Kann ein natürlicher Satellit in einer geostationären Umlaufbahn existieren?

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Beim Durchsuchen von Physics SE ist mir eine Frage zu Satelliten in der geostationären Umlaufbahn aufgefallen (unabhängig von der Frage, die ich hier stelle), und ich habe sie für einen Moment als Hinweis auf natürliche Satelliten (z. B. einen Mond) interpretiert . Also fragte ich mich: Könnte es einen natürlichen Satelliten in der geostationären Umlaufbahn geben?

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

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

orbit natural-satellites

— HDE 226868
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Ich frage mich, ob die Frage nur wenige Ungenauigkeiten enthält. Roach Grenzen hängen nicht sowohl auf der Dichte und Masse des Körpers in Sorge. Sie hängt vielmehr von der Dichte / Masse beider Körper und dem Radius eines Körpers ab. Siehe en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation

— sampathsris

Eine andere Sache ist, dass ein Satellit, um vor Gezeitenkräften sicher zu sein, nicht massearm und dicht sein muss. Vielmehr muss der Satellit eine hohe Masse und Dichte aufweisen . Größere (und damit schwerere) Satelliten wie Plutos Charon werden eher bleiben. weil die Roche-Grenze für schwerere / dichtere Satelliten niedriger ist.

— Sampathsris

Danke, @Krumia Ich kann nicht glauben, dass ich das durcheinander gebracht habe. Ich habe die Formeln ein paar Mal überprüft, bevor ich sie gepostet habe, aber ich muss die Primär- und Satellitenformeln vertauscht haben.

— HDE 226868

@Krumia Ah, jetzt weiß ich, was ich gedacht habe. Ein massiverer Satellit bedeutet eine größere Schwerkraft zwischen den beiden, was bedeutet, dass die beiden näher beieinander liegen und möglicherweise die Auswirkungen einer geringeren Roche-Grenze zunichte machen. Ich kann meine Bearbeitung wieder rückgängig machen.

— HDE 226868

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Natürlich könnte ein natürlicher Satellit (Mond) eine Umlaufzeit haben, die der Spinperiode seines Wirts entspricht (vorausgesetzt, eine solche Umlaufbahn wäre zugänglich). Die Gezeitenreibung, die zu einer solchen Blockierung führen kann, ist jedoch recht schwach, sodass dies eine seltene Chance sein müsste. Darüber hinaus können Störungen der Umlaufbahn anderer Monde oder ihres Wirtssterns den Mond aus einer solchen Umlaufbahn entfernen.

Auf der anderen Seite ist es eher üblich, dass die Umlaufzeit eines Mondes gleich der eigenen (und nicht der des Wirts) ist. Dies ist genau der Fall für den Erdmond (Sie können sagen, dass sich die Erde auf einer "selenostationären" Umlaufbahn befindet) und erfolgt auf natürliche Weise durch die Gezeitenwechselwirkung des Planeten mit seinem Mond.

— Walter
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Ja. Charon befindet sich in der synchronen Umlaufbahn von Pluto. Pluto und Charon schließen sich gegenseitig aus.

— HopDavid
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Interessant. Ich hatte nicht an Pluto und Charon gedacht. Das ist ein ziemlich gutes Beispiel. Ich würde bemerken, dass dies ein Sonderfall ist (dh Charon müsste Pluto nicht immer dasselbe Gesicht zeigen).

— HDE 226868

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Es würde eine sehr genaue Flugbahn erfordern, damit ein Asteroid in eine geostationäre Umlaufbahn gelangt . Das kommt nicht von ungefähr. Raumfahrtunternehmen müssen sich wirklich anstrengen, um die Kommunikationssatelliten ihrer Kunden dort zu platzieren. Und geostationär ist keine sehr stabile Umlaufbahn. Die unterschiedliche Schwerkraft des Mondes zieht Satelliten aus ihren geostationären Umlaufbahnen, während sich die Satelliten mit der Erdrotation täglich näher und weiter davon entfernen. GEO ist ungefähr ein Zehntel der Entfernung zum Mond. Satelliten benötigen , um ihre kleine Raketenmotoren wiederkehrender zu tun Stationshaltemanöver , um dort zu bleiben. Die Erde hat in keiner Umlaufbahn einen dauerhaften natürlichen Satelliten außer dem Mond.

