Kann ein natürlicher Satellit in einer geostationären Umlaufbahn existieren?

Beim Stöbern in Physics SE ist mir eine Frage zu Satelliten im geostationären Orbit aufgefallen (die nichts mit der Frage zu tun hat, die ich hier stelle), und für einen Moment habe ich sie so interpretiert, dass sie sich auf natürliche Satelliten (z. B. einen Mond) bezieht. Also fragte ich mich: Könnte ein natürlicher Satellit im geostationären Orbit existieren?

Dann blieb ich stehen und dachte nach. Für große Gasriesen wie Jupiter kann es fatal sein, Monde zu nahe am Planeten zu haben (für den Mond). Wenn es sich innerhalb der Roche-Grenze des Planeten wagt, ist es Toast. Aber es gibt gute Nachrichten: Die Roche-Grenze hängt sowohl von den Massen und Dichten des Primärkörpers als auch des Satelliten ab. Vielleicht ist dieser Grund nicht anwendbar, da ein massereicher natürlicher Satellit überleben könnte. Die Frage ändert sich also:

Könnte ein natürlicher Satellit mit ausreichend hoher Masse und hoher Dichte eine geostationäre Umlaufbahn über seinem Primärkörper einnehmen?

Ich frage mich, ob die Frage einige Ungenauigkeiten enthält. Kakerlaken-Grenzwerte hängen nicht sowohl von der Dichte als auch von der Masse der betreffenden Körper ab. Vielmehr hängt es von der Dichte/Masse beider Körper und dem Radius eines Körpers ab. Siehe en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation
Eine andere Sache ist, dass ein Satellit, um vor Gezeitenkräften sicher zu sein, nicht von geringer Masse und geringer Dichte sein muss. Vielmehr muss der Satellit massereich und dicht sein . Größere (also schwerere) Satelliten wie Plutos Charon werden tendenziell bleiben. weil die Roche-Grenze für schwerere/dichtere Satelliten niedriger ist.
Danke, @Krumia Ich kann nicht glauben, dass ich das vermasselt habe. Ich habe die Formeln ein paar Mal überprüft, bevor ich sie gepostet habe, aber ich muss Primär und Satellit verwechselt haben.
@Krumia Ah, jetzt weiß ich, was ich dachte. Ein massereicherer Satellit bedeutet mehr Gravitationskraft zwischen den beiden, was bedeutet, dass die beiden näher beieinander liegen würden, was möglicherweise die Auswirkungen einer kleineren Roche-Grenze zunichte macht. Ich könnte meine Bearbeitung rückgängig machen.

Antworten (6)

Ja. Charon befindet sich auf einer Pluto-Synchronbahn. Pluto und Charon sind gegenseitig gezeitengesperrt.

Interessant. An Pluto und Charon hatte ich nicht gedacht. Das ist ein ziemlich gutes Beispiel. Ich möchte anmerken, dass dies ein Sonderfall ist (dh Charon müsste Pluto nicht immer dasselbe Gesicht zeigen).

Natürlich könnte ein natürlicher Satellit (Mond) eine Umlaufzeit haben, die der Rotationsperiode seines Wirts entspricht (vorausgesetzt, eine solche Umlaufbahn wäre zugänglich). Allerdings ist die Gezeitenreibung, die eine solche Verriegelung erzeugen kann, ziemlich schwach, also müsste dies eine seltene Gelegenheit sein. Darüber hinaus können Störungen der Umlaufbahn von anderen Monden oder ihrem Wirtsstern den Mond aus einer solchen Umlaufbahn bringen.

Andererseits ist es ziemlich üblich, dass die Umlaufzeit eines Mondes seiner eigenen Rotationsperiode (und nicht der seines Wirts) entspricht. Dies ist genau der Fall für den Erdmond (man könnte sagen, dass sich die Erde auf einer "selenostationären" Umlaufbahn befindet) und tritt auf natürliche Weise durch die Gezeitenwechselwirkung des Planeten mit seinem Mond auf.

Es würde eine sehr genaue Flugbahn erfordern, damit ein Asteroid in eine geostationäre Umlaufbahn gelangt . Es passiert nicht zufällig. Raumfahrtanbieter müssen sich sehr anstrengen, um die Kommunikationssatelliten ihrer Kunden dorthin zu bringen. Und geostationär ist keine sehr stabile Umlaufbahn. Die unterschiedliche Schwerkraft des Mondes zieht Satelliten aus ihren geostationären Umlaufbahnen, da sich die Satelliten täglich näher und weiter von ihm entfernen, während sich die Erde dreht. GEO ist etwa ein Zehntel der Entfernung zum Mond. Satelliten brauchen ihre kleinen Raketentriebwerke, um wiederkehrende Stationshaltemanöver durchzuführen, um dort zu bleiben. Die Erde hat keinen dauerhaften natürlichen Satelliten in irgendeiner Umlaufbahn, außer dem Mond.

