Aylar nasıl yakalanır?


11

Güneş sisteminde, belki de gezegensel bir çarpışmadan sonra, ay boyutunda bir nesne gevşiyor. Bir gezegene yaklaşırken, muhtemelen yaklaşık olarak hiperbolik bir yol izliyor. Eğer geçerse, hala aynı hiperbol üzerinde, yaklaşımını yansıtan bir eğri üzerinde (muhtemelen). Vücudun hızı ne olursa olsun gezegen onu nasıl yakalayabilir? Neden çarpışmıyor ya da geçmişe gitmiyor?


2
Kısa cevap: Güneş. Hiperbolik yol, yerçekimi iki cisim probleminin çözülmesiyle elde edilir. Eğer Dünya ve Ay evrendeki tek iki nesne olsaydı, o zaman evet Ay o hiperbol boyunca devam ederdi. Karışıma üçüncü bir cisim ekledikten sonra, ortaya çıkan yörüngeler radikal olarak daha karmaşık hale gelir.
David H

@David H Teşekkürler. Kendi matematiklerim GMm / r ^ 2 = mv ^ 2 / r'nin ötesine geçmiyor, ama kabaca koyuyorum, ay gezegeni 'sallıyor' ama Güneş'ten uzaklaşıyor, böylece Güneş'in geciktirici etkisi yarı hiperbolik yolu bir elipse dönüştürür?
David Garner

Yanıtlar:


13

Bir gezegen nasıl bir ayı ele geçirebilir?

NASA Planet Fact Sheet'e göre Güneş Sisteminde 178 ay var , bu yüzden yaygın bir olay gibi görünüyor . Aşağıdaki bölümlerde ay yakalamanın aslında olası olmadığı gösterilecek, ancak bir gezegende bir veya daha fazla ay olduğunda yakalama daha kolay hale gelecektir.

Başlangıç ​​koşulları

Başlangıç ​​koşullarından başlayarak, gezegen güneş hakkında yörüngede ve asteroit güneş hakkında farklı bir yörüngede.

Yakalamanın mümkün olabilmesi için asteroit ve gezegenin yakınlaşması gerekiyor. Asteroit gezegenin etki alanına girdiğinde, gezegenin yerçekimi asteroitin yolunu belirlemede ana faktördür.

Olası sonuçlar

Gezegene göre, asteroid hiperbolik bir yörüngeyi takip edecek ve bu nedenle yakalanmayı önlemek için yeterli kinetik enerjiye sahip olacaktır. Çok çeşitli sonuçlar ortaya çıkabilir, ancak yakalamaya yol açanlar, asteroitin bir şekilde hızının gezegenin kaçış hızının altına düşmesi için yeterli kinetik enerjiyi kaybettiği ve kapalı (eliptik) bir yörünge elde etmek için yeterli enerjiyi koruduğu sonuçlardır. Ana (tek değil) olası sonuçlar

  • asteroit yörüngesi az ya da çok ölçüde bozulur ve gezegenin etki alanından çıkmaya devam eder.

  • asteroit yörüngesi bozulur ve asteroid gezegen yüzeyini etkiler. Bu genellikle sürecin sonu olurdu, ancak Dünya'nın Ay'ı nasıl ele geçirdiğine dair mevcut teoriler, Thea adlı bir cismin Dünya'yı etkilediğidir ve Ay, çarpışma enkazından bazılarından oluşmuştur.

  • asteroit yörüngesi bozulur ve asteroit yolu gezegenin atmosferiyle kesişir, atmosferdeki ısı olarak kinetik enerjiyi kaybeder ( aerobrakinge benzer ).

  • asteroit yörüngesi, gezegenin mevcut bir aya yakındır ve MESSENGER uzay aracı tarafından Merkür'ün yörüngesinden önce hızını yavaşlatmak için kullanıldığı gibi mevcut ay tarafından hızlandırılır (yavaşlamanın tam tersi bir ivme olduğu anlamına gelir) .

