Czy naturalny satelita może istnieć na orbicie geostacjonarnej?

22

Przeglądając Physics SE zauważyłem pytanie o satelity na orbicie geostacjonarnej (niezwiązane z tym, o które tu pytam) i przez chwilę interpretowałem je jako odnoszące się do naturalnych satelitów (np. Księżyca). Zastanawiałem się więc: czy naturalny satelita mógłby istnieć na orbicie geostacjonarnej?

Potem zatrzymałem się i pomyślałem. Dla dużych gazowych gigantów, takich jak Jowisz, posiadanie księżyców zbyt blisko planety może być śmiertelne (dla księżyca). Jeśli wejdzie w limit Roche'a na naszej planecie, będzie toast. Ale są dobre wieści: granica Roche'a zależy zarówno od mas, jak i gęstości pierwotnego ciała i satelity. Być może ten powód nie ma zastosowania, ponieważ naturalny satelita o dużej masie może przetrwać. Pytanie się zmienia:

Czy naturalny satelita o wystarczająco dużej masie i wysokiej gęstości mógłby zajmować orbitę geostacjonarną nad swoim pierwotnym ciałem?

orbit natural-satellites HDE 226868
źródło
1
Zastanawiam się, czy w pytaniu jest kilka niedokładności. Ograniczenia płoci nie zależą zarówno od gęstości, jak i masy przedmiotowych ciał. Zależy to raczej od gęstości / masy obu ciał i promienia jednego ciała. Zobacz en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation
sampathsris
Inną rzeczą jest to, że aby satelita był bezpieczny przed siłami pływowymi, nie musi być niskiej masy i małej gęstości. Satelita musi raczej mieć dużą masę i dużą gęstość . Większe (a więc cięższe) satelity, takie jak Charon Plutona, będą miały tendencję do pozostania. ponieważ limit Roche'a jest niższy dla cięższych / gęstszych satelitów.
sampathsris,
Dzięki, @Krumia. Nie mogę uwierzyć, że to popsułem. Sprawdziłem formuły kilka razy, zanim je opublikowałem, ale musiałem pomieszać podstawowy i satelitarny.
HDE 226868
@Krumia Ah, teraz wiem, o czym myślałem. Bardziej masywny satelita oznacza większą siłę grawitacji między nimi, co oznacza, że ​​będą one bliżej siebie, prawdopodobnie negując skutki posiadania mniejszej granicy Roche'a. Mogę cofnąć edycję.
HDE 226868

Odpowiedzi:

20

Oczywiście naturalny satelita (księżyc) może mieć okres orbity równy okresowi obrotu swojego gospodarza (pod warunkiem, że taka orbita byłaby dostępna). Jednak tarcie pływowe, które może powodować takie blokowanie, jest dość słabe, więc musiałaby to być rzadka szansa. Co więcej, zaburzenia na orbicie innych księżyców lub ich gwiazdy macierzystej mogą wypychać księżyc z tej orbity.

Z drugiej strony dość powszechne jest to, że okres obiegu księżyca jest równy ich własnemu (a nie okresowi spinowemu gospodarza). Dokładnie tak jest w przypadku Księżyca Ziemi (można powiedzieć, że Ziemia znajduje się na orbicie „selenostacyjnej”) i naturalnie występuje w wyniku interakcji pływowej planety z jej księżycem.

Walter
źródło
22

Tak. Charon jest na synchronicznej orbicie Plutona. Pluton i Charon są wzajemnie zablokowani.

HopDavid
źródło
Ciekawy. Nie zastanawiałem się nad Plutonem i Charonem. To całkiem dobry przykład. Chciałbym zauważyć, że jest to szczególny przypadek (tj. Charon nie zawsze musiałby prezentować tę samą twarz Plutonowi).
HDE 226868
6

Wymagałoby to bardzo precyzyjnej trajektorii, aby asteroida znalazła się na orbicie geostacjonarnej . To nie dzieje się przypadkiem. Firmy oferujące loty kosmiczne muszą podjąć prawdziwy wysiłek, aby umieścić tam satelity komunikacyjne swoich klientów. A geostacjonarny nie jest bardzo stabilnym rodzajem orbity. Zmienna grawitacja Księżyca wyciąga satelity z orbit geostacjonarnych, gdy satelity poruszają się coraz bliżej i dalej od niego codziennie, gdy Ziemia się obraca. GEO jest około jednej dziesiątej odległości do Księżyca. Satelity potrzebują swoich małych silników rakietowych, aby wykonywać powtarzające się manewry stacji , aby tam pozostać. Ziemia nie ma trwałego naturalnego satelity na żadnej orbicie, z wyjątkiem Księżyca.

