Может ли естественный спутник существовать на геостационарной орбите?

22

Просматривая Physics SE, я заметил вопрос о спутниках на геостационарной орбите (не связанных с тем, о котором я спрашиваю здесь), и на мгновение я интерпретировал его как относящийся к естественным спутникам (например, луне). Вот я и подумал: может ли естественный спутник существовать на геостационарной орбите?

Тогда я остановился и подумал. Для крупных газовых гигантов, таких как Юпитер, наличие луны слишком близко к планете может быть фатальным (для Луны). Если он рискует в пределах предела Рош планеты, это тост. Но есть и хорошие новости: предел Роша зависит как от массы, так и от плотности первичного тела и спутника. Так что, возможно, эта причина неприменима, поскольку природный спутник с большой массой мог бы выжить. Так что вопрос меняется:

Может ли естественный спутник с высокой массой и высокой плотностью занимать геостационарную орбиту над своим основным телом?

orbit natural-satellites HDE 226868
источник
1
Интересно, мало ли неточностей в этом вопросе? Пределы плотвы не зависят как от плотности, так и от массы рассматриваемых тел. Скорее, это зависит от плотности / массы обоих тел и радиуса одного тела. См en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation
sampathsris
Другое дело, что для того, чтобы спутник был защищен от приливных сил, он не должен быть маломассивным и малоплотным. Скорее, спутник должен быть большой массы и высокой плотности . Более крупные (и, следовательно, более тяжелые) спутники, такие как Харон Плутона, будут стремиться остаться. потому что предел Роша ниже для более тяжелых / плотных спутников.
Сампатрисрис
Спасибо, @Krumia Я не могу поверить, что я все испортил. Я проверил формулы пару раз, прежде чем опубликовать его, но я, должно быть, перепутал основной и спутниковый.
HDE 226868
@Krumia Ах, теперь я знаю, о чем я думал. Более массивный спутник означает большую гравитационную силу между ними, а это означает, что они будут ближе друг к другу, что, возможно, сводит на нет эффект меньшего предела Роша. Я могу отменить редактирование.
HDE 226868

Ответы:

20

Конечно, естественный спутник (луна) может иметь орбитальный период, равный периоду вращения его хозяина (при условии, что такая орбита будет доступна). Тем не менее, приливное трение, которое может привести к такой блокировке, довольно слабое, так что это должно быть редким шансом. Более того, возмущения орбиты со стороны других лун или их принимающей звезды могут вывести Луну с такой орбиты.

С другой стороны, довольно распространенным является то, что период обращения луны равен их собственному (а не периоду вращения их хозяина). Это как раз тот случай, когда Земля Луна (вы можете сказать, что Земля находится на «селеностационарной» орбите) и естественным образом возникает в результате приливного взаимодействия планеты с ее луной.

Вальтер
источник
22

Да. Харон находится на синхронной орбите Плутона. Плутон и Харон взаимно заблокированы.

HopDavid
источник
Интересный. Я не думал о Плутоне и Хароне. Это довольно хороший пример. Я хотел бы отметить, что это особый случай (т. Е. Харон не всегда должен представлять одно и то же лицо Плутону).
HDE 226868
6

Для того чтобы астероид оказался на геостационарной орбите, потребовалась бы очень точная траектория . Это не случайно. Компании, предоставляющие услуги космического полета, должны приложить реальные усилия, чтобы разместить там спутники связи своих клиентов. А геостационарная орбита не очень стабильная. Изменяющаяся сила тяжести Луны вытягивает спутники с их геостационарных орбит, когда спутники ежедневно приближаются и удаляются от нее, когда Земля вращается. GEO составляет около одной десятой расстояния до Луны. Сателлиты нуждаются в своих маленьких ракетных двигателях, чтобы выполнять маневры с постоянной станцией , чтобы оставаться там. Земля не имеет постоянного естественного спутника ни на одной орбите, кроме Луны.

