У лун есть луны?

Нашли ли мы какие-либо естественные спутники естественных спутников планет или карликовых планет? Даже очень маленькие или относительно недолговечные - например, локоны вокруг лун Сатурна, некоторые метеориты, вращающиеся вокруг лун Юпитера, или что-то, что вращается вокруг Харона? Или Звездные Планеты-Луны - самый глубокий естественный уровень орбитальной рекурсии?

Я не думаю, что они есть в Солнечной системе. У нас есть около 250 астероидов с лунами . Кольцо Реи, кажется, единственное исключение.

Редактировать: Первоначально я сказал, что «луна с луной будет нестабильной системой из-за гравитационного влияния планеты». @ Флориан с этим не согласен. Однако ответ более сложен, чем сфера Хилла.

В первом приближении сфера Хилла дает радиус, на котором орбиты вокруг Луны могут быть стабильными. Радиус Холма нашей Луны составляет 64000 км.

Для нашей собственной Луны мы знаем, что большинство низких орбит нестабильны из-за масконов : массовые концентрации под поверхностью, которые делают гравитационное поле Луны заметно неравномерным. Есть только четыре наклоны, где объект, вращающийся вокруг Луны, избегает всех масконов и будет устойчивым: 27º, 50º, 76º и 86º.

Высокие орбиты над Луной также не все безопасны: свыше 1200 км и наклоны более 39,6 °, гравитация Земли нарушает орбиту спутника. Обратите внимание, что эти орбиты удобно расположены в сфере Холма Луны.

Имеются устойчивые орбиты при высоких наклонах и высокой эксцентриситете:

Что касается других лун в Солнечной системе: большинство из них меньше и вращаются вокруг больших планет, поэтому их сферы Хилла малы, и гравитация планеты также нарушит большую часть объема внутри сферы Хилла.

У лун ниже предела, где их гравитация достаточно сильна, чтобы сделать их сферическими, будут проблемы с неравномерными гравитационными полями. Масконы также могут присутствовать.

Здесь есть предварительный ответ, утверждающий, что «луна с луной была бы неустойчивой системой». Это неверно.

Интуитивно понятно: конечно, спутники могут иметь спутники с устойчивыми долгосрочными орбитами. Представьте себе, что Земля вращается вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли. Орбита Луны (спутник спутника) является долгосрочной стабильной.

Более строго:

Орбита спутника спутника будет устойчивой, если она будет достаточно глубокой внутри сферы Хилла , в так называемой истинной области стабильности. Пределы немного размыты, но истинная область стабильности, как правило, находится в диапазоне от 1/3 до 1/2 сферы Хилла.

Если вы посмотрите на гравитационный потенциал, сфера Хилла - это область, где контуры становятся круглыми. Глубоко в этой зоне орбиты стабильны в течение длительного времени:

Итог: у луны могут быть свои луны, если она достаточно большая и достаточно далеко от планеты, и если вторичные луны достаточно близки к первичной луне.

Один из способов вычислить сферу Хилла представлен на вики-странице, указанной выше. Еще немного математики можно найти здесь:

http://www.jgiesen.de/astro/stars/roche.htm

Несколько дополнительных статей о проблеме долговременной стабильности спутниковых орбит:

http://mnras.oxfordjournals.org/content/391/2/675.full

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/001910359190039V

http://mnras.oxfordjournals.org/content/373/3/1227.full

Теоретически возможно существование естественных лун на устойчивых орбитах. Есть статья 2018 года, которая исследует эту тему. Их расчеты показывают, что некоторые луны в Солнечной системе теоретически способны принимать долгоживущие луны, включая Титан и Япет Сатурна, Каллисто Юпитера и Луну Земли. Однако до сих пор таких лун до сих пор не наблюдалось. (Между прочим, есть список предлагаемых терминов для лун, самыми популярными из которых являются «лунная луна» и «лунная луна».)

Эта статья имеет хорошее резюме статьи.

Это правда, что сфера Хилла является приближением, и что возмущения от других гравитационных тел и излучения могут дестабилизировать орбиту даже внутри сферы Хилла тела. Тем не менее, вполне справедливо предположить, что если орбита находится в пределах половины радиуса сферы Хилла, то эта орбита будет стабильной в течение порядка миллиардов лет.

В статье приведены некоторые графики, показывающие, что в Солнечной системе есть несколько лун, в которых могут быть субмесяцы в 10 км, которые устойчивы, по крайней мере, для возраста Солнечной системы, под воздействием приливов планета-луна-суб-луна:

Авторы статьи отмечают, однако, что вышеприведенные графики не учитывают динамические неустойчивости, такие как необычные распределения массы Луны, возмущения Солнца и Земли, динамические взаимодействия между лунами в системах с несколькими лунами и события динамического рассеяния между планетами.

Впрочем, экваториальный хребет Япета может намекнуть на существование прошедшей субмесяца. Левисон и соавт. (2011) предположил, что этот хребет возник из-за столкновения, генерирующего сублуну, когда субмун был приливно отодвинут наружу, а пояс мусора был приливно отодвинут внутрь, чтобы создать хребет. Альтернативно, Домбард и соавт. (2012) предположил, что пояс был вызван сублуной по спирали внутрь и был разрезан на куски.

Тем не менее, мы до сих пор не видели субмесяцев напрямую. Одной из причин может быть то, что они слишком малы, чтобы их можно было увидеть. Было бы довольно трудно разглядеть что-нибудь шириной 10 метров вокруг Луны, не говоря уже о Титане.

Хотя тот факт, что мы не видели ни одного из этих теоретически возможных более крупных, предполагает, что может быть какая-то другая причина, по которой они не являются обычным явлением.

Например, им может быть слишком сложно сформироваться, в первую очередь, в хаосе газа и пыли, кружащих вокруг детской звезды. Приливы также заставляют орбиты лун со временем расширяться, поэтому то, что сейчас является удобной недвижимостью в сублунное время, не было бы миллиардами лет назад. Например, Луна, вероятно, сформировалась в пределах нескольких радиусов Земли от нашей планеты, которая была бы слишком близко к планете, чтобы недолговечность была возможной. И, возможно, для луны слишком редко и маловероятно захватить астероид и превратить его в сублуну.