Luna

¿Pueden las lunas tener lunas? ¡Sí! Bueno, a veces.

Las personas que sienten curiosidad por el Universo me hacen muchas preguntas. Algunos de ellos son más comunes que otros. ¿Son reales los agujeros negros? (Sí.) ¿Creo en extraterrestres y platillos voladores? ( Si y no. )

Otro, uno que me he preguntado sobre mí, es: ¿Pueden las lunas tener lunas?

El problema ha surgido recientemente por dos razones: una es el posible descubrimiento reciente de una luna orbitando un exoplaneta. La otra es que un par de astrónomos, Juna Kollmeier y Sean Raymond, publicaron un documento que hace algunos cálculos bastante interesantes sobre todo esto para ver si una luna realmente puede tener una luna propia.



Irónicamente, literalmente unos días antes de la publicación de este artículo, También especulé sobre eso :

En ese hilo repaso brevemente algunos de los conceptos, pero hay mucho más en juego aquí. Así que echemos un vistazo.

¿Puede una luna tener luna? Resulta que hay una respuesta fácil para esto, y una más complicada (pero aún genial). La más fácil es: ¡Sí! Y ya lo sabía, si lo pensaba de la manera correcta. Después de todo, varias misiones Apolo orbitaron la Luna, y tenemos otras sondas que también lo han hecho, como la maravillosa Orbitador de reconocimiento lunar (Quiero decir, vamos, está ahí en el nombre).

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Pero eso no es realmente a lo que te refieres, ¿verdad? Quieres saber si un natural luna puede orbitar otra luna.

La respuesta a eso es diferente. Es: ¡Sí! Pero sólo algunas veces . Y nunca hemos visto uno. Al menos no todavía.

Primero, ¿qué es una luna? En pocas palabras, es un objeto que orbita un planeta (¿qué es un planeta? Bueno, eso es más difícil de definir, y también en mi opinión, no es muy importante). Entonces, un planeta orbita a una estrella (generalmente) y una luna orbita a un planeta.

Entonces, ¿qué orbita una luna? Ha habido una discusión sobre cómo llamar a tal cosa, y aunque a algunas personas les gusta Moonmoon, a mí no me importa. No porque sea una tontería, Dios sabe que tenemos muchos nombres tontos para clases de cosas en el espacio, sino porque es difícil de decir y no es tan descriptivo como podría ser.

Prefiero subluna. Es más fácil de decir y el significado es claro *.

Entonces, sublunas. Resulta que ellos puede existen, pero solo bajo ciertas condiciones. Y para eso, tenemos que hablar de gravedad.

La Tierra y la Luna, vistas por la nave espacial NEAR-Shoemaker en 1998 en su camino para encontrarse con el asteroide Eros. Crédito: NEAR Spacecraft Team, JHUAPL, NASAAcercarse

La Tierra y la Luna, vistas por la nave espacial NEAR-Shoemaker en 1998 en su camino para encontrarse con el asteroide Eros. Crédito: CERCA del equipo de la nave espacial, JHUAPL, NASA

Mire la Tierra y la Luna, por ejemplo. La Tierra es mucho más masiva, en un factor de aproximadamente 80, que la Luna. Eso significa que si pones algo en una órbita amplia alrededor de la Luna, la gravedad de la Tierra puede ser suficiente para arrancarlo. Cuanto más lejos una subluna orbita la Luna, más influencia tiene la Tierra. Incluso si la Tierra no simplemente la saca de su órbita, la gravedad de la Tierra podría ser suficiente para perturbar eso, cambia la órbita sutilmente. Luego, cada vez que pasa entre la Luna y la Tierra, la órbita cambia un poco. Esos se suman y, finalmente, la subluna se pierde, se lanza al espacio o se estrella contra la Luna o la Tierra.

Resulta que puedes modelar este efecto usando física y matemáticas. Cuando lo hace, encuentra que hay un volumen alrededor de una luna donde la influencia de la luna es mucho más fuerte que la del planeta, y una subluna puede ser estable (en realidad se hizo primero para averiguar la influencia de un planeta alrededor de sí mismo cuando orbita una estrella, pero las matemáticas son las mismas). Este volumen de espacio se llama la esfera de la colina .

