Kann ein Planet ohne Atmosphäre in extrem niedrigen Höhen umkreist werden?

Ja aber.

Erstens sind die 400 km Umlaufbahnen der ISS im Vergleich zum 6400 km Radius der Erde bereits extrem niedrig. Siehe https://what-if.xkcd.com/58/ für Bilder von Umlaufbahnen. Wenn Sie also in Umlaufbahnradien umformulieren, wird es zu "Wir können bei 6800 km umkreisen. Können wir bei 6401,75 km umkreisen?" Und die Antwort ist sicherlich "Ja"

Aber seien Sie vorsichtig, denn obwohl Sie sagten, der höchste Berg sei 1 km hoch, ist der Planet kugelförmig. Ein rotierender Planet wird nicht kugelförmig sein, weil eine Gleichgewichtsform ein abgeflachtes Sphäroid sein wird. Der Radius der Erde ist am Äquator 20 km größer als am Pol. Wenn Sie einen Planeten wie die Erde umkreisen, aber ohne Atmosphäre, und Ihre Höhe 750 m über dem Mount Everest beträgt, werden Sie möglicherweise überrascht, wenn Sie die Anden überqueren, da der Mount Chimborazo einen Gipfel hat, der mehr als 2000 m weiter entfernt ist Zentrum der Erde.

Aber nehmen wir an, Sie seien vorsichtig damit. Dann können Sie umkreisen. Es gibt jedoch eine sehr geringe Fehlerquote. Planeten haben kein vollkommen gleichmäßiges Gravitationsfeld. Berge, Mantelfahnen und Massenkonzentrationen verzerren die Umlaufbahn. Und im Fall der Erde wird Ihre Umlaufbahn auch durch Mond- und Sonnengezeiten gestört. Nun, wenn die Schwerkraft einer Mantelwolke Ihre Geschwindigkeit nur um einen sehr kleinen Betrag ändern muss, um Ihre Umlaufbahn um 750 m abzusenken (was nur etwa 1 Teil von 8000 ist) und Ihr Raumschiff zum Absturz zu bringen.

Während also prinzipiell beliebige niedrige Umlaufbahnen möglich sind, würde man nicht vorhaben, einen Planeten mit nur wenigen Metern Spielraum zu umkreisen.

Das bedeutet auch, dass Sie sehr überrascht wären, einen Mond mit einer so niedrigen Umlaufbahn zu finden. Ein solcher Mond würde wahrscheinlich nicht lange im Orbit bleiben.

Ein Beispiel für ein planetarisches Massenobjekt oder Planemo, das fast luftlos ist, ist der Mond.

Es hat eine Atmosphäre, aber sehr, sehr dünn.

Der Mond hat eine Atmosphäre, die so dünn ist, dass sie fast ein Vakuum ist, mit einer Gesamtmasse von weniger als 10 Tonnen (9,8 lange Tonnen; 11 kurze Tonnen).[141] Der Oberflächendruck dieser kleinen Masse beträgt etwa 3 × 10−15 atm (0,3 nPa); es variiert mit dem Mondtag. Zu seinen Quellen gehören Ausgasen und Sputtern, ein Produkt des Bombardements von Mondboden durch Sonnenwindionen.[15][142]

https://en.wikipedia.org/wiki/Moon#Atmosphere

Die Atmosphäre des Mondes ist also fast Null, und ein Raumschiff kann den Mond ohne nennenswerten Luftwiderstand knapp über dem höchsten Gipfel seiner Bahn umkreisen. Es wird wahrscheinlich Millionen von Jahren dauern, bis der Luftwiderstand die Umlaufbahn eines Objekts im Orbit um den Mond beeinflusst.

Aber kein Objekt im Weltraum ist perfekt kugelförmig. Alle Weltraumobjekte drehen sich schneller oder langsamer, und daher sind alle Weltraumobjekte an ihren Rotationsäquatoren zumindest leicht abgeflacht und breiter. Wenn also ein Raumschiff eine Welt in einer nicht äquatorialen Umlaufbahn umkreist, ist es über dem Äquator zumindest etwas näher am Boden als über höheren Breiten. Die Anziehungskraft des Planeten nimmt also im Laufe einer Umlaufbahn leicht zu und ab.

