В чем сила приливов Луны

01.11.2017 20:05

В чем сила приливов 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:

* у объекта может быть в некоем роде атмосфера или диффузное «гало» частиц вокруг;
* объект не обязательно будет стационарным, а будет вращаться — вероятно, быстро — вокруг оси;
* этот объект не обязательно будет изолирован, как вы думали изначально.

В чем сила приливов Луны

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».

В чем сила приливов Луны

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».

В чем сила приливов Луны

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.

В чем сила приливов Луны

1. «Ветер» от Солнца (поток исходящих частиц) врезался бы в Меркурий и объект возле него, сбивая их с орбиты.
2. Тепло, которым Солнце одаривает поверхность Меркурия, может приводить к расширению атмосферы Меркурия. Несмотря на то, что Меркурий безвоздушный, частицы на поверхности нагреваются и выбрасываются в космос, создавая хоть и слабую, но атмосферу.
3. Наконец, есть третья масса, которая хочет привести к окончательной приливной блокировке: не только между малой массой и Меркурием, но и между Меркурием и Солнцем.

Следовательно, для любого спутника Меркурия существует два предельных местоположения.

В чем сила приливов Луны

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:

* вращается недостаточно быстро для своей дистанции;
* Меркурий вращается недостаточно быстро, чтобы быть приливно заблокированным с Солнцем;
* восприимчив к замедлению от солнечного ветра;
* будет подвержен существенному трению меркурианской атмосферы,

в конечном итоге он упадет на поверхность Меркурия.

В чем сила приливов Луны

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:

* спутник вращается слишком быстро для своей дистанции;
* Меркурий вращается слишком быстро, чтобы оказаться приливно заблокированным с Солнцем;
* солнечный ветер придает дополнительную скорость спутнику;
* помехи от других планет выталкивают спутник;
* нагрев Солнца придает дополнительную кинетическую энергию определенно маленькому спутнику.

В чем сила приливов Луны

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:

1. Взять планету/астероид так, чтобы основная масса системы была значительно удалена от Солнца, чтобы солнечный ветер, вспышки света и приливные силы Солнца были несущественными.
2. Чтобы спутник этой планеты/астероида был достаточно близок к основному телу, чтобы не сильно болтался гравитационно и не был случайно вытолкнут в процессе других гравитационных или механических взаимодействий.
3. Чтобы спутник этой планеты/астероида был достаточно удален от основного тела, чтобы приливные силы, трение или другие эффекты не привели к сближению и слиянию с родительским телом.

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.

В чем сила приливов Луны

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:

* максимально массивны;
* относительно удалены от родительского тела для минимизации риска столкновения;
* не слишком удалены, чтобы не оказаться вытолкнутыми;
* и — это новое — хорошо отделены от других лун, колец или спутников, которые могут нарушить систему.

В чем сила приливов Луны

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

* Спутник Юпитера Каллисто: самый внешний из всех крупных спутников Юпитера. Каллисто, который находится на расстоянии 1 883 000 километров, также имеет радиус в 2410 километров. Вокруг Юпитера он проходит за 16,7 дня и имеет значительную скорость убегания в 2,44 км/с.
* Спутник Юпитера Ганимед: крупнейшая луна в Солнечной системе (2634 км радиусом). Ганимед весьма далек от Юпитера (1 070 000 километров), но недостаточно. У него самая высокая скорость убегания из всех спутников в Солнечной системе (2,74 км/с), но густонаселенная система гигантской планеты крайне усложняет процесс приобретения спутников спутниками Юпитера.
* Спутник Сатурна Япет: не особо большой (734 километра в радиусе), но достаточно удаленный от Сатурна — на 3 561 000 километров средней дистанции. Он хорошо отделен от колец Сатурна и от прочих крупных лун планеты. Проблема лишь в его малой массе и размерах: скорость убегания составляет всего 573 метра в секунду.
* Спутник Урана Титания: с радиусом в 788 километров, крупнейший спутник Урана находится в 436 000 километров от Урана и завершает орбиту за 8,7 дня.
* Спутник Урана Оберон: вторая по размерам (761 километр), но самая удаленная (584 000 километра) большая луна завершает орбиту вокруг Урана за 13,5 дня. Оберон и Титания, впрочем, опасно близки друг к другу, поэтому «луна луны» между ними вряд ли появится.
* Спутник Нептуна Тритон: этот захваченный объект пояса Койпера огромен (1355 км в радиусе), далек от Нептуна (355 000 км) и массивен; объекту нужно двигаться на скорости более 1,4 км/с, чтобы покинуть поле притяжения Тритона. Возможно, это наш лучший кандидат на право владения собственным спутником.
* Тритон, крупнейшая луна Нептуна и захваченный объект пояса Койпера, может быть нашей лучшей ставкой на луну с собственной луной. Но «Вояджер-2» ничего не увидел.

В чем сила приливов Луны

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.

Следующая новость
Предыдущая новость

Натуральные соевые продукты Красочный конструктор для детей Запчасти для газовых котлов Hermann Картины из янтаря, иконы и портреты Особый состав косметики Обаджи