gov-civil-vilareal.ptKunnen manen manen hebben? Ja! Nou, soms.
>Ik krijg veel vragen van mensen die nieuwsgierig zijn naar het heelal. Sommige daarvan komen vaker voor dan andere. Zijn zwarte gaten echt? (Ja.) Geloof ik in buitenaardse wezens en vliegende schotels? ( Ja en nee. )
Een andere, een die ik me over mezelf heb afgevraagd, is: kunnen manen manen hebben?
Het probleem is onlangs om twee redenen aan de orde geweest: een daarvan is de recente mogelijke ontdekking van een maan die rond een exoplaneet draait. De andere is dat een paar astronomen, Juna Kollmeier en Sean Raymond, de een paper die behoorlijk interessante berekeningen maakt over dit alles om te zien of een maan echt een eigen maan kan hebben.
Ironisch genoeg, letterlijk een paar dagen voordat deze krant uitkwam, Ik speculeerde er ook over :
In die thread bespreek ik kort enkele concepten, maar er is hier veel meer aan de hand. Dus laten we eens kijken.
Kan een maan een maan hebben? Het blijkt dat hier een eenvoudig antwoord op is, en een ingewikkelder (maar nog steeds cool) antwoord. De makkelijke is: Ja! En dat wist je al, als je er goed over nadacht. Er waren tenslotte verschillende Apollo-missies om de maan, en we hebben andere sondes die dat ook hebben gedaan, zoals de prachtige Lunar Reconnaissance Orbiter (Ik bedoel, kom op, het staat precies in de naam).
Maar dat is niet echt wat je bedoelt, toch? Wil je weten of een natuurlijk maan kan om een andere maan draaien.
Het antwoord daarop is anders. Het is: Ja! Maar alleen soms . En we hebben er nog nooit een gezien. Tenminste nog niet.
Ten eerste, wat is een maan? Simpel gezegd, het is een object dat om een planeet draait (wat is een planeet? Nou, dat is moeilijker te definiëren, en ook IMO niet erg belangrijk). Dus een planeet draait om een ster (meestal) en een maan om een planeet.
Dus wat draait er om een maan? Er is wat discussie geweest over hoe je zoiets moet noemen, en hoewel sommige mensen van moonmoon houden, kan het me niet schelen. Niet omdat het gek is - de hemel weet dat we er veel hebben gekke namen voor klassen van dingen in de ruimte - maar omdat het moeilijk te zeggen is en niet zo beschrijvend is als het zou kunnen zijn.
Ik heb liever submaan. Makkelijker gezegd en de betekenis is duidelijk*.
Submaan dus. Het blijkt dat ze kan bestaan, maar alleen onder bepaalde voorwaarden. En daarvoor moeten we het hebben over zwaartekracht.
De aarde en de maan, gezien door het ruimtevaartuig NEAR-Shoemaker in 1998 op weg naar een ontmoeting met de asteroïde Eros. Credit: NABIJ Ruimtevaartuigteam, JHUAPL, NASA
Kijk bijvoorbeeld naar de aarde en de maan. De aarde is veel massiever, met een factor 80, dan de maan. Dat betekent dat als je iets in een brede baan rond de maan plaatst, de zwaartekracht van de aarde voldoende kan zijn om het weg te rukken. Hoe verder een submaan om de maan draait, hoe meer invloed de aarde heeft. Zelfs als de aarde hem niet gewoon uit zijn baan haalt, kan de zwaartekracht van de aarde voldoende zijn om verstoren het, verander de baan subtiel. Elke keer dat het tussen de maan en de aarde passeert, verandert de baan een beetje. Die tellen op en uiteindelijk gaat de submaan verloren, de ruimte in geslingerd of neergestort op de maan of de aarde.
Het blijkt dat je dit effect kunt modelleren met behulp van natuurkunde en wiskunde. Als je dat doet, merk je dat er een volume rond een maan is waar de invloed van de maan veel sterker is dan die van de planeet, en een submaan kan stabiel zijn (het werd eigenlijk voor het eerst gedaan om de invloed van een planeet om zichzelf te achterhalen wanneer deze om een ster draait, maar de wiskunde is hetzelfde). Dit ruimtevolume heet de heuvel bol .†
De grootte van de Hill-bol van een maan hangt af van drie dingen: de massa van de planeet waar hij om draait, de massa van de maan en hoe ver de planeet van de maan verwijderd is. Dit slaat ergens op; een massievere maan kan submanen beter vasthouden, maar een massievere planeet maakt dat moeilijker. En als je te dicht bij je planeet bent, verwijdert het de submaan.