Wenn sich das Raumschiff in einer Umlaufbahn um den Äquator eines Planemos befindet, kann es den gleichen Abstand von der Oberfläche einhalten, wenn seine Umlaufbahn perfekt kreisförmig ist. Und natürlich ist eine perfekt kreisförmige Umlaufbahn unmöglich; alle Bahnen sind zumindest leicht elliptisch und ändern damit ihren Abstand vom Objektmittelpunkt zumindest geringfügig.

Und natürlich erzeugen die Sonne und der Mond Gezeiten auf der Erde, die den Meeresspiegel und sogar den des Festlandes heben und senken. Selbst wenn also ein Satellit einen Ort auf der Erdoberfläche jedes Mal im gleichen Abstand vom Erdmittelpunkt überfliegt, wird der Abstand zur Oberfläche jedes Mal etwas anders sein. Und die Gezeitenkräfte von Sonne und Mond werden auch an dem Satelliten ziehen und seine Umlaufbahn verändern.

Und natürlich erfährt der Mond auch Gezeiten von Sonne und Erde, wobei die Gezeiten der Erde auf dem Mond um ein Vielfaches stärker sind als die Gezeiten des Mondes auf der Erde. Die Mondoberfläche wird also mit den Gezeiten steigen und fallen, und die Gezeiten von Sonne und Erde werden einen Mondsatelliten langsam aus seiner ursprünglichen Umlaufbahn ziehen.

Und unterschiedliche Arten von Materialien neigen dazu, unterschiedliche Dichten zu haben, und unterschiedliche Arten von Materialien neigen dazu, in unterschiedlichen Regionen auf einem Objekt im Raum konzentriert zu sein. So wird ein Satellit eines Objekts Regionen mit größerer Dichte, Massenkonzentrationen oder Mascons genannt, überfliegen und stärker von ihnen angezogen werden, und Regionen mit geringerer Dichte überfliegen und von ihnen weniger angezogen werden. Das wird seine Umlaufbahn verändern.

Und früh im Weltraumprogramm wurde entdeckt, dass der Mond sehr starke Mondmasken hat, die die Umlaufbahn eines Raumfahrzeugs mit jeder Umlaufbahn mehr und mehr verzerren. Es ist in Ordnung, den Mond ein paar Mal in ein paar Tagen zu umkreisen. aber wenn ein Raumschiff den Mond monate-, jahrelang oder jahrzehntelang umkreisen muss, werden die Masscons die Umlaufbahn im Laufe der Zeit immer mehr stören.

Ein Mondsatellit muss also von Zeit zu Zeit genug Treibmittel mitführen, um seine Umlaufbahn anzupassen, um in der richtigen Umlaufbahn zu bleiben, bis seine Mission abgeschlossen ist, und er muss jetzt länger in der richtigen Umlaufbahn bleiben.

Der Mond ist der gravitativ "klumpigste" Hauptkörper, der im Sonnensystem bekannt ist. Seine größten Mascons können dazu führen, dass ein Lot etwa ein Drittel Grad von der Vertikalen abweicht und auf das Mascon zeigt, und die Schwerkraft um ein halbes Prozent erhöhen. 2

