, ob a natürlich Mond kann einen anderen Mond umkreisen.
Die Antwort darauf ist anders. Es heißt: Ja! Aber nur manchmal . Und wir haben noch nie einen gesehen. Zumindest jetzt noch nicht.
Erstens, was ist ein Mond? Einfach ausgedrückt, es ist ein Objekt, das einen Planeten umkreist (was ist ein Planet? Nun, das ist schwieriger zu definieren und auch IMO nicht so wichtig). Ein Planet umkreist also einen Stern (normalerweise) und ein Mond umkreist einen Planeten.
Was also umkreist einen Mond? Es gab einige Diskussionen darüber, wie man so etwas nennt, und während manche Leute Moonmoon mögen, ist mir das egal. Nicht, weil es albern ist – der Himmel weiß, dass wir viele davon haben dumme namen für Klassen von Dingen im Weltraum – aber weil es schwer zu sagen ist und nicht so beschreibend ist, wie es sein könnte.
Ich bevorzuge Untermond. Leichter gesagt und die Bedeutung ist klar*.
Also Untermonde. Es stellt sich heraus, dass sie kann existieren, aber nur unter bestimmten Bedingungen. Und dafür müssen wir über die Schwerkraft sprechen.
Erde und Mond, gesehen von der Raumsonde NEAR-Shoemaker im Jahr 1998 auf dem Weg zum Rendezvous mit dem Asteroiden Eros. Kredit: NEAR Spacecraft Team, JHUAPL, NASA
Betrachten Sie zum Beispiel Erde und Mond. Die Erde ist um den Faktor 80 viel massereicher als der Mond. Das heißt, wenn Sie etwas in eine weite Umlaufbahn um den Mond bringen, kann die Schwerkraft der Erde ausreichen, um es wegzuziehen. Je weiter entfernt ein Submond den Mond umkreist, desto mehr Einfluss hat die Erde. Selbst wenn die Erde sie nicht einfach aus der Umlaufbahn holt, könnte die Schwerkraft der Erde ausreichen, um stören es, ändern Sie die Umlaufbahn subtil. Dann ändert sich die Umlaufbahn jedes Mal, wenn sie zwischen Mond und Erde verläuft, ein wenig. Diese summieren sich, und schließlich geht der Untermond verloren, wird in den Weltraum geschleudert oder stürzt auf den Mond oder die Erde.
Es stellt sich heraus, dass Sie diesen Effekt mit Physik und Mathematik modellieren können. Wenn Sie dies tun, stellen Sie fest, dass es ein Volumen um einen Mond gibt, in dem der Einfluss des Mondes viel stärker ist als der des Planeten, und ein Untermond kann stabil sein (es wurde tatsächlich zuerst gemacht, um den Einfluss eines Planeten um sich selbst herauszufinden, wenn er einen Stern umkreist, aber die Mathematik ist die gleiche). Dieses Raumvolumen heißt die Hill-Kugel .†
Die Größe der Hill-Kugel eines Mondes hängt von drei Dingen ab: der Masse des Planeten, den er umkreist, der Masse des Mondes und wie weit der Planet vom Mond entfernt ist. Das macht Sinn; ein massereicherer Mond kann Submonde besser festhalten, aber ein massereicherer Planet macht das schwieriger. Und wenn Sie Ihrem Planeten zu nahe sind, wird der Untermond entfernt.
Die Mathematik ist nicht so schwer (Sie können größtenteils einstecken und tuckern). Wenn man beispielsweise Erde und Sonne verwendet, hat die Hügelkugel der Erde einen Radius von etwa 1,5 Millionen Kilometern, weit über die Entfernung des Mondes von 385.000 km hinaus.
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Interessanterweise ist die Mondhügelkugel etwa 58.000 km von ihrem Zentrum entfernt (oder etwa 56.000 km von ihrer Oberfläche entfernt, was ihren Radius ausmacht). Das ist ziemlich groß! Also ja, der Mond kann einen Untermond haben.
