¿Qué tan grande debe ser un planeta (radio, masa) y qué tan lejos de su estrella debe tener (por ejemplo) cuatro satélites naturales?

Es un poco complicado Pero puedes comenzar con la Esfera Hill. Un satélite tendría que orbitar dentro de la esfera Hill del planeta, de lo contrario entraría en una órbita separada alrededor del sol. También tiene que estar fuera del límite de Roche del planeta o se rompería en pedazos por las fuerzas de marea del planeta.

O bien, la luna puede estar más cerca del límite de Roche si el planeta y su luna están ambos bloqueados mutuamente. Pero solo puedes tener una luna como esa, porque en cualquier otra órbita el planeta no puede estar bloqueado por la marea a la luna, por lo que la luna se desgarra.

Entonces, además de eso, debes considerar las fuerzas de arrastre en el planeta desde las fuerzas de marea. Si la luna orbita alrededor del planeta más rápido que su período de rotación, será arrastrada hacia adentro y eventualmente golpeará el planeta. Ese será el destino de Fobos, por ejemplo, la luna más profunda de Plutón.

Si orbita el planeta más lento que su período de rotación, está a salvo de eso, pero lentamente irá en espiral hacia afuera. Mientras la esfera de Hill sea razonablemente grande, puede permanecer unida al planeta durante mucho tiempo como le sucedió a nuestra Luna. Y la pequeña luna de Marte, Deimos, está lo suficientemente lejos como para girar en espiral hacia afuera. Cuanto más se aleja en espiral, menores son las fuerzas de marea, por lo que más lenta es la espiral. Entonces eso puede durar miles de millones de años. Pero en la dirección opuesta, cuanto más en espiral gira, más rápido gira en espiral hacia adentro, por lo que generalmente no es una situación muy estable orbitar un planeta más rápido que su período de rotación.

Es por eso que Venus no tiene lunas. Gira tan lentamente que cualquier luna de cualquier tamaño la habría golpeado hace mucho tiempo. Sin embargo, podría tener lunas diminutas de unos pocos metros de diámetro, ya que las lunas giran hacia adentro más rápidamente cuanto más masivas son, porque la espiral hacia adentro se debe a los efectos de las mareas de la luna en el planeta.

Imagen en color real de Venus tomada por Mariner 10 procesada a partir de dos filtros.

Venus gira girando retrógrado una vez cada 243.025 días (en relación con las estrellas). Orbita al sol una vez cada 224.701 días. Entonces su día es más largo que su año. También es retrógrado.

Es imposible que una luna orbita a Venus tan lentamente como gira. Si orbitara lentamente, estaría bien fuera de su esfera Hill. Entonces, cualquier luna de Venus iría en espiral hacia adentro y eventualmente la golpearía, debido a las pequeñas mareas que levanta en Venus. En detalle: el tirón de la luna levanta una marea en Venus. Pero la luna se adelanta a la marea que acaba de elevar (porque hay un ligero retraso en la respuesta del planeta a su tirón gravitacional), por lo que la marea lo arrastra hacia Venus. Aunque la marea sería pequeña para una pequeña luna distante de Venus, aún así es suficiente. Durante millones de años, iría en espiral cada vez más rápido, una de esas cosas contrarias a la intuición que un tirón hacia atrás en un satélite hace que caiga en una órbita más baja y una órbita más rápida, y pronto golpeará el planeta.

Entraría en espiral rápidamente si es masivo. Una pequeña luna de unos pocos metros de diámetro casi no levantaría ninguna marea en Venus y podría sobrevivir hasta el presente desde el sistema solar temprano. Se han realizado búsquedas de pequeñas lunas de Venus, pero aún no se han encontrado; sin embargo, es posible que encontremos una realmente pequeña.

