Làm thế nào một hành tinh có thể chụp một mặt trăng?
Có 178 mặt trăng trong Hệ Mặt trời, theo Tờ Thông tin Hành tinh của NASA , vì vậy đây dường như là một sự kiện phổ biến. Các phần sau đây sẽ chỉ ra rằng việc chụp mặt trăng thực sự là không thể, nhưng khi một hành tinh có một hoặc nhiều mặt trăng thì việc chụp trở nên dễ dàng hơn.
Điều kiện ban đầu
Bắt đầu từ những điều kiện ban đầu, hành tinh này nằm trong quỹ đạo về mặt trời và một tiểu hành tinh nằm trong một quỹ đạo khác về mặt trời.
Để việc bắt giữ trở nên khả thi, tiểu hành tinh và hành tinh phải đến gần nhau. Khi tiểu hành tinh đi vào bên trong Phạm vi ảnh hưởng của hành tinh, lực hấp dẫn của hành tinh là yếu tố chính quyết định đường đi của tiểu hành tinh.
Kết quả có thể xảy ra
Liên quan đến hành tinh, tiểu hành tinh sẽ đi theo một quỹ đạo hyperbol , và do đó có đủ động năng để tránh bị bắt. Một loạt các kết quả lớn có thể xảy ra, nhưng những kết quả dẫn đến bắt giữ là những nơi mà tiểu hành tinh bằng cách nào đó mất đủ động năng để vận tốc của nó giảm xuống dưới tốc độ thoát của hành tinh trong khi vẫn giữ đủ năng lượng để đạt được quỹ đạo khép kín (hình elip). Các kết quả chính (không phải duy nhất) có thể là
quỹ đạo của tiểu hành tinh bị nhiễu loạn, ở mức độ lớn hơn hoặc thấp hơn, và nó tiếp tục trên đường ra khỏi phạm vi ảnh hưởng của hành tinh.
quỹ đạo của tiểu hành tinh bị nhiễu loạn, và tiểu hành tinh tác động lên bề mặt hành tinh. Đó thường sẽ là kết thúc của quá trình, nhưng các lý thuyết hiện tại về cách Trái đất chiếm được Mặt trăng là một cơ thể có tên Thea đã tác động đến Trái đất và Mặt trăng hình thành từ một số mảnh vỡ va chạm.
quỹ đạo của tiểu hành tinh bị nhiễu loạn, và đường đi của tiểu hành tinh giao với bầu khí quyển của hành tinh, mất động năng như nhiệt trong khí quyển (tương tự như aerobraking ).
quỹ đạo của tiểu hành tinh gần một mặt trăng hiện có của hành tinh và được gia tốc (theo nghĩa là sự giảm tốc chỉ là gia tốc với dấu hiệu ngược lại) bởi mặt trăng hiện tại, được sử dụng bởi tàu vũ trụ MESSENGER để làm chậm tốc độ của nó trước khi quay quanh Sao Thủy.
Hai trường hợp cuối cùng thừa nhận khả năng bị bắt.
Chụp có thể
Sau khi mất năng lượng trong bầu khí quyển hành tinh, nếu tiểu hành tinh đã mất đủ năng lượng, nó có thể đi vào quỹ đạo kín quanh hành tinh. Vấn đề là quỹ đạo sẽ giao nhau với bầu khí quyển, mất năng lượng mỗi lần như vậy, cho đến khi nó tác động lên bề mặt hành tinh. Việc chụp có thể xảy ra khi có mặt trăng hiện tại và ở đúng vị trí để trọng lực của nó giảm độ lệch tâm của quỹ đạo của tiểu hành tinh.
Vì vậy, trường hợp rất có thể là một hành tinh có thể chụp được một tiểu hành tinh tự do là khi đã có một hoặc nhiều mặt trăng. Tiểu hành tinh tới phải tránh đi vào quả cầu Hill của mặt trăng hiện tại - khu vực mà mặt trăng sẽ thống trị đường đi của tiểu hành tinh.
Trọng lực hỗ trợ có thể tăng tốc một tiểu hành tinh khi tiểu hành tinh đi ra ngoài quỹ đạo của mặt trăng, nhưng có thể giảm tốc tiểu hành tinh đang đi vào bên trong quỹ đạo của mặt trăng. Trong trường hợp này, một số động năng của tiểu hành tinh được chuyển lên mặt trăng. Như trường hợp với chụp aerobraking, chụp có hỗ trợ trọng lực đòi hỏi mặt trăng hiện tại phải ở đúng vị trí.