Typische Beispiele für Mascon-Becken auf dem Mond sind die Einschlagsbecken Imbrium, Serenitatis, Crisium und Orientale, die alle signifikante topografische Vertiefungen und positive Gravitationsanomalien aufweisen. Beispiele für Mascon-Becken auf dem Mars sind die Argyre-, Isidis- und Utopia-Becken. Theoretische Überlegungen implizieren, dass ein topographisches Tief im isostatischen Gleichgewicht eine leichte negative Gravitationsanomalie aufweisen würde. Die mit diesen Einschlagsbecken verbundenen positiven Gravitationsanomalien weisen also darauf hin, dass innerhalb der Kruste oder des oberen Mantels, der derzeit von der Lithosphäre gestützt wird, eine Form der positiven Dichteanomalie existieren muss. Eine Möglichkeit ist, dass diese Anomalien auf dichte Basaltlava zurückzuführen sind, die für den Mond eine Mächtigkeit von bis zu 6 Kilometern erreichen könnte. Während diese Laven sicherlich zu den beobachteten Gravitationsanomalien beitragen, ist auch eine Anhebung der Krusten-Mantel-Grenzfläche erforderlich, um ihre Größe zu erklären. Tatsächlich scheinen einige Mascon-Becken auf dem Mond nicht mit Anzeichen vulkanischer Aktivität in Verbindung gebracht zu werden. Theoretische Überlegungen weisen in beiden Fällen darauf hin, dass alle Mondmasken superisostatisch sind (d. h. über ihren isostatischen Positionen gestützt werden). Die riesige Ausdehnung des Mare-Basaltvulkanismus, der mit Oceanus Procellarum in Verbindung steht, weist keine positive Gravitationsanomalie auf. Theoretische Überlegungen weisen in beiden Fällen darauf hin, dass alle Mondmasken superisostatisch sind (d. h. über ihren isostatischen Positionen gestützt werden). Die riesige Ausdehnung des Mare-Basaltvulkanismus, der mit Oceanus Procellarum in Verbindung steht, weist keine positive Gravitationsanomalie auf. Theoretische Überlegungen weisen in beiden Fällen darauf hin, dass alle Mondmasken superisostatisch sind (d. h. über ihren isostatischen Positionen gestützt werden). Die riesige Ausdehnung des Mare-Basaltvulkanismus, der mit Oceanus Procellarum in Verbindung steht, weist keine positive Gravitationsanomalie auf.

https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_concentration_(astronomy)#Lunar_mascons

Mondmasken verändern die lokale Schwerkraft über und um sie herum so weit, dass niedrige und unkorrigierte Satellitenumlaufbahnen um den Mond auf einer Zeitskala von Monaten oder Jahren instabil sind. Die kleinen Störungen in den Umlaufbahnen häufen sich an und verzerren schließlich die Umlaufbahn so weit, dass der Satellit auf die Oberfläche auftrifft.

Aufgrund seiner Mascons hat der Mond nur vier Neigungszonen der „eingefrorenen Umlaufbahn“, in denen ein Mondsatellit auf unbestimmte Zeit in einer niedrigen Umlaufbahn bleiben kann. Bei zwei der letzten drei von Apollo bemannten Mondlandemissionen in den Jahren 1971 und 1972 wurden Mond-Subsatelliten freigesetzt; Der von Apollo 16 freigesetzte Subsatellit PFS-2 sollte anderthalb Jahre im Orbit bleiben, hielt aber nur 35 Tage durch, bevor er auf die Mondoberfläche stürzte. Erst 2001 wurden die Mascons kartiert und die gefrorenen Umlaufbahnen entdeckt. 2

Der Luna-10-Orbiter war das erste künstliche Objekt, das den Mond umkreiste, und er lieferte Verfolgungsdaten, die darauf hinwiesen, dass das Mondgravitationsfeld größere als erwartete Störungen verursachte, vermutlich aufgrund der „Rauigkeit“ des Mondgravitationsfelds.[5] Die Lunar Mascons wurden 1968 von Paul M. Muller und William L. Sjogren vom NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) durch eine neue Analysemethode entdeckt, die auf die hochpräzisen Navigationsdaten des unbemannten Raumschiffs Lunar Orbiter aus der Zeit vor Apollo angewendet wurde . Diese Entdeckung beobachtete die konsistente 1:1-Korrelation zwischen sehr großen positiven Schwerkraftanomalien und vertieften kreisförmigen Becken auf dem Mond. Diese Tatsache setzt Modellen, die versuchen, die Geschichte der geologischen Entwicklung des Mondes zu verfolgen und die aktuellen inneren Strukturen des Mondes zu erklären, entscheidende Grenzen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_concentration_(astronomy)#Effect_of_lunar_mascons_on_satellite_orbits

