En nuestro universo, nuestra Luna orbita alrededor de la Tierra, la Tierra orbita alrededor del Sol, el Sol orbita alrededor del centro de la galaxia de la Vía Láctea, que orbita dentro del Grupo Local de galaxias, y este Grupo Local de galaxias son parte del Super-cúmulo Virgo . Por lo tanto, es común encontrar sistemas objeto-satélite-sub-satélite, etc. Pero la formación y la estabilidad de tales sistemas dependen de ciertos factores que son:
(1) El límite de Roche;
(2) esfera de colina;
(3) Acoplamiento de mareas y bloqueo gravitacional
El límite de Roche
Para un sistema satelital de objetos (cuerpo celeste), el límite de Roche se puede definir como el radio orbital mínimo que es necesario para que el polvo o las partículas se unan y formen un satélite del objeto más grande y permanezcan internamente estables. En otras palabras, es la distancia mínima en la que el satélite permanecerá estable en su órbita alrededor del cuerpo más grande sin caer en él. Los sistemas del Sol y los planetas en el sistema solar son un ejemplo de un límite tan estable.
En consecuencia, el límite de Roche viene dado por la condición:
Diferencia de las fuerzas gravitacionales ((fuerza de marea) = Fuerza gravitacional mutua
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En consecuencia, el límite de Roche se puede resolver como:
Lo mismo se explica a través de. Esquema del límite de Roche en la Figura 1 .
Figura 1: Esquema del límite de Roche (Formación de estrellas)
Considerando el sistema Sol-Tierra y Tierra-Luna ( Tablas 1 y 2 ) es evidente que el radio de la órbita está dentro del límite de Roche para el sistema. Por lo tanto, en el sistema solar, las órbitas de la luna y de la Tierra están en una región de estabilidad.
La esfera de la colina
La esfera Hill de un cuerpo astronómico es la región en la que su atracción gravitacional domina la atracción de los satélites. Para ser retenido por un planeta, un satélite debe tener una órbita que se encuentre dentro de la esfera Hill del planeta. Por otro lado, el satélite tendría, a su vez, una esfera Hill propia. Cualquier objeto dentro de esa distancia tendería a convertirse en un subsatélite del satélite en consideración, en lugar del planeta en sí. Por lo tanto, la esfera de Hill se aproxima a la esfera de influencia gravitacional de un cuerpo más pequeño frente a las perturbaciones de un cuerpo más masivo.
Figura 2: Esquema del radio de la colina (Formación de estrellas)
Al comparar el radio de Hill para el sistema Sol-Luna-Tierra (Tabla 3), es evidente que la órbita de la luna está bien dentro de la esfera de Hill de la Tierra. Como resultado, la esfera de influencia gravitacional de la Tierra afecta a la Luna más que a la del Sol. Por otro lado, de la Tabla 4, es evidente que si un objeto se encuentra fuera de la esfera de la Colina de la Luna (es decir, ~ 60000 km); orbitará la Tierra en lugar de la Luna. Por lo tanto, el radio de la órbita de un satélite de la Luna debe ser ~ 1/6 del radio de la órbita de la Luna alrededor de la Tierra.
El único problema es que el subsatélite no puede permanecer en órbita alrededor de la Luna indefinidamente debido al acoplamiento de mareas y al bloqueo gravitacional entre la Tierra y la Luna. Esto se debe al hecho de que la Luna, como la mayoría de las otras lunas del sistema solar, está en rotación sincrónica alrededor de la Tierra, es decir, muestra la misma cara a la Tierra en todo momento. Para ser precisos, el período de rotación de la Luna sobre su propio eje está sincronizado con su período orbital sobre la Tierra, debido a las fuerzas de marea entre la Tierra y la Luna. Este efecto es el acoplamiento de mareas y el bloqueo gravitacional entre la Tierra y la Luna. Por otro lado, en el sistema Sol-Tierra-Luna, la Tierra misma no gira sincrónicamente (ni ninguno de los planetas del sistema solar) alrededor del Sol como lo hacen la Luna y otros satélites alrededor de los planetas. Por lo tanto, no hay acoplamiento de mareas y bloqueo gravitacional entre la Tierra y el Sol, lo que permite que la Luna tenga una órbita estable alrededor de la Tierra.
Como resultado del acoplamiento de mareas y el bloqueo gravitacional entre la Tierra y la Luna, cualquier objeto dentro de la esfera de la colina de la Luna tendrá su órbita en descomposición debido a las mareas. Eso significa que la órbita de cualquier subsatélite de la Luna se reducirá con el tiempo y, finalmente, el subsatélite se estrella contra la Luna o las mareas lunares destrozan el subsatélite. Sin embargo, los satélites artificiales pueden permanecer en órbita alrededor de la Luna o de cualquier luna durante la duración de una misión (un tiempo muy corto según los estándares astronómicos) porque los efectos de las mareas requieren miles o millones de años, dependiendo del sistema, para causar la pérdida. de un subsatélite. En la actualidad, la Luna de la Tierra tiene una luna temporal de sí misma, el Orbitador de Reconocimiento Lunar de la NASA, que orbita alrededor de la Luna y recopila información vital.