Bagaimana cara bulan ditangkap?

Sebuah objek seukuran bulan sedang lepas di Tata Surya, mungkin setelah tabrakan planet. Ketika mendekati sebuah planet, itu mungkin mengikuti jalur hiperbolik. Jika terus lewat, itu masih pada hiperbola yang sama, pada kurva yang mencerminkan pendekatannya (mungkin). Bagaimana planet ini bisa menangkapnya, berapa pun kecepatan tubuh? Mengapa tidak bertabrakan atau melewati masa lalu?

Bagaimana sebuah planet bisa menangkap bulan?

Ada 178 bulan di Tata Surya, menurut Lembar Fakta Planet NASA , jadi sepertinya itu adalah peristiwa biasa. Bagian berikut akan menunjukkan bahwa penangkapan bulan sebenarnya tidak mungkin, tetapi ketika sebuah planet memiliki satu atau lebih bulan, penangkapan menjadi lebih mudah.

Kondisi awal

Mulai dari kondisi awal, planet ini berada di orbit tentang matahari, dan asteroid berada di orbit yang berbeda tentang matahari.

Agar penangkapan menjadi mungkin, asteroid dan planet harus mendekat. Ketika asteroid masuk ke dalam lingkup pengaruh planet, gravitasi planet adalah faktor utama dalam menentukan jalur asteroid.

Kemungkinan Hasil

Relatif terhadap planet ini, asteroid akan mengikuti lintasan hiperbolik , dan karenanya memiliki energi kinetik yang cukup untuk menghindari penangkapan. Variasi besar hasil mungkin terjadi, tetapi yang mengarah pada penangkapan adalah asteroid yang entah bagaimana kehilangan energi kinetik yang cukup untuk kecepatannya jatuh di bawah kecepatan lepasnya planet sambil mempertahankan energi yang cukup untuk mencapai orbit tertutup (elips). Hasil utama (bukan satu-satunya) yang mungkin adalah

• orbit asteroid terganggu, pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil, dan terus jalan keluar dari bidang pengaruh planet ini.

• orbit asteroid terganggu, dan asteroid berdampak pada permukaan planet. Itu biasanya akan menjadi akhir dari proses, tetapi teori saat ini tentang bagaimana Bumi menangkap Bulan adalah bahwa tubuh bernama Thea berdampak pada Bumi , dan Bulan terbentuk dari beberapa puing tabrakan.

• orbit asteroid terganggu, dan jalur asteroid memotong atmosfer planet, kehilangan energi kinetik karena panas di atmosfer (mirip dengan aerobraking ).

• orbit asteroid mendekati bulan yang ada di planet ini dan dipercepat (dalam arti perlambatan hanya percepatan dengan tanda yang berlawanan) oleh bulan yang ada, seperti yang digunakan oleh pesawat ruang angkasa MESSENGER untuk memperlambat kecepatannya sebelum mengorbit Merkurius.

Dua kasus terakhir mengakui kemungkinan penangkapan.

Kemungkinan Menangkap

Setelah kehilangan energi di atmosfer planet, jika asteroid kehilangan cukup energi, ia mungkin memasuki orbit tertutup di sekitar planet ini. Masalahnya adalah bahwa orbit akan memotong atmosfer lagi, kehilangan energi setiap kali melakukannya, sampai berdampak pada permukaan planet. Tangkapan dapat terjadi ketika bulan yang ada hadir dan berada di tempat yang tepat karena gravitasinya untuk mengurangi eksentrisitas orbit asteroid.

Jadi, kasus yang paling mungkin di mana sebuah planet dapat menangkap asteroid gratis adalah ketika sudah ada satu atau lebih bulan yang hadir. Asteroid yang masuk harus menghindari memasuki bola Bukit bulan yang ada - wilayah di mana bulan akan mendominasi jalur asteroid.

Bantuan gravitasi dapat mempercepat asteroid ketika asteroid melewati luar orbit bulan, tetapi dapat memperlambat asteroid yang melintas di dalam orbit bulan. Dalam hal ini sebagian energi kinetik asteroid dipindahkan ke bulan. Seperti halnya dengan penangkapan aerobraking, penangkapan dengan bantuan gravitasi membutuhkan bulan yang ada di tempat yang tepat.

Mekanisme lain

Sebuah makalah yang agak elegan yang diterbitkan di Nature (disebutkan di bawah) menunjukkan bagaimana dua tubuh yang saling mengorbit ketika mereka mendekati planet ini dapat menyebabkan satu ditangkap oleh Neptunus. Mekanisme ini bisa berlaku dalam kasus lain juga. Disertasi ini (pdf) membahas proses serupa untuk Jupiter.

