Wie viele „Monde“ kann die Erde höchstens haben?

Die Erde ist der einzige Himmelskörper im bekannten Universum, auf dem es Leben gibt, und der Mond ist der einzige natürliche Satellit der Erde.

Den Beobachtungen der Astronomen zufolge hat die Erde einen natürlichen Satelliten, der Mars zwei, Merkur und Venus keinen, während einige andere Riesenplaneten im Sonnensystem, wie etwa Jupiter und Saturn, Dutzende von natürlichen Satelliten haben.

Überlegen Sie einmal: Wie viele „Monde“ kann die Erde höchstens haben?

Mit anderen Worten: Wie viele natürliche Satelliten von der Größe des „Mondes“ kann ein Planet wie die Erde höchstens haben?

Als Antwort auf die obige Frage lieferte eine neue Studie von drei Physikern die Antwort: 3-7.

Die genaue Zahl hängt von der Masse des natürlichen Satelliten ab.

Abbildung | Schematische Darstellung von drei Satelliten mit der Masse des Mondes, die die Erde umkreisen. Die Größen von Planeten und Monden werden maßstabsgetreu berechnet und Monde werden innerhalb von Stabilitätsgrenzen begrenzt.

Das zugehörige Forschungspapier mit dem Titel „Moon-packing around an Earth-mass planet“ wurde auf der Preprint-Website arXiv veröffentlicht. Suman Satyal, außerordentlicher Assistenzprofessor an der University of Texas in Arlington (UTA), ist der Erstautor des Artikels.

„Die meisten Planeten im Sonnensystem haben mehrere Monde“, sagte Satyal. Bemerkenswerterweise besitzen Riesenplaneten wie Jupiter und Saturn rund 80 Monde. Unter den Gesteinsplaneten hingegen hat der Mars zwei Monde und die Erde einen. Diese Unterschiede könnten mit unterschiedlichen Entstehungsmechanismen und Bahnentwicklungsprozessen zusammenhängen.

In dieser Arbeit verwendete das Forschungsteam eine Reihe von N-Körper-Simulationen (ungefähre Teilchenbewegung), um zu quantifizieren, wie viele Satelliten die Erde oder ein Exoplanet vergleichbarer Masse in ihrer Umlaufbahn haben könnte.

Das Forschungsteam legte die N-Körper-Simulation mehrerer Satelliten zwischen den inneren (Roche-Radius) und äußeren (Hill-Radius) Stabilitätsgrenzen des Orbitalkörpers fest.

Theoretisch wird ein Satellit, der innerhalb des Roche-Radius kreist, durch die Gezeitenkräfte des Mutterplaneten auseinandergerissen. Wenn es außerhalb des Hill-Radius kreist, entgeht es dem Gravitationsfeld des Wirtsplaneten.

„Numerische Studien haben jedoch gezeigt, dass die tatsächliche Stabilitätsgrenze innerhalb des zweifachen Roche-Radius liegt, was etwa der Hälfte des Hill-Radius entspricht“, sagte Satyal. „Wir begannen daher, mehrere Satelliten (bis zu neun) zwischen diesen reduzierten Grenzen zu simulieren und überprüften, wie viele von ihnen bis zum Ende der Simulationszeit ‚überleben‘ würden.“

Foto: Suman Satyal, Marialis Rosario-Franco und Billy Quarles.

Das Forschungsteam verwendete einen Satelliten mit der gleichen Masse wie Ceres, Pluto und der Mond als Prototypmasse, um die Einschränkungen der Orbitalstabilität zu berechnen. Sie fanden heraus, dass drei Monde mit der Masse des Mondes, vier Monde mit der Masse des Pluto und sieben Monde mit der Masse von Ceres einen Exoplaneten mit der Masse der Erde umkreisen könnten.

„Unser Modell ignoriert die Gravitationseffekte aller anderen Planeten in unserem Sonnensystem“, sagte Billy Quarles, Assistenzprofessor für Astronomie und Physik an der Valdosta State University und einer der Autoren des Artikels. Dies ist wichtig, wenn man über unser Sonnensystem hinausblickt, da es viele Systeme mit nur einem Kandidatenplaneten gibt. Derzeit gibt es zwei Exomond-Kandidaten, aber beide umkreisen jupiterähnliche Planeten in einer Entfernung von einer Astronomischen Einheit (etwa 150 Millionen Kilometer oder 93 Millionen Meilen).

Obwohl es etwa 5.000 bekannte Exoplaneten gibt, die möglicherweise Dutzende von Exomonden beherbergen könnten, wurden bisher keine bestätigten Exomonde entdeckt. Satyal glaubt, dass es bei dieser unentdeckten Beobachtung noch weitere Einschränkungen und Beschränkungen gibt.

Satyal glaubt, dass ihre Ergebnisse wichtige Auswirkungen auf zukünftige kosmische Beobachtungen haben, „weil sie die Präsenz erdähnlicher Satelliten in ihren jeweiligen bewohnbaren Zonen einschränken.“

Da Teleskope, wie beispielsweise das kürzlich gestartete James Webb Space Telescope (JWST), immer empfindlicher werden, können wir möglicherweise die Transitmethode (Messung der Tiefe des Sternenlichts) anwenden, um Exomonde zu erkennen. Da Gesteinsplaneten wie die Erde möglicherweise mehr als einen Mond haben könnten, erhöht dies die Wahrscheinlichkeit ihrer Entdeckung.

Da die Suche nach Exoplaneten um erdähnliche Planeten weitergeht, könnte diese Forschung den Wissenschaftlern zudem eine Obergrenze für die Vorhersage der Anzahl der Satelliten eines Planeten liefern.

Darüber hinaus könnte diese Forschung kulturelle Auswirkungen auf die Darstellung von Exoplaneten in Science-Fiction-Filmen und anderen Medien haben.

„Als wir unsere Untersuchung durchführten, sah ich Stargate und bemerkte, dass der Exoplanet in unserer Galaxie, zu dem das Team reiste, drei Monde hatte.“ „Viele Filme haben die Möglichkeit von Exoplaneten veranschaulicht, wie zum Beispiel Pandora in Avatar und der Waldmond Endor in Star Wars. „Unsere Forschung kann dazu beitragen, dass zukünftige Arbeiten astronomisch genauer werden“, sagte Quarles.

Referenzlinks:

https://arxiv.org/abs/2208.03604