Um wählerisch zu sein, stellt sich heraus, dass selbst wenn Sie sich in der Hill-Kugel eines Mondes befinden, die Schwerkraft des Planeten Sie immer noch stoßen und stoßen kann und Sie im Laufe der Zeit destabilisiert. Das ist schwer zu berechnen, aber eine anständige Schätzung ist, dass Sie für lange Zeit (wie Milliarden von Jahren) stabil sind, wenn Sie sich innerhalb des halben Radius der Hill-Kugel befinden. Also für den Mond weniger als 28.000 km von der Oberfläche entfernt.
Aber es gibt ein Problem, wenn du auch bekommst schließen auch zu einem Mond. Ich meine, natürlich muss man sich außerhalb der Mondoberfläche befinden, um eine Umlaufbahn zu erreichen, sonst kapow . Einfluss. Aber es gibt auch das Problem von Gezeiten .
Kurz gesagt, Gezeiten sind eine Wirkung der Schwerkraft. Da die Schwerkraft mit der Entfernung abnimmt, spürt ein großes Objekt in der Nähe eines größeren Objekts unterschiedliche Schwerkraft über seine Breite. Wenn dieser Unterschied zu groß wird, kann er das Objekt zerreißen!
Diese Entfernung, in der das passiert, heißt das Roche-Limit . Es hängt von vielen Dingen ab, einschließlich der Masse der beiden Objekte und der Größe des kleineren. Sie können es auch basierend auf dem Verhältnis der beiden Objekte berechnen. Dichten und die Größe der größer eins. Aber am Ende bedeutet dies, dass Sie keinen Untermond bekommen können, der zu groß und relativ zu seinem Muttermond ist, oder er zerbricht.
Und jetzt können wir endlich einen Blick darauf werfen was wurde gefunden von den Astronomen, die sich das angeschaut und die Mathematik gemacht haben. Sie stellten eine sehr spezifische Frage: Kann man einen Submond einen Mond in unserem Sonnensystem umkreisen und die Umlaufbahn für die Lebensdauer des Sonnensystems von 4,6 Milliarden Jahren stabil halten?
Eine Grafik, die zeigt, welche Monde im Sonnensystem Untermonde haben können. Die x-Achse ist die Entfernung des Mondes von seinem Planeten und die y-Achse ist die Größe des Mondes. In der Grauzone kann ein 10 km langer Untermond stabil sein; die verschiedenen Linien repräsentieren unterschiedliche Größen. Kredit: adaptiert von Kollmeir und Raymond
Es stellt sich heraus, dass nicht viele Monde im Sonnensystem einen angemessen großen (sagen wir 10 km) Untermond beherbergen können. Für einige befindet sich die Hill-Kugel innerhalb des Mondes (z. B. bei einem Mond mit sehr geringer Masse, der sich in der Nähe eines massiven Planeten umkreist) oder so klein, dass Sie keine stabile Umlaufbahn erreichen können.
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Aber sie fanden mehrere, und die Liste ist interessant: Unser Mond (den wir aus dem, was ich oben gezeigt habe, wussten), Saturns Monde Titan und Iapetus und Jupiters Mond Kallisto . Titan ist massiv und kann sich daher gegen Saturn behaupten, während Iapetus und Callisto weit genug von ihren Planeten entfernt sind, dass ihre Hügelsphären einigermaßen groß sind. Unser Mond ist eine Mischung aus beiden Gründen.
Iapetus ist ein Saturnmond und hat einen sehr seltsamen Bergrücken, der sich um seinen Äquator erstreckt. Kredit: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA
Sobald ich diesen Teil ihrer Zeitung las, standen mir die Nackenhaare auf. Iapetus hat einen gewaltigen Bergrücken, der sich buchstäblich um den Mond auf seinem Äquator erstreckt. Es ist nicht bekannt, wie es sich gebildet hat, aber es könnte von einer langsamen Kollision mit einem kleineren Objekt stammen, das auseinandergerissen wurde; die Trümmer umkreisten dann den Mond und brachen entlang des Äquators zusammen. Der einfachste Weg dafür wäre, wenn Iapetus selbst einen kleinen Mond hätte und schließlich Saturns Einfluss (und/oder der anderer Monde, die den Planeten umkreisen) dazu führte, dass er Iapetus zu nahe kam. Dann übernahm Roche.