Badan tidak teratur

Ternyata benda yang bentuknya tidak beraturan dapat ditangkap dengan lebih mudah daripada benda berbentuk bola. Mengorbit dalam bola Hill di planet ini tidak cukup untuk menangkap menjadi permanen. Hanya orbit di bagian bawah bola Hill yang stabil. Benda-benda dalam orbit yang lebih tinggi dapat terganggu oleh planet-planet terdekat, dan tubuh akhirnya dapat dikeluarkan. Tetapi bentuk tubuh yang tidak beraturan mengerahkan fluktuasi menit pada tarikan gravitasi di planet ini, dan sebenarnya mengorbit di sebuah puri yang kacau balau. Ketika bulan atau cincin lain hadir, orbit yang kacau ini secara bertahap mentransfer energi ke tubuh di orbit yang lebih rendah, menyebabkan tubuh baru mengorbit lebih rendah, dan karenanya menjadi kebal terhadap gangguan eksternal. [rujukan?]

Orbit prograde vs retrograde

Analisis yang sama tentang orbit yang kacau, dan penelitian sebelumnya juga menyimpulkan bahwa orbit retrograde lebih stabil daripada orbit prograde . Jika orbit prograde hanya stabil di bagian dalam bola Hill, orbit retrograde bisa stabil hingga 100% dari radius Hill . Oleh karena itu penangkapan retrograde lebih sering diamati (ini bukan keseluruhan cerita, masih menjadi masalah jika penelitian).

Beberapa bulan, cincin, dan Tata Surya awal

Sementara probabilitas satu bulan berada di tempat yang tepat pada waktu yang tepat adalah rendah, ketika ada beberapa bulan, kemungkinan interaksi bermanfaat awal meningkat secara linear. Tetapi probabilitas interaksi tambahan meningkat secara geometris, sehingga semakin banyak bulan yang dimiliki planet, semakin besar kemungkinannya untuk menangkap lebih banyak. Keberadaan cincin juga membantu menangkap dengan mengerahkan bulan baru, mengambil energinya dan menurunkan orbitnya, dengan cara yang sama seperti yang dilakukan oleh gas yang tidak ditangkap pada Tata Surya awal.

Planet terbesar memiliki bulan terbanyak

Ini mungkin jelas, tetapi planet terbesar memiliki bulan paling banyak. Ini karena mereka memiliki sumur gravitasi yang lebih dalam, dan menyapu lebih banyak objek. Meskipun probabilitas penangkapannya rendah (sebagian besar objek baru saja ditarik ke planet ini), tetesan mantap telah menangkap jutaan orbit.

Kesimpulan

Setiap mekanisme penangkapan membutuhkan serangkaian kondisi kebetulan, dan karenanya sebenarnya merupakan peristiwa yang cukup langka. Salah satu mekanisme adalah bahwa sepasang asteroid yang saling mengorbit terpisah ketika seseorang memasuki bola planet planet. Peluang untuk asteroid individu meningkat ketika asteroid tiba dengan energi kinetik rendah yang harus diberikan kepada benda lain yang mengorbit planet ini, dan ketika sudah ada banyak bulan atau sistem cincin.

Lihat juga

• Bisakah gravitasi bumi menangkap asteroid? - earthsky.org

• Dinamika Bulan Jauh dari Asteroid - Icarus (pdf)

• Hipotesis: Bukti baru tentang asal bulan mendukung teori tabrakan dahsyat

• Penangkapan Neptunus atas bulan Triton dalam pertemuan gravitasi planet-biner - Alam

• Lembar Fakta Planet - NASA

• Penggunaan energi dua tubuh untuk mempelajari masalah pelarian / penangkapan (pdf)

• Wikipedia
  Aerobraking
  Elips orbit
  Melarikan diri kecepatan
  Bukit bola
  Lintasan hiperbolik
  Gravitasi membantu
  Gerakan retrograde dan prograde
  Lingkup pengaruh
  Thea

Ada dua efek yang mengubah orbit relatif hiperbolik (atau elips) sederhana dari benda kecil ("bulan") dan sebuah planet.

Pertama, gravitasi Matahari (dan tingkat Jupiter yang jauh lebih rendah). Untuk perkiraan yang baik, sistem planet-Matahari adalah biner melingkar dan bulan adalah partikel uji (massanya diabaikan). Orbit partikel uji dalam sistem seperti itu (dikenal sebagai masalah tiga tubuh terbatas) rumit, tetapi energi Jacobi , mencegah penangkapan (mirip dengan konservasi sudut-momentum untuk orbit hiperbolik). Oleh karena itu, penangkapan memerlukan penyimpangan dari perkiraan ini, khususnya massa bulan tidak boleh terlalu kecil dan / atau badan yang berinteraksi lainnya berpartisipasi (halaman Wikipedia tentang penangkapan asteroid cukup mengecewakan).

Kedua, gaya pasang surut dapat mentransfer energi orbital menjadi energi internal (dari planet dan / atau bulan), yang kemudian hilang (diubah menjadi panas). Dalam keadaan beruntung, proses ini dapat memadai untuk mengonversi orbit yang tidak terikat ke orbit yang terikat. Setelah diikat, pasang surut akan terus mengikat bulan semakin banyak.