Dies beantwortet die Frage nicht. Das OP fragte nicht, ob es einfach wäre oder nicht, sondern ob es möglich wäre. Ich sehe keinen Grund, warum ein Planet keinen Mond in einer stationären Umlaufbahn haben könnte (ich möchte den Begriff GEOstationär nicht verwenden, da sich dies nur auf die Erde bezieht). Tatsächlich befindet sich Plutos Mond Charon in einer synchronen Umlaufbahn um Pluto (sie sind gegenseitig gezeitengekoppelt ). Eine stationäre Umlaufbahn wäre nicht zu weit entfernt! Darüber hinaus könnten die Störungen, die Sie auf Geo-Sats erwähnen, einen massiven Mond beeinflussen oder nicht
@Etienne Pellegrini Wenn sie gezeitengesperrt sind, haben sie eine stationäre Beziehung. Vom Mond aus gesehen bewegt sich die Erde nicht über den Himmel. Und ein Satellit kann nicht ewig in einer stationären Umlaufbahn bleiben. Die Sonne, die Exzentrizität der Umlaufbahn des Satelliten, Gezeitenkräfte werden ihre Umlaufbahn im Laufe der Zeit ändern.
Nun, ich stimme zu, die Umlaufbahn würde sich im Laufe der Zeit ändern. Aber die Änderungen könnten langsam genug sein, dass Sie die Umlaufbahn für einen gewissen Zeitraum als stationär betrachten können (was ziemlich lang sein kann, die Umlaufbahn des Mondes um die Erde ändert sich nicht so schnell ...). Zu sagen, dass eine stationäre Umlaufbahn wegen der Störungen nicht möglich ist, ist wie zu sagen, dass eine kreisförmige Umlaufbahn niemals möglich ist. Ich denke, es hängt alles von der betrachteten Zeitskala ab
Ich würde @EtiennePellegrini leider zustimmen, dass dies meine Frage nicht beantwortet, obwohl es zum Nachdenken anregt. Beispielsweise könnte es in Zukunft möglich sein, einen kleinen (sprich: sehr kleinen) Asteroiden in eine geostationäre Umlaufbahn zu bringen (siehe Ihre interessante Frage astronomy.stackexchange.com/questions/6182/… ).
Ich dachte an natürliche Satelliten, die von der Erde eingefangen wurden. Ihre Frage ist umfassender. Ich weiß nicht viel darüber. Es ist ein guter Punkt von HopDavid hier, dass Doppelplaneten wie Pluto-Charon dazu neigen, synchrone Umlaufbahnen zu bekommen. Gezeitenkräfte helfen, die Rotation des Planeten und des Mondes zu synchronisieren, nicht nur die Umlaufbahn an sich.
@EtiennePellegrini Wenn die Umlaufbahn nicht stabil ist (und GEO-Umlaufbahnen nicht), ist es höchst unwahrscheinlich, dass ein natürlicher Satellit sehr lange in dieser Umlaufbahn überleben wird. Es würde im Laufe der Zeit herausgezogen oder herausgedrückt und entweder in seine Primärbahn stürzen, eine andere Umlaufbahn einnehmen oder vollständig aus der Umlaufbahn geschoben werden.

Charon und Pluto sind schlechte Beispiele. Sie haben eine vergleichbare Masse: Pluto ist nur 9-mal schwerer als Charon (die Erde ist 81-mal massereicher als der Mond), also liegt der Schwerpunkt in diesem System außerhalb des Hauptkörpers (etwa 1000 km von der Pluto-Oberfläche entfernt).

Das Hauptproblem für Satelliten ist das Roche-Limit. Für das Erde-Mond-System beträgt der Roche-Radius etwa 15500 km von Zentrum zu Zentrum (7400 km von Oberfläche zu Oberfläche). Die geostationäre Umlaufbahn der Erde ist 42.164 vom Erdmittelpunkt oder 35.786 von der Geoidoberfläche (Meeresspiegel) entfernt. Es funktioniert nur in der Äquatorebene (Mond ist 18,3-28,6 zum Erdäquator geneigt). Ein erdgroßer Planet kann also einen mondgroßen Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn haben. In der fernen Vergangenheit war unser Mond viel näher – möglicherweise etwa 50 000 km (etwa 60 000 von Zentrum zu Zentrum).

Warum ist es ein Problem, dass die Roche-Grenze viel näher liegt als eine geostationäre Umlaufbahn?

Eine geostationäre Umlaufbahn erfordert: * Einen genauen Abstand zwischen den Körpern, der eine Umlaufzeit von einem Tag ergibt. * Eine äquatoriale Umlaufbahn, so dass sich der Satellit immer über demselben Breitengrad befindet (wenn nicht, spricht man von einer geostationären Umlaufbahn). * Eine kreisförmige Umlaufbahn.

Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass nur zufällig einer dieser Parameter genau richtig ist. Wenn wir einen Satelliten finden, bei dem alle drei genau richtig sind, müssten wir wahrscheinlich anfangen, die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, dass er von einer außerirdischen Zivilisation dort platziert wurde.

Charon und Pluto sind gezeitengebunden, ebenso wie der Mond mit der Erde. Man könnte also sagen, die Erde befindet sich in einer geostationären Umlaufbahn mit dem Mond. Tatsächlich wurde und wird die Erdrotation durch den Mond verlangsamt, bis sich der Mond in einer geostationären Umlaufbahn mit der Erde befindet.

Gezeitensperre ist nicht dasselbe wie in GEO. In GEO wäre der Mond immer am selben Punkt am Himmel, was er nicht ist.
Im Fall von Pluto und Charon sind sie jedoch gegenseitig verriegelt, sodass Charon an einem festen Punkt über Pluto bleibt und Pluto an einem festen Punkt über Charon ist. Diese Position ist entstanden, weil die beiden Objekte ähnliche Größen haben.
Kann ein natürlicher Satellit in einer geostationären Umlaufbahn existieren?
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