Wenn also jemand möchte, dass ein Mondsatellit eine sehr niedrige, aber lang anhaltende Umlaufbahn hat, sollte er eine der vier "eingefrorenen Umlaufbahnen" wählen, die keine Maskons überqueren. Vermutlich sollten sie die Umlaufbahn mit dem niedrigsten Gelände, gemessen vom Zentrum des Mondes, wählen. Mit der extrem dünnen "Atmosphäre" des Mondes könnte eine Umlaufbahn, die nur geringfügig über dem höchsten Punkt der Umlaufbahn verläuft, Tausende oder Millionen von Jahren dauern.

Natürlich gibt es Maskottchen in vielen anderen Welten im Sonnensystem. Der Mond hat die stärksten Maskottchen aller großen Objekte im Sonnensystem. Aber die Mascons auf anderen großen Objekten des Sonnensystems müssen berechnet werden, wenn ein Objekt in die niedrigstmögliche Umlaufbahn um sie herum gebracht wird.

Es gibt Tausende und Millionen von kleineren Objekten im Sonnensystem, kleine Monde, Asteroiden, Kometen usw., die nicht massiv genug sind, um ihre Materie in eine kugelförmige Form zu bringen. Dadurch haben sie etwas unregelmäßige Formen. Und das sollte es ziemlich schwierig machen, die richtige Umlaufbahn zu wählen, um einen in der geringstmöglichen Höhe zu umkreisen.

Je unregelmäßiger ein kleiner Sonnensystemkörper ist, desto mehr wird es so sein, als hätten starke Maskottchen die Umlaufbahn eines beliebigen Satelliten gestört. Und es wird angenommen, dass sich viele kleinere Körper des Sonnensystems aus kleineren Körpern gebildet haben, die sanft zusammenkamen und große innere Hohlräume zwischen den Stücken hinterließen. Ein kleines Objekt mit inneren Hohlräumen scheint die gleiche Wirkung auf Saellite zu haben wie sehr starke Masscons.

Ein luftloses Objekt mit einer sehr homogenen Zusammensetzung und sehr geringen Mascons und aus sehr leichtem und schwachem Material mit einer sehr niedrigen Topographie, das im interstellaren oder intergalaktischen Raum schwebt, scheint das ideale Objekt zu sein, um einen sehr niedrigen Satelliten zu haben.

Das Vorhandensein einer Atmosphäre bedeutet einfach, dass Sie Boost-Energie bereitstellen müssen, um die Umlaufgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Vielleicht viel mehr als, sagen wir, die ISS generiert, um ihre Position zu halten :-) .

Wie die Kommentare hervorheben, bedeutet die Ungleichmäßigkeit der Oberfläche und / oder des Gravitationsfeldes (z. B. möglicherweise aufgrund von Dichteschwankungen in der Kruste des Planeten), dass eine Mindesthöhe erforderlich ist, um eine Umlaufbahn zu erreichen, die niemals einen Berg schneidet, und um klein genug zu sein Seltsam Attraktor (chaotische) Parameter, dass die Bahnen der zukünftigen Umlaufbahnen in einer sicheren Zone bleiben.

Ein Beispiel dafür sind die Mondsonden der Apollo-Missionen. Eine Sonde kreiste vor ihrem Absturz extrem nahe an der Oberfläche. Siehe ( https://jacanswers.com/how-low-have-satellites-orbited-the-moon/ )

In der Tat kann es. Dabei gibt es zwei grundsätzliche Probleme – erstens könnte Gelände im Weg sein, und zweitens ist das Gravitationsfeld des Körpers möglicherweise nicht so gleichmäßig, wie man hoffen könnte.

Es gibt eine Clarke-Kurzgeschichte über das erste Problem – und seine Lösung. Das zweite Problem wird durch die Massenkonzentrationen oder "Masken" unter der Mondoberfläche gut demonstriert, die zu erheblichen Abweichungen von einem einzigen Zentralkraftmodell führen .