Як планета може захопити Місяць?
За даними Планетарного Факту НАСА у Сонячній системі є 178 місячних , тому, здається, це звичайна подія. Наступні розділи покажуть, що захоплення Місяця насправді малоймовірне, але коли на планеті є одна чи кілька місячних, захоплення стає простішим.
Початкові умови
Починаючи з початкових умов, планета знаходиться на орбіті навколо Сонця, а астероїд знаходиться на іншій орбіті навколо Сонця.
Для того, щоб захоплення стало можливим, астероїд і планета повинні наблизитися. Коли астероїд потрапляє всередину сфери впливу планети, сила тяжіння планети є головним фактором у визначенні шляху астероїда.
Можливі результати
Щодо планети, астероїд буде слідувати гіперболічній траєкторії , а отже, має достатню кінетичну енергію, щоб уникнути захоплення. Може виникнути велика кількість результатів, але ті, що призводять до захоплення, - це ті, де астероїд якось втрачає достатню кінетичну енергію, щоб його швидкість впала нижче швидкості втечі планети, зберігаючи достатньо енергії для досягнення замкнутої (еліптичної) орбіти. Основні (не єдині) можливі результати
орбіта астероїда порушена більшою чи меншою мірою, і він продовжується своїм виходом із сфери впливу планети.
орбіта астероїда порушена, а астероїд впливає на поверхню планети. Зазвичай це буде кінцем цього процесу, але сучасними теоріями того, як Земля захопила Місяць, є те, що тіло на ім'я Тея вплинуло на Землю , а Місяць утворився з деяких уламків зіткнення.
орбіта астероїда обурена, а шлях астероїда перетинає атмосферу планети, втрачаючи кінетичну енергію у вигляді тепла в атмосфері (подібно до аеробного гальмування ).
орбіта астероїда наближається до існуючого Місяця планети і прискорюється (в тому сенсі, що уповільнення - це лише прискорення з протилежним знаком) наявним Місяцем, як використовується космічним кораблем MESSENGER для сповільнення своєї швидкості до обходу Меркурія.
Останні два випадки допускають можливість захоплення.
Можливий захоплення
Після втрати енергії в планетарній атмосфері, якщо астероїд втратив достатню кількість енергії, він може вийти на закриту орбіту навколо планети. Проблема полягає в тому, що орбіта знову перетинатиме атмосферу, втрачаючи енергію щоразу, поки це не вплине на планетарну поверхню. Захоплення може статися тоді, коли наявний Місяць присутній і знаходиться в правильному для його сили тяжіння, щоб зменшити ексцентриситет орбіти астероїда.
Отже, найімовірніший випадок, коли планета може захопити вільний астероїд, це коли вже присутня одна чи кілька лун. Астероїд, що входить, повинен уникати потрапляння в сферу Хілла існуючого Місяця - області, де Місяць би домінував над астероїдом.
Гравітаційна допомога може прискорити астероїд, коли астероїд проходить поза орбітою Місяця, але може сповільнити астероїд, який проходить всередині орбіти Місяця. У цьому випадку частина кінетичної енергії астероїда передається на Місяць. Як і у випадку з аероблокувальним захопленням, захоплення за допомогою гравітації вимагає, щоб існуючий Місяць знаходився в правильному місці.
Ще один механізм
Досить елегантний документ, опублікований в «Природах» (згаданий нижче), показує, як два тіла, що обертаються навколо одного, коли вони наближаються до планети, могли призвести до того, що одне захопило Нептун. Цей механізм може застосовуватися і в інших випадках. У цій дисертації (pdf) обговорюється аналогічний процес для Юпітера.
Нерегулярні тіла
Виявляється, тіла неправильної форми можна захопити легше, ніж сферичні тіла. Орбіта всередині сфери Пагорба планети недостатня, щоб захоплення було постійним. Лише орбіти в нижній половині сфери Хілла стабільні. Тіла на вищих орбітах можуть бути збурені сусідніми планетами, і тіло з часом може бути викинуте. Але тіла неправильної форми мають невеликі коливання гравітаційного тяжіння на планеті і фактично орбітують в хаотичній садибі. При наявності інших лун чи кілець ці хаотичні орбіти поступово передають енергію тілам на нижніх орбітах, внаслідок чого нове тіло орбіти нижче, а отже, стає імунітетом до зовнішніх збурень. [потрібна цитата]
Проградуйте проти ретроградних орбіт
Той самий аналіз хаотичних орбіт і в попередній роботі також дійшов висновку, що ретроградні орбіти стабільніші, ніж орбіти програду . У той час як орбіти проградусу стабільні лише у внутрішній половині сфери Хілла, ретроградні орбіти можуть бути стабільними на відстані 100% від радіуса пагорба . Отже, ретроградне захоплення частіше спостерігається (це не вся історія, це все-таки питання, якщо дослідження).
Кілька існуючих місячних лун, кілець та ранньої Сонячної системи
Незважаючи на те, що вірогідність того, що єдиний Місяць буде в потрібному місці в потрібний час, низька, коли є кілька лун, ймовірність початкової корисної взаємодії лінійно зростає. Але ймовірність додаткових взаємодій зростає геометрично, тому чим більше лун планети має, тим більше шансів її захопити. Існування кілець також сприяє захопленню, здійснюючи перетягування молодого місяця, забираючи його енергію і опускаючи орбіту, приблизно так само, як це зробив би незахоплений газ у ранній Сонячній системі.
На найбільших планетах найбільше лун
Це може бути очевидним, але найбільші планети мають найбільші місяці. Це тому, що вони мають глибші гравітаційні свердловини і змітають більше об'єктів. Незважаючи на те, що ймовірність захоплення низька (більшість об’єктів просто втягнуті на планету), стійкий струмок захопив мільйони орбіт.
Висновок
Кожен механізм захоплення вимагає випадкового набору умов, і тому насправді це досить рідкісна подія. Один із механізмів полягає в тому, що пара коорбітуючих астероїдів відокремлюється, коли потрапляє в планетарну сферу Хілла. Шанси на окремий астероїд поліпшуються, коли астероїд надходить з низькою кінетичною енергією, яку необхідно віддавати іншим тілам, що обходять навколо планети, і коли вже багато лун чи кільцевої системи.
Дивись також