LocalFluff
źródło
1
To nie odpowiada na pytanie. OP nie zapytał, czy będzie to łatwe, czy nie, ale czy będzie to możliwe. Nie widzę żadnego powodu, dla którego planeta nie mogłaby mieć księżyca na stacjonarnej orbicie (nie chcę używać terminu GEOstationary, ponieważ odnosi się to tylko do Ziemi). W rzeczywistości księżyc Plutona, Charon, znajduje się na synchronicznej orbicie wokół Plutona (są one wzajemnie zablokowane ). Stacjonarna orbita nie byłaby zbyt daleko! Co więcej, perturbacje, które wspominasz o geo-satach, mogą wpływać na ogromny księżyc lub nie
Etienne Pellegrini
@Etienne Pellegrini Jeśli są zamknięte pod względem czystości, pozostają w stałym związku. Ziemia nie porusza się po niebie widzianym z Księżyca. A satelita nie może pozostać na zawsze na stacjonarnej orbicie. Słońce, ekscentryczność orbity satelity, siły pływowe z czasem zmienią swoją orbitę.
LocalFluff
Zgadzam się, że orbita zmieni się z czasem. Ale zmiany mogą być na tyle powolne, że można uznać orbitę za nieruchomą przez pewien okres czasu (co może być dość długie, orbita Księżyca wokół Ziemi nie zmienia się tak szybko ...). Mówienie, że stacjonarna orbita nie jest możliwa z powodu perturbacji, jest jak mówienie, że okrągła orbita nigdy nie jest możliwa. Myślę, że wszystko zależy od rozważanego harmonogramu
Etienne Pellegrini
Niestety zgodziłbym się z @EtiennePellegrini, że to nie odpowiada na moje pytanie, chociaż jest to pożywka do przemyślenia. Na przykład, w przyszłości może być możliwe przeniesienie małej (czytaj: bardzo małej) asteroidy na orbitę geostacjonarną (zobacz swoje interesujące pytanie astronomy.stackexchange.com/questions/6182/... ).
HDE 226868
Myślałem o naturalnych satelitach przechwyconych przez Ziemię. Twoje pytanie jest szersze. Niewiele o tym wiem. HopDavid dobrze jest tutaj, że podwójne planety, takie jak Pluton-Charon, mają tendencję do uzyskiwania orbit synchronicznych. Siły pływowe pomagają zsynchronizować obrót planety i księżyca, nie tylko samą orbitę.
LocalFluff
5

Charon i Pluto są złymi przykładami. Mają porównywalną masę: Pluton tylko 9 razy cięższy od Charona (Ziemia jest 81 razy masywniejsza niż Księżyc), więc środek masy w tym układzie leży poza głównym ciałem (około 1000 km od powierzchni Plutona).

Głównym problemem dla satelitów jest ograniczenie Roche. W przypadku układu Eath-Moon promień Roche wynosi około 15500 km od centrum do centrum (7400 km od powierzchni do powierzchni). Orbita geostacjonarna dla Ziemi znajduje się 42 164 od centrum Ziemi lub 35 786 od powierzchni geoidy (poziom morza). Działa tylko na równinie równikowej (Księżyc jest nachylony 18,3–28,6 w kierunku równika Ziemi). Tak więc planeta wielkości Ziemi może mieć satelitę wielkości Księżyca na orbicie geostacjonarnej. W odległej przeszłości nasz Księżyc był znacznie bliżej - być może około 50 000 km (około 60 000 od środka do środka).

Максим Трофимов
źródło
1

Orbita geostacjonarna wymaga: * Dokładnej odległości między ciałami, dając jednodniowy okres obiegu. * Orbita równikowa, dzięki czemu satelita zawsze znajduje się powyżej tej samej szerokości geograficznej (jeśli nie, nazywana jest orbitą geosynchroniczną) * Orbita kołowa.

Samo uzyskanie jednego z tych parametrów dokładnie przez przypadek jest bardzo mało prawdopodobne. Gdybyśmy znaleźli satelitę, w którym wszystkie trzy są na miejscu, prawdopodobnie musielibyśmy zacząć rozważać możliwość umieszczenia go tam przez jakąś obcą cywilizację.

John Liungman
źródło
0

charon i pluton są przypieczętowane, podobnie jak księżyc na ziemi. więc można powiedzieć, że Ziemia znajduje się na orbicie geostacjonarnej z Księżycem. w rzeczywistości obrót Ziemi był i nadal będzie spowalniany przez księżyc, dopóki księżyc nie znajdzie się na orbicie geostacjonarnej z ziemią.

Stanley dodaje
źródło
2
blokowanie pływów to nie to samo, co w GEO. W GEO księżyc zawsze znajdowałby się w tym samym punkcie na niebie, co nie jest.
jwenting
Jednak w przypadku Plutona i Charona są one wzajemnie zablokowane, więc Charon pozostaje w stałym punkcie powyżej Plutona, a Pluton jest w stałym punkcie powyżej Charona. Ta pozycja powstała, ponieważ dwa obiekty mają podobne rozmiary.
James K