LocalFluff
источник
1
Это не отвечает на вопрос. ОП не спрашивала, будет ли это легко или нет, но будет ли это возможно. Я не вижу никакой причины, по которой у планеты не может быть луны на стационарной орбите (я не хочу использовать термин GEOstationary, поскольку это относится только к Земле). На самом деле, луна Плутона Харон находится на синхронной орбите вокруг Плутона (они взаимно замкнуты ). Стационарная орбита не будет слишком далеко! Более того, возмущения, о которых вы упоминаете на геосаттах, могут или не могут повлиять на массивную луну
Этьен Пеллегрини,
@Etienne Pellegrini Если они замкнуты, у них постоянные отношения. Земля не движется по небу, как видно с Луны. И спутник не может вечно оставаться на стационарной орбите. Солнце, эксцентриситет орбиты спутника, приливные силы со временем изменят свою орбиту.
LocalFluff
Ну, я согласен, орбита со временем изменится. Но эти изменения могут быть достаточно медленно , что вы можете рассмотреть орбиту стационарности для некоторого диапазона времени (который может быть достаточно длинным, орбита Луны вокруг Земли не меняется , что быстро ...). Сказать, что неподвижная орбита невозможна из-за возмущений, все равно, что сказать, что круговая орбита никогда не возможна. Я думаю, все зависит от графика времени
Этьен Пеллегрини
К сожалению, я бы согласился с @EtiennePellegrini, что это не отвечает на мой вопрос, хотя это пища для размышлений. Например, в будущем можно было бы переместить небольшой (читай: очень маленький) астероид на геостационарную орбиту (см. Интересный вопрос astronomy.stackexchange.com/questions/6182/… ).
HDE 226868
Я думал о естественных спутниках, захваченных Землей. Ваш вопрос шире. Я не знаю много об этом. Это хорошая точка зрения ХопДэвида, что двойные планеты, такие как Плутон-Харон, стремятся получить синхронные орбиты. Приливные силы помогают синхронизировать вращение планеты и луны, а не только саму орбиту.
LocalFluff
5

Харон и Плутон - плохие примеры. Они имеют сопоставимую массу: Плутон всего в 9 раз тяжелее Харона (Земля в 81 раз массивнее Луны), поэтому центр масс в этой системе находится вне основного тела (примерно в 1000 км от поверхности Плутона).

Основная проблема для спутников - предел Роша. Для системы Eath-Moon радиус Роша составляет около 15500 км от центра к центру (7400 км от поверхности к поверхности). Геостационарная орбита Земли составляет 42 164 от центра Земли или 35 786 от поверхности геоида (уровень моря). Работает только на экваториальной равнине (Луна наклонена на 18,3-28,6 к экватору Земли). Таким образом, планета размером с Землю может иметь спутник размером с Луну на геостационарной орбите. В далеком прошлом наша Луна была намного ближе - возможно, около 50 000 км (около 60 000 от центра к центру).

Максим Трофимов
источник
1

Геостационарная орбита требует: * Точного расстояния между телами с однодневным орбитальным периодом. * Экваториальная орбита, так что спутник всегда находится над одной и той же широтой (если нет, он называется геосинхронной орбитой). * Круговая орбита.

Простое получение одного из этих параметров совершенно случайно случайно крайне маловероятно. Если бы мы нашли спутник, на котором все три находятся на месте, мы, вероятно, должны были бы начать рассматривать возможность того, что он был установлен там какой-то инопланетной цивилизацией.

Джон Лиунгман
источник
0

Харон и Плутон, как и Луна на земле, находятся на замке. так что вы можете сказать, что Земля находится на геостационарной орбите с Луной. фактически вращение Земли было и будет замедляться Луной до тех пор, пока Луна не окажется на геостационарной орбите с Землей.

Стэнли Доддс
источник
2
Приливная блокировка не такая, как в GEO. В GEO луна всегда будет находиться в одной и той же точке неба, а это не так.
jwenting
Однако в случае с Плутоном и Хароном они взаимно заблокированы, поэтому Харон остается в фиксированной точке над Плутоном, а Плутон - в фиксированной точке над Хароном. Эта позиция возникла потому, что два объекта имеют одинаковые размеры.
Джеймс К