— LocalFluff
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Dies beantwortet die Frage nicht. Das OP fragte nicht, ob es einfach wäre oder nicht, aber ob es möglich wäre. Ich kann keinen Grund erkennen, warum ein Planet keinen Mond in einer stationären Umlaufbahn haben kann (ich möchte den Begriff GEOstationary nicht verwenden, da er sich nur auf die Erde bezieht). Tatsächlich befindet sich Plutos Mond Charon in einer synchronen Umlaufbahn um Pluto (sie sind gegenseitig geschlossen ). Eine stationäre Umlaufbahn wäre nicht zu weit weg! Außerdem könnten die Störungen, die Sie auf Geo-Sats erwähnen, einen massiven Mond beeinflussen oder nicht

— Etienne Pellegrini

@Etienne Pellegrini Wenn sie geordnet sind, haben sie eine feste Beziehung. Die Erde bewegt sich vom Mond aus gesehen nicht über den Himmel. Und ein Satellit kann nicht für immer in einer stationären Umlaufbahn bleiben. Die Sonne, die Exzentrizität der Umlaufbahn des Satelliten und die Gezeitenkräfte verändern ihre Umlaufbahn im Laufe der Zeit.

— LocalFluff

Nun, ich stimme zu, die Umlaufbahn würde sich mit der Zeit ändern. Die Änderungen können jedoch langsam genug sein, so dass Sie davon ausgehen können, dass die Umlaufbahn für eine gewisse Zeitspanne stationär ist (die Umlaufbahn des Mondes um die Erde ändert sich möglicherweise nicht so schnell ...). Zu sagen, dass eine stationäre Umlaufbahn aufgrund der Störungen nicht möglich ist, ist wie zu sagen, dass eine kreisförmige Umlaufbahn niemals möglich ist. Ich denke, es hängt alles von der Zeitskala ab

— Etienne Pellegrini

Leider stimme ich @EtiennePellegrini zu, dass dies meine Frage nicht beantwortet, obwohl es ein Denkanstoß ist. Zum Beispiel könnte es in Zukunft möglich sein, einen kleinen (sprich: sehr kleinen) Asteroiden in eine geostationäre Umlaufbahn zu bewegen (siehe Ihre interessante Frage astronomy.stackexchange.com/questions/6182/… ).

— HDE 226868

Ich dachte an natürliche Satelliten, die von der Erde eingefangen wurden. Ihre Frage ist weiter gefasst. Ich weiß nicht viel darüber. Es ist ein guter Punkt von HopDavid, dass Doppelplaneten wie Pluto-Charon dazu neigen, synchrone Bahnen zu erreichen. Gezeitenkräfte helfen dabei, die Rotation des Planeten und des Mondes zu synchronisieren, nicht nur die Umlaufbahn an sich.

— LocalFluff

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

Hauptproblem für Satelliten ist die Roche-Grenze. Für das Eath-Moon-System beträgt der Radius von Roche etwa 15500 km von Zentrum zu Zentrum (7400 km von Oberfläche zu Oberfläche). Die geostationäre Umlaufbahn der Erde ist 42 164 vom Erdzentrum oder 35 786 von der Geoidoberfläche (Meeresspiegel) entfernt. Es funktioniert nur in der Äquatorebene (Mond ist 18,3-28,6 zum Erdäquator geneigt). Auf einem erdgroßen Planeten kann sich also ein mondgroßer Satellit in einer geostationären Umlaufbahn befinden. In ferner Vergangenheit war unser Mond viel näher - möglicherweise ungefähr 50.000 km (ungefähr 60.000 von Zentrum zu Zentrum).

— Максим Трофимов
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Die geostationäre Umlaufbahn erfordert: * Einen genauen Abstand zwischen den Körpern, der eine eintägige Umlaufzeit ergibt. * Eine äquatoriale Umlaufbahn, so dass sich der Satellit immer über dem gleichen Breitengrad befindet (wenn nicht, wird er als geosynchrone Umlaufbahn bezeichnet). * Eine kreisförmige Umlaufbahn.

Nur zufällig einen dieser Parameter genau richtig zu machen, ist äußerst unwahrscheinlich. Wenn wir einen Satelliten finden würden, bei dem alle drei genau richtig sind, müssten wir wahrscheinlich die Möglichkeit in Betracht ziehen, dass er von einer fremden Zivilisation dorthin gebracht wurde.

— John Liungman
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Charon und Pluto sind wie der Mond zur Erde gezeitenverschlossen. Man könnte also sagen, dass sich die Erde in einer geostationären Umlaufbahn mit dem Mond befindet. Tatsächlich wurde und wird die Erdrotation vom Mond verlangsamt, bis sich der Mond in einer geostationären Umlaufbahn mit der Erde befindet.

— Stanley Dodds
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Gezeitenverriegelung ist nicht dasselbe wie in GEO. In GEO wäre der Mond immer an der gleichen Stelle am Himmel, was es nicht ist.

— Jwenting

Im Fall von Pluto und Charon sind sie jedoch gegenseitig verriegelt, sodass Charon an einem festen Punkt über Pluto und Pluto an einem festen Punkt über Charon verbleibt. Diese Position ist entstanden, weil die beiden Objekte ähnliche Größen haben.

— James K