Влияние нескольких лун на планету

Чтобы у планеты земной группы было несколько спутников, они должны быть либо очень маленькими, либо находиться на очень разных орбитальных расстояниях. И то, и другое относится к спутникам Марса Фобосу и Деймосу.

Концепция сферы Хилла дает ответ. Сфера Хилла астрономического тела — это область, в которой оно преобладает притяжением спутников. Сфера холма Земли имеет радиус 1,5 млн км. Однако долговременные стабильные спутниковые орбиты существуют только в пределах от 1/2 до 1/3 радиуса Хилла. Для Земли это ограничивает орбитальное расстояние стабильной луны от 500 000 до 750 000 км. На всякий случай проедем 500 000 км. Наша луна (Луна) вращается на высоте 362 000–405 000 км.

У каждой луны также есть сфера Хилла. Другая стабильная луна должна была бы находиться за пределами досягаемости этого. На Луне есть сфера холмов радиусом около 60 000 км. Следовательно, возможно иметь несколько лун размером с Луну на орбитах, расположенных на расстоянии не менее 60 000 км друг от друга. Из-за приливных эффектов и других искажений, таких как давление солнечного ветра, 100 000 км, вероятно, являются более реалистичной цифрой, и даже в этом случае орбиты вряд ли будут стабильными в течение жизни планеты, но могут быть стабильными в течение миллионов лет. Следовательно, возможно иметь одну луну вне орбиты Луны и до трех внутри. С немного другой конфигурацией у нас может быть до 6 лун на резонансных орбитах, как показано ниже.

Следовательно, для планеты размером с Землю (едва ли) возможно иметь до 5 лун размером с Луну на несколько стабильных орбитах. Наиболее вероятные решения поместили бы луны в орбитальный резонанс, как спутники Юпитера Ганимед, Европа и Ио, с резонансом 1:2:4.

Положим самую внутреннюю луну на 120 000 км. Следующая луна в резонансе 2:1 тогда будет вращаться на высоте 190 000 км. Вполне возможно, что следующая луна будет находиться в резонансе 3:2 с этой (и 3:1 с самой внутренней луной) на расстоянии 250 000 км. Давайте сделаем эту луну немного меньше, на всякий случай. Резонанс 4:1 с самой внутренней луной невозможен, так как это поместит луну слишком близко к своему внутреннему соседу. возможно 9:2; резонанс 3:2 с третьей луной. Это помещает четвертую луну в ок. 330 000 км. Следующая луна может находиться в резонансе 6:1 с самой внутренней на расстоянии 400 000 км. Шестая луна в масштабе 9:1 вполне возможна на расстоянии 520 000 км. Тогда самая внутренняя луна будет иметь орбиту ок. 12,5 дней, а остальные - за 25, 37,5, 56,25, 75 и 112,5 дней.

Однако это была бы очень экстремальная ситуация, и вы просите только три или четыре луны. Давайте возьмем 4 луны и поместим их в орбитальные резонансы 1:1, 2:1, 4:1 и 8:1 — каждая луна имеет вдвое больший период обращения, чем находящаяся внутри. Снова помещая самое внутреннее в 120 000 км с периодом обращения 12,5 дней, мы получаем расстояния для других в 190 000, 300 000 и 480 000 км с периодами обращения 25, 50 и 100 дней.

Мы предполагаем, что все они вращаются в одной плоскости и по почти круговым орбитам. Приливы будут намного сильнее, чем на Земле. самая внутренняя луна будет оказывать почти на 80% больше приливной силы, чем Луна на Земле, вторая - на 40% больше, третья - на 30% больше, а самая внешняя - на 10% меньше. Когда все луны выровняются, их совокупная суммарная сила будет в 5,4 раза больше, чем у Луны на Земле, что действительно очень мощно приливах. На самом деле это происходит каждые 100 дней из-за орбитального резонанса! Землетрясения, вероятно, более вероятны, когда это происходит. К этому можно добавить солнечные приливы, на которые на Земле приходится треть всех приливных сил. Когда четыре луны выровняются с солнцем, приливы будут очень высокими.