На Земле вы можете поднять глаза ночью и увидеть Луну, светящуюся ярко на расстоянии в сотни тысяч миль. Но если бы вы были на Венере, то это было бы не так. Не у каждой планеты есть луна — так почему же у некоторых планет несколько лун, а у других их нет?
Я преподаватель физики, который следит за современными теориями, описывающими, почему у одних планет есть луны, а у других нет.
Во-первых, луна называется естественным спутником. Астрономы называют спутниками объекты в космосе, которые вращаются вокруг более крупных тел. Поскольку луна не является искусственной, это естественный спутник.
В настоящее время существует две основные теории, объясняющие, почему у некоторых планет есть луны. Луны либо захватываются гравитацией, если они находятся в пределах так называемого радиуса сферы Хилла планеты, либо образуются вместе с солнечной системой.
Радиус сферы Хилла
Объекты оказывают гравитационное притяжение на другие близлежащие объекты. Чем больше объект, тем сильнее сила притяжения.
Эта гравитационная сила — причина, по которой мы все остаемся на Земле, а не улетаем в космос.
Солнечная система управляется большой гравитационной силой Солнца, которая удерживает все планеты на орбите. Солнце — самый массивный объект в нашей солнечной системе, что означает, что оно оказывает наибольшее гравитационное влияние на такие объекты, как планеты.
Чтобы спутник мог вращаться вокруг планеты, он должен быть достаточно близко, чтобы планета могла оказать достаточно сильное притяжение для его удержания на орбите. Минимальное расстояние, на котором планета может удерживать спутник на орбите, называется радиусом сферы Хилла.
Радиус сферы Хилла основан на массе как более крупного объекта, так и меньшего. Луна, вращающаяся вокруг Земли, является хорошим примером того, как работает радиус сферы Хилла. Земля вращается вокруг Солнца, но Луна находится достаточно близко к Земле, чтобы Земля смогла захватить ее своим гравитационным притяжением. Луна вращается вокруг Земли, а не Солнца, потому что она находится в пределах радиуса сферы Хилла Земли.
Меньшие планеты, такие как Меркурий, имеют небольшой радиус сферы Хилла, поскольку они не могут оказывать сильное гравитационное притяжение. Любые потенциальные луны, вероятно, будут захвачены Солнцем.
Многие ученые все еще пытаются выяснить, были ли у этих планет маленькие луны в прошлом. Во время формирования солнечной системы у них могли быть луны, которые были выбиты из орбиты столкновениями с другими космическими объектами.
У Марса есть две луны, Фобос и Деймос. Ученые до сих пор спорят, произошли ли они из астероидов, которые прошли близко к радиусу сферы Хилла Марса и были захвачены планетой, или же они образовались одновременно с солнечной системой. Больше доказательств поддерживает первую теорию, потому что Марс находится близко к поясу астероидов.
Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун имеют большие радиусы сфер Хилла, потому что они значительно больше Земли, Марса, Меркурия и Венеры и находятся дальше от Солнца. Их гравитационное притяжение может привлекать и удерживать больше естественных спутников, таких как луны, на орбите. Например, у Юпитера 95 лун, а у Сатурна 146.
Луны, образующиеся вместе с солнечной системой
Другая теория предполагает, что некоторые луны образовались одновременно с их солнечной системой.
Солнечные системы начинаются с большого диска газа, вращающегося вокруг солнца. По мере того как газ вращается вокруг солнца, он конденсируется в планеты и луны, которые вращаются вокруг них. Планеты и луны затем все вращаются в одном направлении.
Эта анимация показывает, как образовались планеты в нашей солнечной системе. Темные кольца в диске представляют собой образование планет и лун. В конечном итоге газ конденсируется в планеты, естественные спутники и астероиды.
Но только несколько лун в нашей солнечной системе, вероятно, появились таким образом. Ученые предполагают, что внутренние луны Юпитера и Сатурна образовались во время появления нашей солнечной системы, потому что они очень старые. Остальные луны в нашей солнечной системе, включая внешние луны Юпитера и Сатурна, вероятно, были захвачены гравитацией их планет.
Луна Земли уникальна, потому что она, вероятно, образовалась другим способом. Ученые считают, что давным-давно крупный объект размером с Марс столкнулся с Землей. Во время этого столкновения большой кусок откололся от Земли и вышел на ее орбиту, став Луной.
Эта анимация NASA показывает симуляцию того, как образовалась наша Луна во время столкновения.
Ученые предполагают, что Луна образовалась таким образом, потому что они нашли тип породы, называемой базальтом, в грунте на поверхности Луны. Базальт Луны выглядит так же, как базальт, найденный внутри Земли.
В конечном счете, вопрос о том, почему у одних планет есть луны, а у других нет, до сих пор широко обсуждается, но такие факторы, как размер планеты, гравитационное притяжение, радиус сферы Хилла и процесс формирования солнечной системы, могут играть роль.