Astronomie

La Terre peut-elle héberger un autre satellite naturel que la Lune ?

La Terre peut-elle héberger un autre satellite naturel que la Lune ?


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Existe-t-il des orbites stables à long terme (échelles de temps astronomiques) autour de la Terre ? Les orbites à basse altitude se désintégreront en raison de la friction avec l'atmosphère terrestre. À l'intérieur de la limite de Roche de la Terre, une Lune n'a pas pu se former de toute façon en raison des forces de marée. À des altitudes plus proches de celle de la Lune, la Lune déstabiliserait probablement une orbite telle que l'objet entrerait en collision avec la Terre ou la Lune ou serait éjecté.

Beaucoup d'autres planètes de notre système solaire ont plusieurs satellites naturels ; lorsque cela se produit, ils sont toujours beaucoup plus petits que le primaire - pensez à Jupiter, Saturne et même Mars. D'autre part, la Terre, et apparemment Pluton, n'ont chacune qu'un seul satellite naturel, relativement gros par rapport au primaire. Est-ce parce qu'un gros satellite aura tendance à nettoyer toute la "sphère d'influence" autour de son primaire de tout autre matériau ?

Ma question est donc la suivante : l'existence de notre Lune empêche-t-elle efficacement la formation ou la capture de tout autre satellite naturel autour de la Terre ? (Considérant uniquement les vrais satellites, pas les objets "compagnons" ou quasi-satellites)


Réponse courte : Cela pourrait être impossible "à long terme". C'est problématique à cause de la taille de la Lune et de la proximité du Soleil.

Longue réponse:

Le système Terre-Lune dans l'espace vide pourrait contenir plusieurs autres lunes (comme le système Pluton-Charon). Le problème est la proximité du soleil en plus de la taille de la Lune. Les planètes plus proches de leur étoile ont plus de mal à s'accrocher aux lunes en partie parce que la sphère de Hill est plus petite, en partie parce que les forces de marée sont beaucoup plus grandes (et ces 2 facteurs peuvent aller de pair, pas en plus). Mais ce n'est pas seulement une coïncidence si Mercure et Vénus n'ont pas de lunes, elles sont également moins susceptibles de s'accrocher à des lunes.

Mars a une sphère de colline plus petite que la Terre en raison de sa masse inférieure, mais ses 2 lunes sont très petites. De plus, l'une des lunes de Mars 2 pourrait ne pas être là très longtemps. Il pourrait s'écraser sur Mars dans aussi peu que 100 millions d'années.

La proximité de la Terre avec le Soleil donne à la Terre une sphère de colline d'environ 1,5 million de km, et la vraie région de stabilité (à long terme) est d'environ 1/3 à 1/2 de celle-ci, donc environ 500 à 750 000 km, ce qui n'est pas tout. beaucoup plus loin que la Lune ne l'est actuellement.

La distance moyenne de notre Lune est de 384 000 km, mais notre lune a une orbite légèrement excentrique, sa distance varie donc entre environ 363 100 et 405 700 km. La source.

Le 2ème facteur est la masse relative entre la Lune et la planète. Mars a 2 lunes mais ses lunes sont très petites et elles ont très peu d'effet gravitationnel les unes sur les autres. Notre Lune est 1/81e de la masse de la Terre, ce qui est le plus grand rapport Lune/planète de notre système solaire.

En utilisant la formule simplifiée de la sphère de colline, la racine cubique de (le rapport des masses/3). Fondamentalement, la racine cubique de (1/243) donne à la lune de la Terre une sphère de colline d'environ 16% de sa distance à la Terre. Tout objet en orbite terrestre qui passe dans la sphère de la colline de la Lune ne sera évidemment pas sur une orbite stable. En fait, la région d'instabilité s'étend probablement bien au-delà de 16 %. Je n'en suis pas sûr, mais je peux dire en toute sécurité que quoi que ce soit, même de loin, à proximité de l'orbite de la Lune ne pourrait orbiter autour de la Terre pendant un certain temps.

En utilisant 16%, la région clairement instable se situe entre 300 000 km et 470 000 KM. Il serait impossible pour un objet d'orbiter autour de la Terre à une plus grande distance que la Lune. Les perturbations solaires et lunaires seraient trop importantes.