Son iki dava yakalama olasılığını kabul ediyor .

Olası Çekim

Gezegensel atmosferde enerji kaybettikten sonra, eğer asteroit yeterince enerji kaybetmişse, gezegenin etrafında kapalı bir yörüngeye girebilir. Sorun şu ki, yörünge atmosferi yeniden etkileyecek ve gezegen yüzeyini etkileyene kadar her defasında enerji kaybedecek. Mevcut bir ay mevcut olduğunda ve asteroit yörüngesinin eksantrikliğini azaltmak için yerçekimi için doğru yerde olduğunda yakalama meydana gelebilir .

Dolayısıyla, bir gezegenin serbest bir asteroit yakalayabileceği en olası durum, zaten bir veya daha fazla ayın mevcut olmasıdır. Gelen asteroit , ayın asteroit yoluna hükmedeceği bölge olan mevcut ayın Tepe alanına girmekten kaçınmalıdır .

Yerçekimi yardımcı asteroid ayın yörüngesi dışında geçen zaman bir göktaşı hızlandırabilir, ancak asteroit geçiyor inebilmesi ayın yörüngesine. Bu durumda asteroitin kinetik enerjisinin bir kısmı aya aktarılır. Aerobraking yakalamada olduğu gibi, yerçekimi destekli yakalama da mevcut ayın doğru yerde olmasını gerektirir.

Başka bir mekanizma

Nature'da yayınlanan oldukça zarif bir makale (aşağıda belirtilmiştir), gezegene yaklaştıkça birbirlerinin etrafında dönen iki cismin Neptün tarafından yakalanmasına neden olabileceğini göstermektedir. Bu mekanizma başka durumlarda da uygulanabilir. Bu Tez (pdf), Jüpiter için benzer bir süreci tartışmaktadır.

Düzensiz cisimler

Düzensiz şekilli cisimlerin küresel cisimlerden daha kolay yakalanabileceği ortaya çıkıyor. Gezegenin Hill küresi içinde yörüngede kalmak, yakalamanın kalıcı olması için yeterli değildir. Sadece Hill küresinin alt yarısındaki yörüngeler stabildir. Yüksek yörüngelerdeki cisimler yakındaki gezegenler tarafından bozulabilir ve vücut sonunda çıkarılabilir. Ancak düzensiz şekilli cisimler, gezegendeki çekimsel çekimde küçük dalgalanmalar sergiler ve aslında kaotik bir malikanede yörüngede kalırlar. Diğer aylar veya halkalar mevcut olduğunda, bu kaotik yörüngeler yavaş yavaş alt yörüngelerdeki bedenlere enerji aktarırlar, bu da yeni bedenin yörüngede dönmesine neden olur ve bu nedenle dış pertürbasyona karşı bağışıklık kazanır. [kaynak belirtilmeli]

Retrograd yörüngelere göre ilerleme

Kaotik yörüngelerin ve daha önceki çalışmaların aynı analizi, retrograd yörüngelerin ilerleyen yörüngelerden daha kararlı olduğu sonucuna vardı . İlerleme yörüngeleri sadece Hill küresinin iç yarısında stabil iken , retrograd yörüngeler Tepe yarıçapının% 100'üne kadar stabil olabilir . Bu nedenle retrograd yakalama daha yaygın olarak gözlenir (bu tüm hikaye değildir, araştırma hala önemlidir.

Birden fazla mevcut uydu, halka ve erken Güneş Sistemi

Tek bir ayın doğru zamanda doğru yerde olma olasılığı düşük olsa da, çok sayıda ay olduğunda, başlangıçtaki yararlı etkileşimin olasılığı doğrusal olarak yükselir. Ancak ek etkileşimlerin olasılığı geometrik olarak artar, bu yüzden bir gezegen ne kadar çok ay daha fazla yakalama olasılığına sahiptir. Halkaların varlığı, aynı zamanda, yeni Ay'a sürüklenerek, enerjisini alarak ve yörüngesini düşürerek, yakalanmamış gazın erken Güneş Sisteminde yaptığı gibi yakalanmasına yardımcı olur.