El tamaño de la esfera de Hill de una luna depende de tres cosas: la masa del planeta que orbita, la masa de la luna y la distancia entre el planeta y la luna. Esto tiene sentido; una luna más masiva puede aferrarse mejor a las sublunas, pero un planeta más masivo lo hace más difícil. Y si estás demasiado cerca de tu planeta, te quita la subluna.

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Las matemáticas no son tan difíciles (puedes conectar y tragar en su mayor parte). Por ejemplo, utilizando la Tierra y el Sol, la esfera de la Colina de la Tierra tiene un radio de aproximadamente 1,5 millones de kilómetros, mucho más allá de la distancia de la Luna de 385.000 km.

Curiosamente, la esfera Moon’s Hill está a unos 58.000 km de su centro (o aproximadamente a 56.000 km de su superficie, teniendo en cuenta su radio). ¡Eso es bastante grande! Entonces sí, la Luna puede tener una subluna.

Para ser quisquilloso, resulta que incluso si estás dentro de la esfera de Hill de la luna, la gravedad del planeta aún puede pincharte y pincharte, desestabilizándote con el tiempo. Eso es difícil de calcular, pero una estimación decente es que estás estable durante mucho tiempo (como miles de millones de años) si estás dentro de la mitad del radio de la esfera de Hill. Entonces, para la Luna, a menos de 28,000 km de la superficie.

Pero hay un problema si obtienes demasiado cerrar a una luna también. Quiero decir, obviamente, tienes que estar fuera de la superficie de la luna para orbitar, o de lo contrario kapow . Impacto. Pero también está el problema de mareas .

En pocas palabras, las mareas son un efecto de la gravedad. Debido a que la gravedad se debilita con la distancia, un objeto grande cercano a uno más grande siente diferentes cantidades de gravedad a lo largo de su ancho. Si esa diferencia aumenta demasiado, ¡puede destrozar el objeto!

Esta distancia donde eso sucede se llama el límite de Roche . Depende de muchas cosas, incluidas las masas de los dos objetos y el tamaño del más pequeño. También puede calcularlo en función de la proporción de los dos objetos ' densidades y el tamaño de la mas grande uno. Pero al final, significa que no puede obtener una subluna que sea demasiado grande y cercana en relación con su luna madre, o de lo contrario se romperá.

Y ahora, finalmente, podemos echar un vistazo a lo que se encontró por los astrónomos que investigaron esto e hicieron los cálculos. Hicieron una pregunta muy específica: ¿se puede obtener una subluna orbitando una luna en nuestro sistema solar y hacer que la órbita sea estable durante la vida útil del sistema solar, 4.600 millones de años?

Un gráfico que muestra qué lunas del sistema solar pueden tener sublunas. El eje x es la distancia de la luna a su planeta y el eje y es el tamaño de la luna. El área gris es donde una subluna de 10 km puede ser estable.Acercarse

Un gráfico que muestra qué lunas del sistema solar pueden tener sublunas. El eje x es la distancia de la luna a su planeta y el eje y es el tamaño de la luna. El área gris es donde una subluna de 10 km puede ser estable; las diferentes líneas representan diferentes tamaños. Crédito: adaptado de Kollmeir y Raymond

Resulta que no muchas lunas en el sistema solar pueden albergar una subluna de tamaño decente (digamos, 10 km). Para algunos, la esfera Hill está dentro de la luna (por ejemplo, con una luna de muy baja masa orbitando cerca de un planeta masivo), o tan pequeña que no se puede obtener una órbita estable.

Pero sí encontraron varios, y la lista es interesante: Nuestra Luna (que sabíamos por lo que mostré arriba), las lunas de Saturno, Titán y Jápeto, y la luna de Júpiter. Calisto . Titán es masivo, por lo que puede defenderse de Saturno, mientras que Jápeto y Calisto están lo suficientemente lejos de sus planetas como para que las esferas de las colinas sean razonablemente grandes. Nuestra Luna es una mezcla de ambas razones.