Một cơ chế khác
Một bài báo khá thanh lịch được xuất bản trong Tự nhiên (được đề cập dưới đây) cho thấy hai cơ thể quay quanh nhau khi chúng đến gần hành tinh này có thể dẫn đến việc một người bị sao Hải Vương bắt giữ. Cơ chế này cũng có thể áp dụng trong các trường hợp khác. Luận án này (pdf) thảo luận về một quy trình tương tự cho Sao Mộc.
Cơ thể bất thường
Nó chỉ ra rằng các cơ thể có hình dạng bất thường có thể được chụp dễ dàng hơn các cơ thể hình cầu. Bay trên quả cầu Hill của hành tinh không đủ để bắt giữ là vĩnh viễn. Chỉ có quỹ đạo ở nửa dưới của quả cầu Hill là ổn định. Các cơ thể trong quỹ đạo cao hơn có thể bị nhiễu loạn bởi các hành tinh gần đó và cơ thể cuối cùng có thể bị đẩy ra. Nhưng các cơ thể có hình dạng bất thường tạo ra sự dao động nhỏ trong lực hấp dẫn trên hành tinh và thực sự quay quanh một trang viên hỗn loạn. Khi các mặt trăng hoặc vòng khác xuất hiện, các quỹ đạo hỗn loạn này sẽ dần dần truyền năng lượng cho các cơ thể ở các quỹ đạo thấp hơn, khiến cơ thể mới quay quanh quỹ đạo thấp hơn, và do đó trở nên miễn nhiễm với nhiễu loạn bên ngoài. [cần dẫn nguồn]
Tiến lên so với quỹ đạo lùi
Phân tích tương tự về quỹ đạo hỗn loạn, và công việc trước đó cũng kết luận rằng quỹ đạo ngược là ổn định hơn so với quỹ đạo tiên tiến . Trong khi các quỹ đạo tiên tiến chỉ ổn định ở nửa bên trong của quả cầu Hill, quỹ đạo ngược có thể ổn định đến 100% bán kính Hill . Do đó chụp ngược được quan sát phổ biến hơn (đây không phải là toàn bộ câu chuyện, nó vẫn là một vấn đề nếu nghiên cứu).
Nhiều mặt trăng, vành đai hiện có và Hệ mặt trời đầu tiên
Mặc dù xác suất của một mặt trăng ở đúng vị trí vào đúng thời điểm là thấp, khi có nhiều mặt trăng, xác suất của một tương tác hữu ích ban đầu tăng tuyến tính. Nhưng xác suất của các tương tác bổ sung tăng lên về mặt hình học, do đó, càng nhiều mặt trăng, hành tinh càng có nhiều khả năng thu được nhiều hơn. Sự tồn tại của các vòng cũng hỗ trợ cho việc bắt giữ bằng cách kéo một mặt trăng mới, lấy năng lượng và hạ thấp quỹ đạo của nó, giống như cách mà khí không được đốt cháy sẽ làm trong Hệ Mặt trời đầu tiên.
Các hành tinh lớn nhất có nhiều mặt trăng nhất
Nó có thể rõ ràng, nhưng các hành tinh lớn nhất có nhiều mặt trăng nhất. Điều này là do chúng có giếng trọng lực sâu hơn, và quét vào nhiều vật thể hơn. Mặc dù xác suất bắt giữ thấp (hầu hết các vật thể vừa được kéo vào hành tinh), một mánh khóe ổn định đã chiếm được hàng triệu quỹ đạo.
Phần kết luận
Mỗi cơ chế chụp đòi hỏi một tập hợp các điều kiện ngẫu nhiên, và thực sự là một sự kiện khá hiếm. Một cơ chế là một cặp các tiểu hành tinh cùng quỹ đạo trở nên tách biệt khi chúng đi vào quả cầu Hill hành tinh. Tỷ lệ cược cho một tiểu hành tinh riêng lẻ được cải thiện khi tiểu hành tinh đến với động năng thấp phải được cung cấp cho các cơ thể khác quay quanh hành tinh và khi đã có nhiều mặt trăng hoặc hệ thống vành đai.
Xem thêm