En büyük gezegenlerin en çok uydusu var

Açık olabilir, ancak en büyük gezegenler en çok uyduya sahiptir. Bunun nedeni daha derin yerçekimi kuyuları olması ve daha fazla nesnede süpürülmesidir. Yakalama olasılığı düşük olmasına rağmen (çoğu nesne sadece gezegene çekilmiştir), milyonlarca yörüngede sabit bir damlama olmuştur.

Sonuç

Her yakalama mekanizması tesadüfi bir dizi koşul gerektirir ve bu nedenle aslında oldukça nadir bir olaydır. Bir mekanizma, gezegensel Hill küresine girdiğinde bir çift ortak yörüngeli asteroitin ayrılmasıdır. Bireysel bir asteroit için olasılıklar, asteroid gezegenin etrafında dönen diğer cisimlere verilmesi gereken düşük kinetik enerjiyle geldiğinde ve zaten çok sayıda ay veya bir halka sistemi olduğunda iyileştirilir.

Ayrıca bakınız


Böyle kapsamlı bir açıklama için çok teşekkürler. Açıkçası, tanımladığınız mekanizmalar işe yarıyor, çünkü 1960'larda bunu ilk merak ettiğimde Güneş Sistemi'nin sadece 31 ayı vardı (!). Şimdi 'Cevaplandı' olarak işaretlendi.
David Garner

1

Herhangi bir küçük cismin ("ay") ve bir gezegenin basit hiperbolik (veya eliptik) bağıl yörüngesini değiştiren iki etki vardır.

Birincisi, Güneş'in yerçekimi (ve çok daha az Jüpiter derecesi). İyi bir yaklaşım için gezegen-Güneş sistemi dairesel bir ikili ve ay bir test parçacığıdır (kütlesi ihmal edilebilir). Böyle bir sistemdeki test parçacıklarının yörüngeleri (sınırlı üç cisim problemi olarak bilinir) karmaşıktır, ancak Jacobi enerjisi , yakalamayı önler (hiperbolik yörüngenin açısal momentum korunmasına benzer). Bu nedenle, yakalama bu yaklaşımdan sapmayı gerektirir, özellikle ayın kütlesi çok küçük olmamalı ve / veya başka bir etkileşimli beden katılmalıdır ( asteroit yakalamasındaki Wikipedia sayfası oldukça hayal kırıklığı yaratır).

İkincisi, gelgit kuvvetleri yörünge enerjisini iç enerjiye (gezegenin ve / veya ayın) aktarabilir, bu daha sonra dağılır (ısıya dönüştürülür). Şanslı koşullar altında bu süreç, bağlı olmayan bir yörüngeye dönüştürmek için yeterli olabilir. Bağlandıktan sonra, gelgitler ayı daha fazla bağlamaya devam edecektir.


3
İyi cevap, ancak ikinci paragrafın ortası (Jacobi enerji sözünün etrafında) netlik için biraz genişletilmelidir.
Florin Andrei

1
Şahsen üçüncü paragraf için bir kaynağı takdir ediyorum (şüphelendiğim için değil, ama olduğum için cahil olduğum için). Gelgit kuvvetlerinin Ay'ın spin açısal momentumu üzerindeki yıkıcı etkisinin farkındaydım, ancak yörünge açısal momentum üzerindeki etkileri dikkate almamıştım.
David H

Teşekkürler, Walter. Bu benim biraz ötesinde, ama genel fikri anlıyorum, bu yüzden 'Cevaplandı' olarak işaretledim.
David Garner

Ancak genellikle sadece başka bir dördüncü bedene veya bir beden kütlesine ihtiyacınız vardır, bu 3 sayısı açısal momentumu kaybedebilir. Bu en azından güneş sisteminizde belirtilen mekanizmalardan çok daha olası / verimlidir.
AtmosphericPrisonEscape
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.