Hvor er jordens undermåne?

"Kan måner have måner?"

Dette enkle spørgsmål – stillet af den fireårige søn af Carnegies Juna Kollmeier – startede det hele. Ikke længe efter denne første sengetidsforespørgsel, Kollmeier koordinerede et program på Kavli Instituttet for Teoretisk Fysik (KITP) på Mælkevejen, mens hendes engangsklassekammerat Sean Raymond fra Université de Bordeaux deltog i et parallelt KITP-program om dynamikken i jordlignende planeter. Efter at have diskuteret dette meget enkle spørgsmål på et seminar, de to gik sammen om at løse det. Deres resultater er grundlaget for et papir offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Duoen startede en internetbrandstorm i slutningen af ​​sidste år, da de postede et udkast til deres artikel, der undersøgte muligheden for måner, der kredser om andre måner på en preprint-server til fysik- og astronomimanuskripter.

Online-samtalen var besat af det bedste udtryk til at beskrive sådanne fænomener med muligheder som måner og minimåner, der blev kastet ind i blandingen. Men nomenklatur var ikke meningen med Kollmeier og Raymonds undersøgelse (selvom de har en præference for undermåner). Hellere, de satte sig for at definere de fysiske parametre for måner, der ville være i stand til at blive stabilt kredset af andre, mindre måner.

"Planeter kredser om stjerner og måner kredser om planeter, så det var naturligt at spørge, om mindre måner kunne kredse om større, " forklarede Raymond.

Deres beregninger viser, at kun store måner på brede baner fra deres værtsplaneter kunne være vært for undermåner. Tidevandskræfter fra både planeten og månen virker for at destabilisere kredsløbene for undermåner, der kredser om mindre måner eller måner, der er tættere på deres værtsplanet.

De fandt ud af, at fire måner i vores eget solsystem teoretisk set er i stand til at være vært for deres egne satellitundermåner. Jupiters måne Callisto, Saturns måner Titan og Iapetus, og Jordens egen måne passer alle til en satellit, der kunne være vært for sin egen satellit, selvom ingen er blevet fundet indtil videre. Imidlertid, de tilføjer, at yderligere beregninger er nødvendige for at adressere mulige kilder til ustabilitet under månen, såsom den uensartede koncentration af masse i vores månes skorpe.

"Manglen på kendte undermåner i vores solsystem, selv kredser omkring måner, der teoretisk kunne understøtte sådanne objekter, kan give os ledetråde om, hvordan vores egne og naboplaneter blev dannet, som der stadig er mange udestående spørgsmål om, " forklarede Kollmeier.

Månerne, der kredser om Saturn og Jupiter, menes at være født fra den skive af gas og støv, der omkranser gasgigantiske planeter i de senere stadier af deres dannelse. Vores egen måne, på den anden side, menes at være opstået i kølvandet på et gigantisk sammenstød mellem den unge Jord og en krop på størrelse med Mars. Manglen på stabile undermåner kunne hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå de forskellige kræfter, der formede de satellitter, vi ser.

Kollmeier tilføjede:"og, selvfølgelig, dette kunne informere om igangværende bestræbelser på at forstå, hvordan planetsystemer udvikler sig andre steder, og hvordan vores eget solsystem passer ind i de tusindvis af andre, der er opdaget af planetjagtmissioner."

For eksempel, den nyligt opdagede mulige eksomåne, der kredser om Kepler 1625b på størrelse med Jupiter, er den rigtige masse og afstand fra værten til at understøtte en undermåne, Kollmeier og Raymond fandt. Selvom, den udledte hældning af dens bane kan gøre det vanskeligt for et sådant objekt at forblive stabilt. Imidlertid, at opdage en undermåne omkring en eksomåne ville være meget vanskelig.

I betragtning af spændingen omkring søgninger efter potentielt beboelige exoplaneter, Kollmeier og Raymond beregnede, at det bedste scenario for liv på store undermåner er omkring massive stjerner. Selvom det er meget almindeligt, små røde dværgstjerner er så svage og deres beboelige zoner så tæt på, at tidevandskræfter er meget stærke og undermåner (og ofte endda måner selv) er ustabile.

Endelig, forfatterne påpeger, at en kunstig undermåne kan være stabil og derved tjene som tidskapsel eller forpost. På et stabilt kredsløb om Månen – såsom den for NASAs foreslåede Lunar Gateway – ville en undermåne holde menneskehedens skatte sikre for eftertiden længe efter, at Jorden blev uegnet til liv. Kollmeier og Raymond er enige om, at der er meget mere arbejde at gøre (og sjovt at få) for at forstå undermåner (eller manglen på samme) som en stenet optegnelse over planet-månesystemernes historie.