Може ли луните да имат луни?

С този прост въпрос, зададен от четиригодишния син на Джуна Коллмайер от института Карнеги, започва всичко. Скоро след това първоначално запитване преди лягане, Коллмайер координира програма в Института за теоретична физика на Млечния Път, в Кавли (KITP), докато нейният колега Шон Раймонд от Университета на Бордо присъства на паралелна програма на KITP за динамиката на подобни на Земята планети.

След като обсъждат този много прост въпрос на семинар, двамата се обединяват за решаването му. Техните констатации са в основата на статия, публикувана в Месечни известия на Кралското астрономическо общество.

В края на миналата година дуото предизвика интернет-буря, когато публикува проект на статията си, в който се разглежда възможността за луни, които обикалят около други луни.

Двамата автори правят опит да дефинират физическите параметри за луните, които биха могли да бъдат стабилно обикаляни от други, по-малки луни.

„Планетите обикалят около звездите, а луните обикалят около планетите, така че е естествено да попитаме дали по-малките луни могат да се движат в орбита около по-големите“, обяснява Реймънд.

Техните изчисления показват, че само големи луни на широки орбити от техните планети-приемници могат да бъдат домакини на по-малки луни. Гравитационните сили, както от планетата, така и от луната действат, за да дестабилизират орбитите на по-малките луни, движещи се в орбита около луните, които са близо до тях.

Авторите открили, че четири луни в нашата Слънчева система са теоретично способни да имат собствени сателитни луни. Луната на Юпитер Калисто, луните на Сатурн Титан и Япет, както и собствената Луна на Земята, се вписват в типа луни, които може да притежават собствен спътник, въпреки че досега не е намерен нито един такъв. Те обаче добавят, че са необходими по-нататъшни изчисления, за да се разгледат възможните източници на нестабилност на малките „под луни“, като например неравномерната концентрация на маса в кората на нашата Луна.

„Липсата на известни „под луни“ в Слънчевата система, дори в орбита около луните, които теоретично биха могли да подкрепят такива обекти, може да ни предложи данни за това, как се формират планетите, за които все още има много нерешени въпроси“, обяснява Коллмайер.

Смята се, че луните, които обикалят около Сатурн и Юпитер, са родени от дисковете газ и прах, които обграждат планетите газови гиганти в по-късните етапи на тяхното формиране. Нашата Луна, от друга страна, се смята, че е възникнала в резултат на огромно въздействие между младата Земя и тяло с размера на Марс. Липсата на стабилни „под луни“ може да помогне на учените да разберат по-добре различните сили, които оформят спътниците, които виждаме.

Коллмайер добавя: „И, разбира се, това би могло да доведе до текущи усилия да се разбере как планетарните системи се развиват другаде и как нашата Слънчева система се вписва в хиляди други, открити от мисии за лов на екзопланети“.

Например, наскоро открито тяло, възможна екзолуна, в орбита около Кеплер 1625b имащо размера на Юпитер, е с подходящата маса и на подходящото разстояние от неговата планета, за да поддържа „под луна“, заявяват Коллмайер и Реймънд. Въпреки че изведеният наклон на орбитата му може да затрудни този обект да остане стабилен. Разбира се, откриването на „под луна“ обикаляща около екзолуната ще бъде много трудно.

Като се има предвид вълнението около търсенето на потенциално обитаеми екзопланети, Коллмайер и Реймънд изчисляват, че най-добрият сценарий за живот на големи „суб луни“ е при тези, обикалящи около масивни звезди. Макар и изключително често срещани, малките червени джуджета са толкова бледи и обитаемите им зони са толкова близки, че гравитационните им сили са много силни и „под луните“ (и често самите луни) са нестабилни.

И накрая, авторите посочват, че една изкуствена „под луна“ може да бъде направена стабилна и по този начин да служи като преден пост за изследване на дълбокия космос. На стабилна орбита около Луната – като тази на предложената от НАСА Лунна станция, една „под луна“ може да запази в безопасност съкровищата на човечеството за потомствата, дълго след като Земята стане неподходяща за живот.

Коллмайер и Реймънд са съгласни, че има много повече работа, която трябва да се свърши, за да се разбере историята на системите планета-луна.