Hmmmm. Es ist überhaupt kein Beweis, aber es ist sicher interessant.
Es ist also durchaus möglich, dass ein Mond einen Untermond hat. Cool! Aber wenn das der Fall ist, warum sehen wir keine?
Nun, zum einen könnten einige zu klein sein, um gut zu sehen. Etwas, sagen wir, zehn Meter breit, wäre ziemlich schwer zu erkennen, wenn es um unsere kreist eigen Mond, geschweige denn Titan. Aber wir sehen sicherlich keine größeren, die sollte sichtbar sein, und das ist interessant.
Das Problem kann sein, dass es überhaupt nicht möglich ist, sich zusammen mit dem Mond und dem Planeten zu bilden; Die Gas- und Staubscheibe, die um einen Babystern herumwirbelt, kann zu chaotisch sein, als dass ein Untermond leicht kondensieren könnte. Es ist möglich einen Asteroiden einzufangen und ihn zu einem Untermond werden zu lassen, aber das ist sehr schwierig und kommt selten vor.
Mit anderen Worten, während es eine Region um einen Mond gibt, in der ein Untermond stabil ist, kann es einfach zu schwierig sein, überhaupt einen Untermond in der Region zu bekommen.
Aber es gibt noch mehr. Im Laufe der Zeit beeinflussen die Gezeiten eines Planeten die Umlaufbahn eines Mondes. Die Details sind komplex, aber zum Beispiel hat sich unser Mond wahrscheinlich extrem nahe an der Erde gebildet und ist über Milliarden von Jahren auf seine heutige Entfernung zurückgegangen. Es geht immer noch um etwa 4 Zentimeter pro Jahr zurück.
Als er der Erde wirklich nahe war, wäre die Hügelkugel des Mondes sogar im Inneren des Mondes sehr klein gewesen. Wenn das der Fall ist, kann sich kein Untermond gebildet haben! Als es weit genug von der Erde entfernt war, um eine beträchtliche Hügelkugel zu haben, war es zu spät.
Im Fall von Saturn und Jupiter sind die anderen Monde, die diese Planeten umkreisen, ziemlich groß (Titan und Ganymed sind beide ungefähr so groß wie Merkur!). Sie können auch Untermonde beeinflussen und sie destabilisieren. Vielleicht sehen wir deshalb in unserem Sonnensystem keine Untermonde.
Das heißt aber nicht, dass es sie nicht gibt! In der Forschungsarbeit zeigen Kollmeier und Raymond, dass der mögliche Exomoon Kepler-1625b-I einen Exosubmoon haben könnte, einschließlich eines von anständiger Größe (und Raymond spricht darüber auch in einem Blogbeitrag) . Es ist nicht schwer, sich Situationen in anderen Sternensystemen vorzustellen, in denen dies auch passieren könnte.
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Wie poetisch! Ein fremder Stern, umkreist von einem fremden Planeten, umkreist von einem fremden Mond, umkreiste sich selbst von einem viel kleineren, aber vielleicht substanziellen fremden Untermond. Schade, dass wir so etwas hier nicht haben, aber es ist ein großes Universum.
Und es macht Spaß, darüber nachzudenken.
Mein Dank geht an Sean Raymond und Juna Kollmeier für ihre enthusiastische Hilfe bei ein paar Fragen, die ich zur Submoon-Stabilität hatte.
* Beachten Sie, dass ich mich in diesem Twitter-Thread zuvor selbst der Verwendung von Moonmoon schuldig gemacht habe (obwohl ich tatsächlich Exomoonmoon verwende). Aber das war für Twitter, wo ich mich manchmal albern lasse, im Gegensatz zu hier auf dem Blog, wo es ist nichts als Würde .
† Ich habe schon früher darüber geschrieben, insbesondere in Bezug auf die Behauptung einiger Leute, dass der Mond technisch nicht die Erde umkreist ( es tut ) , und auch in Bezug auf Pluto ist ein Planet oder nicht .
