¿Puede existir un satélite natural en una órbita geoestacionaria?

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Mientras navegaba por Physics SE, noté una pregunta sobre los satélites en órbita geoestacionaria (no relacionada con la que estoy preguntando aquí), y por un momento lo interpreté como una referencia a los satélites naturales (por ejemplo, una luna). Entonces me pregunté: ¿podría existir un satélite natural en órbita geoestacionaria?

Luego me detuve y pensé. Para grandes gigantes gaseosos, como Júpiter, tener lunas demasiado cerca del planeta puede ser fatal (para la luna). Si se aventura dentro del límite de Roche del planeta, es un brindis. Pero hay buenas noticias: el límite de Roche depende tanto de las masas como de las densidades del cuerpo primario y del satélite. Entonces, tal vez esta razón no sea aplicable, ya que un satélite natural de alta masa podría sobrevivir. Entonces la pregunta cambia:

¿Podría un satélite natural de alta densidad y alta masa ocupar la órbita geoestacionaria sobre su cuerpo primario?

orbit natural-satellites HDE 226868
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Me pregunto si hay pocas imprecisiones en la pregunta. Los límites de cucarachas no dependen tanto de la densidad como de la masa de los cuerpos en cuestión. Más bien, depende de la densidad / masa de ambos cuerpos y el radio de un cuerpo. Ver en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation
sampathsris el
Otra cosa es que, para que un satélite esté a salvo de las fuerzas de marea, no tiene que ser de baja masa y baja densidad. Más bien, el satélite tiene que ser de gran masa y alta densidad . Los satélites más grandes (por lo tanto, más pesados) como el Charon de Plutón tenderán a quedarse. porque el límite de Roche es más bajo para satélites más pesados ​​/ densos.
sampathsris
Gracias, @Krumia No puedo creer que lo haya estropeado. Revisé las fórmulas un par de veces antes de publicarlo, pero debo haber mezclado el primario y el satélite.
HDE 226868
@ Krumia Ah, ahora sé lo que estaba pensando. Un satélite más masivo significa más fuerza gravitacional entre los dos, lo que significa que los dos estarían más juntos, posiblemente negando los efectos de tener un límite de Roche más pequeño. Podría deshacer mi edición.
HDE 226868

Respuestas:

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Por supuesto, un satélite natural (luna) podría tener un período orbital igual al período de rotación de su anfitrión (siempre que dicha órbita fuera accesible). Sin embargo, la fricción de las mareas que puede generar un bloqueo de este tipo es bastante débil, por lo que esta sería una rara oportunidad. Además, las perturbaciones a la órbita desde otras lunas o su estrella anfitriona pueden sacar a la luna de dicha órbita.

Por otro lado, lo que es bastante común es que el período orbital de una luna es igual a su propio período de giro (en lugar del de su huésped). Este es exactamente el caso de la Luna de la Tierra (se puede decir que la Tierra está en una órbita "selenoestacionaria") y ocurre naturalmente por la interacción de las mareas del planeta con su luna.

Walter
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Sí. Charon está en órbita sincrónica de Plutón. Plutón y Caronte están mutuamente bloqueados.

HopDavid
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Interesante. No había considerado a Plutón y Charon. Ese es un muy buen ejemplo. Me gustaría señalar que este es un caso especial (es decir, Charon no siempre tendría que presentarle la misma cara a Plutón).
HDE 226868
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Se requeriría una trayectoria muy precisa para que un asteroide termine en órbita geoestacionaria . No sucede por casualidad. Las compañías proveedoras de vuelos espaciales tienen que hacer un esfuerzo real para poner los satélites de comunicación de sus clientes allí. Y la geoestacionaria no es un tipo de órbita muy estable. La gravedad variable de la Luna extrae los satélites de sus órbitas geoestacionarias a medida que los satélites se acercan y alejan de ella diariamente a medida que la Tierra gira. GEO es aproximadamente una décima parte de la distancia a la Luna. Los satélites necesitan sus pequeños motores de cohetes para realizar maniobras recurrentes de mantenimiento de estaciones para permanecer allí. La Tierra no tiene un satélite natural duradero en ninguna órbita, excepto la Luna.