Jápeto es una luna de Saturno y tiene una cadena montañosa muy extraña que rodea su ecuador. Crédito: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA

Jápeto es una luna de Saturno y tiene una cadena montañosa muy extraña que rodea su ecuador. Crédito: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA

Tan pronto como leí esa parte de su artículo, se me erizó el pelo de la nuca. Jápeto tiene una enorme cresta de montañas que se extiende literalmente alrededor de la luna en su ecuador. No se sabe cómo se formó, pero podría haber sido por una colisión a baja velocidad con un objeto más pequeño que se rompió; los escombros rodearon la luna y colapsaron a lo largo del ecuador. La forma más fácil de que eso suceda sería si Jápeto tuviera una luna pequeña y, finalmente, la influencia de Saturno (y / o la de otras lunas que orbitan alrededor del planeta) hiciera que se acercara demasiado a Jápeto. Entonces Roche se hizo cargo.

Hmmmmm. No es una prueba en absoluto, pero seguro que es interesante.

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Por tanto, es ciertamente posible que una luna tenga una subluna. ¡Frio! Pero si ese es el caso, ¿por qué no vemos ninguno?

Bueno, por un lado, algunos pueden ser demasiado pequeños para verse bien. Algo, digamos, diez metros de diámetro sería bastante difícil de detectar orbitando nuestro propio Luna, y mucho menos Titán. Pero ciertamente no vemos otros más grandes que debería ser visible, y eso es interesante.

El problema puede ser que la formación junto con la luna y el planeta en primer lugar no sea posible; el disco de gas y polvo que gira alrededor de una estrella bebé puede ser demasiado caótico para que una subluna se condense fácilmente. Su posible capturar un asteroide y convertirlo en una subluna, pero eso es muy difícil y raro.

En otras palabras, si bien hay una región alrededor de una luna donde una subluna es estable, puede ser demasiado difícil obtener una subluna en la región en primer lugar.

Pero hay más. Con el tiempo, las mareas de un planeta afectan la órbita de la luna. Los detalles son complejos, pero, por ejemplo, nuestra Luna probablemente se formó muy cerca de la Tierra, y durante miles de millones de años ha retrocedido hasta su distancia actual. Todavía está retrocediendo unos 4 centímetros por año.

Cuando estaba realmente cerca de la Tierra, la esfera Moon's Hill habría sido muy pequeña, incluso dentro de la Luna. Si ese es el caso, ¡no se podría haber formado una subluna! En el momento en que se alejó lo suficiente de la Tierra para tener una esfera de Hill sustancial, ya era demasiado tarde.

En el caso de Saturno y Júpiter, las otras lunas que orbitan esos planetas son bastante grandes (¡Titán y Ganímedes son ambos del tamaño de Mercurio!). También pueden afectar a las sublunas, desestabilizándolas. Puede que sea por eso que no vemos sublunas en nuestro sistema solar.

¡Pero eso no significa que no existan! En el artículo de investigación, Kollmeier y Raymond muestran que la posible exoluna Kepler-1625b-I podría tener una exosubluna, incluida una de un tamaño decente (y Raymond también habla de esto en una publicación de blog) . No es difícil imaginar situaciones en otros sistemas estelares donde esto también podría suceder.

¡Qué poético! Una estrella alienígena, rodeada por un planeta alienígena, rodeada por una luna alienígena, rodeada por una subluna alienígena mucho más pequeña pero quizás sustancial. Es una lástima que no tengamos algo así aquí, pero es un gran Universo.

Y uno divertido en el que pensar.

Mi agradecimiento tanto a Sean Raymond como a Juna Kollmeier por su entusiasta ayuda con un par de preguntas que tenía sobre la estabilidad sublunar.


* Tenga en cuenta que en ese hilo de Twitter anterior, yo mismo soy culpable de usar moonmoon (aunque en realidad uso exomoonmoon). Pero eso fue para Twitter, donde a veces me dejo ser más tonto, a diferencia de aquí en el blog, donde no es más que dignidad .


Ya he escrito sobre esto antes, específicamente en referencia a la afirmación de algunas personas de que, técnicamente, la Luna no orbita la Tierra ( lo hace ) , y también en referencia a Plutón es un planeta o no .



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