De wiskunde is niet zo moeilijk (je kunt voor het grootste deel pluggen en puffen). Als we bijvoorbeeld de aarde en de zon gebruiken, heeft de aardse heuvelbol een straal van ongeveer 1,5 miljoen kilometer, ruim voorbij de afstand van de maan van 385.000 km.
Interessant is dat de Moon's Hill-bol ongeveer 58.000 km van het centrum ligt (of ongeveer 56.000 km van het oppervlak, rekening houdend met de straal). Dat is best groot! Dus ja, de maan kan een submaan hebben.
Om kieskeurig te zijn, blijkt dat zelfs als je je in de Hill-bol van een maan bevindt, de zwaartekracht van de planeet je nog steeds kan porren en porren, waardoor je na verloop van tijd destabiliseert. Dat is moeilijk te berekenen, maar een goede schatting is dat je stabiel bent voor een lange tijd (zoals miljarden jaren) als je binnen de helft van de straal van de Hill-bol bent. Dus voor de maan, minder dan 28.000 km van het oppervlak.
Maar er is een probleem als jij ook krijgt dichtbij ook naar een maan. Ik bedoel, het is duidelijk dat je buiten het oppervlak van de maan moet zijn om in een baan om de aarde te kunnen draaien, of anders kapow . Gevolg. Maar er is ook het probleem van getijden .
In een notendop, getijden zijn een effect van de zwaartekracht. Omdat de zwaartekracht afneemt met de afstand, voelt een groot object dichtbij een groter object verschillende hoeveelheden zwaartekracht over zijn breedte. Als dat verschil te groot wordt, kan het het object uit elkaar scheuren!
Deze afstand waar dat gebeurt heet de Roche-limiet . Het hangt van veel dingen af, waaronder de massa van de twee objecten en de grootte van de kleinere. Je kunt het ook berekenen op basis van de verhouding van de twee objecten ' dichtheden en de grootte van de groter een. Maar uiteindelijk betekent dit dat je geen submaan kunt krijgen die te groot is en te dicht bij zijn moedermaan staat, anders zal hij uiteenvallen.
En nu kunnen we eindelijk eens kijken naar wat is er gevonden? door de astronomen die dit onderzochten en rekenden. Ze stelden een heel specifieke vraag: kun je een submaan in een baan om een maan in ons zonnestelsel krijgen en de baan stabiel houden voor de levensduur van het zonnestelsel, 4,6 miljard jaar?
Een grafiek die laat zien welke manen in het zonnestelsel submanen kunnen hebben. De x-as is de afstand van de maan tot zijn planeet en de y-as is de grootte van de maan. Het grijze gebied is waar een submaan van 10 km stabiel kan zijn; de verschillende lijnen vertegenwoordigen verschillende maten. Credit: aangepast van Kollmeir en Raymond
Het blijkt dat niet veel manen in het zonnestelsel een submaan van behoorlijke omvang (laten we zeggen 10 km) kunnen herbergen. Voor sommigen bevindt de Hill-bol zich in de maan (bijvoorbeeld met een maan met een zeer lage massa die dicht bij een massieve planeet draait), of zo klein dat je geen stabiele baan kunt krijgen.
Maar ze hebben er verschillende gevonden, en de lijst is interessant: onze maan (die we wisten van wat ik hierboven liet zien), de manen van Saturnus, Titan en Iapetus, en de maan van Jupiter Callisto . Titan is enorm en kan dus standhouden tegen Saturnus, terwijl Iapetus en Callisto ver genoeg van hun planeten verwijderd zijn dat hun Hill-bollen redelijk groot zijn. Onze Maan is een mix van beide redenen.