LocalFluff
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Esto no responde la pregunta. El OP no preguntó si sería fácil o no, pero si sería posible. No veo ninguna razón por la cual un planeta no pueda tener una luna en una órbita estacionaria (no quiero usar el término GEO estacionario, ya que esto se refiere solo a la Tierra). En realidad, la luna de Plutón, Caronte, está en una órbita sincrónica alrededor de Plutón (están mutuamente bloqueados por la marea ). ¡Una órbita estacionaria no estaría demasiado lejos! Más aún, las perturbaciones que mencionas en los satélites geográficos podrían o no afectar a una luna masiva
Etienne Pellegrini
@ Etienne Pellegrini Si están bloqueados por marea, tienen una relación estacionaria. La Tierra no se mueve a través del cielo como se ve desde la Luna. Y un satélite no puede permanecer para siempre en una órbita estacionaria. El Sol, la excentricidad de la órbita del satélite, las fuerzas de marea cambiarán su órbita con el tiempo.
LocalFluff
Bueno, estoy de acuerdo, la órbita cambiaría con el tiempo. Pero los cambios pueden ser lo suficientemente lentos como para que pueda considerar la órbita estacionaria durante un rango de tiempo (que puede ser bastante largo, la órbita de la Luna alrededor de la Tierra no varía tan rápido ...). Decir que una órbita estacionaria no es posible debido a las perturbaciones es como decir que una órbita circular nunca es posible. Supongo que todo depende de la escala de tiempo considerada
Etienne Pellegrini
Desafortunadamente, estaría de acuerdo con @EtiennePellegrini en que esto no responde a mi pregunta, aunque es algo para pensar. Por ejemplo, podría ser posible, en el futuro, mover un asteroide pequeño (léase: muy pequeño) a una órbita geoestacionaria (vea su pregunta interesante astronomy.stackexchange.com/questions/6182/… ).
HDE 226868
Estaba pensando en los satélites naturales capturados por la Tierra. Tu pregunta es más amplia. No sé mucho al respecto. Es un buen punto de HopDavid aquí que los planetas dobles como Plutón-Charon tienden a obtener órbitas sincrónicas. Las fuerzas de marea ayudan a sincronizar la rotación del planeta y la luna, no solo la órbita en sí misma.
LocalFluff
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Charon y Plutón son malos ejemplos. Tienen una masa comparable: Plutón solo 9 veces más pesado que Charon (la Tierra es 81 veces más masiva que la Luna), por lo que el centro de masa en ese sistema se encuentra fuera del cuerpo principal (a unos 1000 km de la superficie de Plutón).

El principal problema para los satélites es el límite de Roche. Para el sistema Eath-Moon, el radio de Roche es de aproximadamente 15500 km de centro a centro (7400 km de superficie a superficie). La órbita geoestacionaria para la Tierra es 42 164 del centro de la Tierra o 35 786 de la superficie del geoide (nivel del mar). Funciona solo en la llanura ecuatorial (la Luna está inclinada 18,3-28,6 hacia el ecuador terrestre). Entonces, un planeta del tamaño de la Tierra puede tener un satélite del tamaño de la Luna en órbita geoestacionaria. En el pasado distante nuestra Luna estaba mucho más cerca, posiblemente unos 50 000 km (aproximadamente 60 000 de centro a centro).

Максим Трофимов
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La órbita geoestacionaria requiere: * Una distancia precisa entre los cuerpos, dando un período orbital de un día. * Una órbita ecuatorial, de modo que el satélite esté siempre por encima de la misma latitud (si no, se llama órbita geosíncrona) * Una órbita circular.

Simplemente obtener uno de estos parámetros exactamente por casualidad es extremadamente improbable. Si encontramos un satélite en el que los tres estén enfocados, probablemente tendremos que comenzar a considerar la posibilidad de que alguna civilización alienígena lo haya puesto allí.

John Liungman
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Caronte y Plutón están bloqueados por la marea, como lo está la luna en la tierra. entonces se podría decir que la Tierra está en una órbita geoestacionaria con la luna. de hecho, la rotación de la tierra ha sido y seguirá siendo ralentizada por la luna hasta que la luna esté en una órbita geoestacionaria con la tierra.

Stanley Dodds
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el bloqueo de mareas no es lo mismo que estar en GEO. En GEO, la luna siempre estaría en el mismo punto del cielo, que no es así.
Jwenting 03 de
Sin embargo, en el caso de Plutón y Caronte, están mutuamente bloqueados, por lo que Caronte permanece en un punto fijo sobre Plutón, y Plutón está en un punto fijo sobre Caronte. Esta posición ha surgido porque los dos objetos tienen tamaños similares.
James K