Земля, як і будь-яка інша планета, може захоплювати собі невеликі астероїди і залишати їх у якості своїх супутників. І американським фізикам стало цікаво, скільки супутників може стабільно обертатися навколо Землі та подібних їй екзопланет. Виконавши серію симуляцій, вчені дійшли висновку, що стабільні орбіти навколо нас може втримати 7 супутників масою з карликову планету Цереру, 4 супутники масою з Плутон і три супутники, подібні нашому Місяцю. Результати роботи опубліковані у Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Навіщо Землі потрібні ще супутники?
Серед планет земної групи лише наша планета і Марс мають супутників, причому порівняно із газовими гігантами нашої системи, у яких налічують по кількадесят супутників, доволі небагато. Іноді у Землі, на щастя не в ході ударних подій, як це було з Місяцем, з'являються нові, тимчасові супутники. Наприклад, нещодавно ним став силікатний астероїд діаметром в 1,2 метра, який захопило гравітаційним полем нашої планети приблизно на три роки. І власне тому, враховуючи неймовірну кількість супутників Сатурна і Юпітера, троє фізиків з університетів США взялися порахувати, скільки взагалі супутників може стабільно обертатися навколо нашої планети.
Як втримати супутники?
Системи з кількома супутниками за своєю природою обмежені внутрішньою межею Роша та зовнішньою межею стабільності, на яку також впливає радіус Гілла планети. У своїй роботі вчені провели серію симуляцій N тіл — близько розташованих супутників однакової маси на орбітах навколо подібної до Землі планети, що обертається навколо зірки, подібної до Сонця. Вони різняться за масою, але аналогічні карликовій планеті Церері, Плутону та нашому Місяцю.
У моделі фізиків, найближчий до Землі супутник знаходитиметься поблизу радіусу Роша планети-господарки, і система залишається стабільною доти, поки зовнішній супутник не залишить межу стабільності для супутників. Відстань між орбітами кожного супутника вимірюється за допомогою безрозмірного параметра 𝛽, який обчислюється як відстань між двома сусідніми супутниками, поділена на їхній загальний радіус Хілла.
Схема орбітальної архітектури із положенням супутників розміром з Цереру. Розмір орбіти визначається параметром орбітальної відстані 𝛽, який тут визначено як 6 (схема обчислення поруч). Внутрішнє та зовнішнє пунктирне коло помаранчевим є межею Роша. S. Satyal et al. / arXiv, 2022
Скільки можна захопити супутників?
Так вчені підрахували, що навколо Землі поміститься 7 Церер, до 4 Плутонів та 3 Місяця. Зовнішня припливна міграція, ймовірно, змінить ці оцінки принаймні на один супутник: його Земля може втратити через його зіткнення з іншими або просто міграцію за межі стабільності на орбіті. При цьому істотну роль протягом 10 мільярдів років, ймовірно, відіграватиме припливна міграція на край системи: у випадку супутників масою з Місяць втрачається лише один, тоді як системи з менш масивними супутниками можуть мати більші втрати.
Робота науковців показує, що динамічна стабільність систем супутників обмежує існування таких в екзопланет, які схожі на Землю, що стане у пригоді в пошуках екзосупутників. Ми вже розповідали про кандидата в екзосупутники — він майже у два з половиною рази більший за Землю і належить екзопланеті, вчетверо більшій за Юпітер