S'il est possible que la Terre ait une 2e lune, elle devrait orbiter assez près de la Terre. Probablement bien à l'intérieur de 300 000 KM. Plus la Terre est proche de la Terre, plus la gravitation de la Terre sera dominante, donc si je devais deviner, je pense que la Lune devrait être assez proche, peut-être dans une plage de 50 000 km - mais ce n'est qu'une supposition.

A titre de comparaison, les 3 lunes de Jupiter en résonance orbitale ; Ganymède, le plus grand des 3 a une sphère de colline à environ 3% de sa distance de Jupiter. La résonance orbitale 1:2:4 correspond à la racine 1,5e de 2 ou environ un rapport de distance orbitale de 1,59 à 1. Ces 3 lunes ont également des orbites très presque circulaires. Si l'orbite de la Lune était presque circulaire, il pourrait y avoir une résonance stable 1,59 fois plus proche de la Terre, mais à cause de l'orbite de la Lune est mesurable excentrique, je ne pense pas que le rapport de période orbitale 2:1 serait stable à long terme car il y a trop de vacillements dedans. Je pense que votre meilleur pari pour une orbite stable pour une 2e lune serait très proche de la Terre, probablement dans la plage de 50 à 100 000 km (mais c'est une estimation approximative).

Il convient de noter que « stable à long terme » n'est pas un terme précis car il n'y a pas de limite claire. Mille orbites ? Un million? Un milliard? Durée de vie du soleil ?

Je me rends compte que "peut-être, peut-être pas" n'est pas une réponse, mais je voulais aborder certaines des raisons pour lesquelles c'est difficile. Un satellite capturé n'a pas pu être capturé dans une orbite proche de la Terre relativement circulaire parce que la vitesse entrante est trop grande. En théorie, s'il y avait suffisamment de débris, un satellite pourrait se former près de la Terre et peut-être être stable à relativement long terme, mais la Lune empêcherait dans une certaine mesure une telle formation de la même manière que Jupiter empêche la ceinture d'astéroïdes de fusionner en une toute petite planète. (la faible masse de la ceinture d'astéroïdes joue également un rôle, peut-être un rôle plus important), mais Jupiter est un facteur. Article ici


A quelques centaines de kilomètres au-delà de la géosynchrone se trouve l'orbite du cimetière des satellites, distance qui est également fonction de la taille du satellite. On pourrait placer un astéroïde sur une telle orbite pour être une lune bien visible. On peut argumenter que puisque nous n'avons pas une telle lune, cela est donc improbable. Cependant, comme ci-dessous, aucune lune n'est éternelle, et très certainement dans le passé, nous avons eu beaucoup de petites lunes. La Terre a plus ou moins une sorte de deuxième lune, et sera pendant des siècles donc "ne peut pas avoir" est douteuse.

Je n'achète pas l'argument "Je n'aime pas l'argument compliqué des petits satellites naturels temporaires en orbite". En utilisant cet argument, Phobos ne serait pas une lune de Mars car son orbite se désintégrera définitivement dans 30 millions d'années. Notre Luna finira par s'échapper à cause du freinage dû aux marées, donc je préférerais dire qu'aucun satellite n'est éternel. Le problème suivant est que si 2016HO3 ci-dessus n'est pas une "lune" ou un "satellite", alors la Terre n'est pas une "planète", car les planètes "nettoient leurs propres orbites" comme le point 3 de la définition de l'IAU de la planète.

La sphère de Hill n'est qu'une approximation, et d'autres forces (telles que la pression de rayonnement ou l'effet Yarkovsky) peuvent éventuellement perturber un objet hors de la sphère. Ce troisième objet doit également être d'une masse suffisamment faible pour qu'il n'introduise aucune complication supplémentaire par sa propre gravité. Des calculs numériques détaillés montrent que les orbites au niveau ou juste à l'intérieur de la sphère de Hill ne sont pas stables à long terme ; il semble que des orbites satellites stables n'existent qu'à l'intérieur de 1/2 à 1/3 du rayon de Hill. La région de stabilité pour les orbites rétrogrades à grande distance du primaire est plus grande que la région pour les orbites progrades à grande distance du primaire. On pensait que cela expliquait la prépondérance des lunes rétrogrades autour de Jupiter ; cependant, Saturne a un mélange plus égal de lunes rétrogrades/progrades, donc les raisons sont plus compliquées… La sphère de Hill de (66391) 1999 KW$_4$, un astéroïde qui a une lune croisée avec Mercure (S/2001 (66391) 1 ), mesure 22 km de rayon.