Entonces, además de que tienen los efectos de las lunas entre sí. Si tiene varios de ellos, eventualmente caerán en órbitas resonantes si están cerca del planeta. Por lo tanto, puede esperar algo así como el 1 2 4 de los planetas de Júpiter para las resonancias, lo que significa que realmente no hay espacio para otras lunas de cualquier tamaño entre ellas porque no encajarían en resonancias agradables como esa y ser distorsionado en otras órbitas, golpear a Júpiter o una de las otras lunas o ser expulsado.

Pero si están más lejos del planeta, entonces hay mucho espacio, por lo que las lunas tienen menos tirones gravitacionales entre sí, por lo que pueden continuar orbitando durante mucho tiempo sin preocuparse de que tengan que caer en resonancias, al menos por miles de millones. de años.

Y depende del tamaño de la luna. Si son realmente pequeños de unos pocos metros de diámetro, puede tener miles de ellos. Y a los más pequeños no les molesta el límite de Roche porque pueden mantenerse unidos bajo las fuerzas cohesivas de la roca, incluso el hielo, contra la interrupción de las mareas del planeta. Se podría pensar que los anillos de Saturno consisten en numerosos satélites pequeños :). Para aquellos tan pequeños, incluso Venus podría en principio tener muchos de ellos, aunque no parece que lo tenga.

Creo que esas son las cosas principales que deberías tener en cuenta.

Por lo tanto, depende sobre todo de la masa del planeta. Si la masa es grande como Júpiter, tiene una enorme esfera de colina, así que hay mucho espacio para lunas adicionales.

También depende de su período de rotación. Si gira razonablemente rápido, entonces es fácil para sus lunas orbitar más rápido de lo que gira el planeta. Pero si gira muy lentamente como Venus, entonces no es probable que tenga lunas de ningún tamaño por mucho tiempo, tal vez por un tiempo en los primeros millones de años del sistema solar.

Luego, una vez que haya ordenado esas dos condiciones, es una cuestión de modelado detallado y mirar para ver qué funciona a través de resonancias orbitales, y si puede caber en lunas adicionales, para las lunas cercanas. Y esto también depende mucho del tamaño de las lunas y del planeta, las lunas pequeñas alrededor de planetas grandes son mucho más fáciles que las lunas grandes alrededor de planetas pequeños.

Si tiene una gran esfera de colina como Júpiter, puedes poner muchas lunas pequeñas distantes sin problema. Si tiene lunas realmente pesadas, se convierte en un problema de varios cuerpos, por ejemplo, agregue una luna del tamaño de Júpiter a Júpiter o del tamaño de la Tierra a la Tierra; probablemente se bloquearían rápidamente entre sí, no hay problema. Pero agregue lunas adicionales a este sistema y se vuelve complicado. Las órbitas del sistema de Plutón son muy complejas debido a la necesidad de orbitar un planeta doble, Plutón y Caronte.

No hay realmente un límite. Un cuerpo menor probablemente habría capturado satélites, vice primordiales. Aunque los satélites primordiales no son imposibles. Realmente, como todas las excelentes respuestas en física e ingeniería, depende. En este caso, depende de las masas de los objetos, su velocidad, etc.

Plutón tiene cinco lunas y es tan pequeño que está bloqueado mutuamente por la marea con Charon. Haumea es tan pequeña que no es lo suficientemente grande como para ser redondeada por su propia gravedad y creemos que tiene dos lunas.

Plutón tiene 5 satélites naturales, y es solo un planeta enano Lunas de Plutón. Cualquier cosa lo suficientemente grande como para ser clasificada como planeta bajo cualquier esquema de clasificación que se haya utilizado puede tener 4 satélites naturales o incluso más.

Si nuestro sistema solar se generalizara, y no creo que lo haga muy bien, es probable que los planetas internos tengan relativamente pocos satélites, independientemente del tamaño del planeta. Los planetas más distantes tienen más satélites.

OTOH, el número de satélites que tiene un planeta o un planeta enano parece ser hasta cierto punto aleatorio.

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