Iapetus is een maan van Saturnus en heeft een heel vreemde bergkam die helemaal rond de evenaar loopt. Credit: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA
Zodra ik dat deel van hun krant las, ging het haar in mijn nek overeind. Iapetus heeft een enorme bergkam die zich letterlijk helemaal rond de maan op zijn evenaar uitstrekt. Het is niet bekend hoe het zich heeft gevormd, maar het kan zijn dat het afkomstig is van een botsing met lage snelheid met een kleiner object dat uit elkaar is gescheurd; het puin omcirkelde vervolgens de maan en stortte in langs de evenaar. De gemakkelijkste manier om dat te laten gebeuren zou zijn als Iapetus zelf een kleine maan had, en uiteindelijk veroorzaakte de invloed van Saturnus (en/of die van andere manen die om de planeet cirkelen) te dicht bij Iapetus. Toen nam Roche het over.
Hmmm. Het is helemaal geen bewijs, maar het is zeker interessant.
Het is dus zeker mogelijk dat een maan een submaan heeft. Koel! Maar als dat het geval is, waarom zien we er dan geen?
Nou, om te beginnen zijn sommige misschien te klein om goed te zien. Iets, laten we zeggen, tien meter breed zou behoorlijk moeilijk te zien zijn in een baan om onze eigen Maan, laat staan Titan. Maar we zien zeker geen grotere die zou moeten zichtbaar zijn, en dat is interessant.
yugioh de donkere kant van dimensie
Het probleem kan zijn dat vormen samen met de maan en de planeet in de eerste plaats niet mogelijk is; de schijf van gas en stof die rond een babyster wervelt, kan te chaotisch zijn voor een submaan om gemakkelijk te condenseren. Zijn mogelijk om een asteroïde te vangen en er een submaan van te maken, maar dat is erg moeilijk en komt zelden voor.
Met andere woorden, hoewel er een regio rond een maan is waar een submaan stabiel is, kan het gewoon te moeilijk zijn om in de eerste plaats een submaan in de regio te krijgen.
Maar er is meer. Na verloop van tijd beïnvloeden de getijden van een planeet de baan van een maan. De details zijn complex, maar onze maan bijvoorbeeld is waarschijnlijk extreem dicht bij de aarde gevormd en is in de loop van miljarden jaren teruggelopen tot de huidige afstand. Het gaat nog steeds zo'n 4 centimeter per jaar achteruit.
Als het heel dicht bij de aarde was, zou de heuvelbol van de maan erg klein zijn geweest, zelfs binnenin de maan. Als dat het geval is, kan er zich geen submaan hebben gevormd! Tegen de tijd dat het ver genoeg van de aarde verwijderd was om een substantiële heuvelbol te hebben, was het te laat.
In het geval van Saturnus en Jupiter zijn de andere manen die om die planeten draaien behoorlijk groot (Titan en Ganymedes zijn beide ongeveer zo groot als Mercurius!). Ze kunnen ook submoons beïnvloeden en ze destabiliseren. Dat is misschien de reden waarom we geen ondermaan in ons zonnestelsel zien.
Maar dat betekent niet dat ze niet bestaan! In de onderzoekspaper laten Kollmeier en Raymond zien dat de mogelijke exomaan Kepler-1625b-I een exosubmaan zou kunnen hebben, waaronder een van behoorlijke omvang (en Raymond praat hier ook over in een blogpost) . Het is niet moeilijk om situaties in andere sterrenstelsels voor te stellen waar dit ook zou kunnen gebeuren.
Hoe poëtisch! Een buitenaardse ster, omcirkeld door een buitenaardse planeet, omcirkeld door een buitenaardse maan, omcirkelde zichzelf door een veel kleinere maar misschien substantiële buitenaardse submaan. Het is jammer dat we zoiets hier niet hebben, maar het is een groot universum.
En een leuke om over na te denken.
Mijn dank aan zowel Sean Raymond als Juna Kollmeier voor hun enthousiaste hulp bij een paar vragen die ik had over de stabiliteit van de submaan.
* Merk op dat ik in die Twitter-thread eerder zelf schuldig ben aan het gebruik van moonmoon (hoewel ik eigenlijk exomoonmoon gebruik). Maar dat was voor Twitter, waar ik mezelf soms gekker liet worden, in tegenstelling tot hier op de blog, waar het is niets dan waardigheid .
† Ik heb er eerder over geschreven, met name met betrekking tot de bewering van sommige mensen dat de maan technisch gezien niet om de aarde draait ( het doet ) , en ook met betrekking tot Pluto is een planeet of niet .
