"Могут ли луны быть лунами?"
Этот простой вопрос, заданный четырехлетним сыном Джуны Коллмайер из Карнеги, положил начало всему. Вскоре после этого первоначального вопроса перед сном Коллмайер координировала программу в Институте теоретической физики им. Земноподобные планеты. Обсудив этот очень простой вопрос на семинаре, они объединили усилия для его решения. Их выводы легли в основу статьи, опубликованной в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
Дуэт спровоцировал бурю в Интернете в конце прошлого года, когда они разместили черновик своей статьи, исследующей возможность существования лун, вращающихся вокруг других лун, на сервере препринтов для рукописей по физике и астрономии.
Онлайн-разговор был одержим лучшим термином для описания таких явлений с добавлением таких вариантов, как лунные луны и мини-луны. Но номенклатура не была целью исследования Коллмейера и Раймонда (хотя они отдают предпочтение сублунам). Скорее, они намеревались определить физические параметры спутников, вокруг которых могли бы устойчиво вращаться другие, более мелкие спутники.
«Планеты вращаются вокруг звезд, а луны вокруг планет, поэтому было естественно спросить, могут ли меньшие луны вращаться вокруг более крупных», - объяснил Рэймонд.
Их расчеты показывают, что только большие луны на широких орбитах от их планет-хозяев могут принимать сублуны. Приливные силы как планеты, так и Луны дестабилизируют орбиты подлуний, вращающихся вокруг меньших лун или лун, которые находятся ближе к своей планете-хозяину.
Они обнаружили, что четыре луны в нашей собственной Солнечной системе теоретически способны разместить свои собственные спутники-сублуны. Спутник Юпитера Каллисто, спутники Сатурна Титан и Япет, а также собственная Луна Земли - все они соответствуют требованиям спутника, на котором мог бы разместиться собственный спутник, хотя до сих пор ни один из них не был найден. Однако они добавляют, что необходимы дальнейшие расчеты для устранения возможных источников сублунной нестабильности, таких как неравномерная концентрация массы в коре нашей Луны..
"Отсутствие известных подлуний в нашей Солнечной системе, даже вращающихся вокруг лун, которые теоретически могли бы поддерживать такие объекты, может дать нам ключ к пониманию того, как формировались наши собственные и соседние планеты, относительно которых до сих пор остается много нерешенных вопросов", Коллмайер объяснил.
Считается, что спутники, вращающиеся вокруг Сатурна и Юпитера, образовались из газопылевого диска, окружающего газовые планеты-гиганты на более поздних стадиях их формирования. С другой стороны, считается, что наша собственная Луна возникла в результате гигантского столкновения между молодой Землей и телом размером с Марс. Отсутствие стабильных сублуний может помочь ученым лучше понять различные силы, формирующие спутники, которые мы видим.
Коллмейер добавил: «и, конечно же, это могло бы дать информацию о продолжающихся усилиях по пониманию того, как планетарные системы развиваются в других местах и как наша собственная Солнечная система вписывается в тысячи других, обнаруженных миссиями по поиску планет».
Например, недавно обнаруженная возможная экзолуна, вращающаяся вокруг Kepler 1625b размером с Юпитер, имеет правильную массу и расстояние от своего хозяина, чтобы поддерживать сублуну, обнаружили Коллмейер и Раймонд. Хотя предполагаемый наклон его орбиты может затруднить сохранение устойчивости такого объекта. Однако обнаружить сублуну вокруг экзолуны будет очень сложно.
Учитывая волнение, связанное с поиском потенциально пригодных для жизни экзопланет, Коллмейер и Раймонд подсчитали, что наилучший сценарий для жизни на больших сублунах - вокруг массивных звезд. Хотя маленькие красные карлики чрезвычайно распространены, они настолько тусклые, а их обитаемые зоны настолько близки, что приливные силы очень сильны, а сублуны (и часто даже сами луны) нестабильны.
Наконец, авторы отмечают, что искусственная сублуна может быть стабильной и, таким образом, служить капсулой времени или аванпостом. На стабильной орбите вокруг Луны - такой, как предложенная NASA Lunar Gateway - сублуна будет хранить сокровища человечества в безопасности для потомков еще долго после того, как Земля станет непригодной для жизни. Коллмейер и Раймонд согласны с тем, что предстоит проделать гораздо больше работы (и получить удовольствие), чтобы понять сублуны (или их отсутствие) как каменную летопись истории систем планета-луна.
Шон Рэймонд ведет научный блог (planetplanet.net), где можно найти больше подробностей и иллюстраций (включая стихотворение, которое он написал к статье).