Naturalny satelita

Charon (po lewej) jest naturalnym satelitą Plutona (po prawej), krążącym wokół punktu

Animacja rewolucji Charona krążącego wokół Plutona jako naturalnego satelity

Naturalny satelita to w najczęstszym użyciu ciało astronomiczne krążące wokół planety , planety karłowatej lub małego ciała Układu Słonecznego (lub czasami innego naturalnego satelity). Naturalne satelity są często potocznie określane jako księżyce , wywodzące się od Księżyca Ziemi .

W Układzie Słonecznym istnieje sześć planetarnych systemów satelitarnych zawierających łącznie 226 znanych naturalnych satelitów. Siedem obiektów powszechnie uważanych za planety karłowate ma również naturalne satelity: Orcus , Pluton , Haumea , Quaoar , Makemake , Gonggong i Eris . Według stanu na listopad 2021 r. istnieją 442 inne mniejsze planety, o których wiadomo, że mają naturalne satelity .

Planeta ma zwykle co najmniej około 10 000 razy większą masę niż jakikolwiek naturalny satelita, który ją orbituje, i odpowiednio znacznie większą średnicę. Układ Ziemia -Księżyc jest wyjątkowym wyjątkiem w Układzie Słonecznym; przy 3474 kilometrach (2158 mil) średnicy Księżyc jest 0,273 razy większy od średnicy Ziemi i około 1 / 80 jego masy. Kolejnymi co do wielkości stosunkami są Neptun – Tryton o wartości 0,055 (o stosunku masy około 1 do 5000), Saturn – Tytan układ 0,044 (z drugim stosunkiem mas obok układu Ziemia-Księżyc, 1 do 4250), układ Jowisz – Ganimedes 0,038, a układ Uran – Tytania 0,031. W kategorii planet karłowatych Charon ma największy stosunek, wynoszący 0,52 średnicy i 12,2% masy Plutona .

Terminologia

Pierwszym znanym naturalnym satelitą był Księżyc , ale uważano go za „planetę” aż do wprowadzenia przez Kopernika De revolutionibus orbium coelestium w 1543 r. Aż do odkrycia satelitów Galileusza w 1610 r. nie było możliwości określania takich obiektów mianem klasy . Galileo zdecydował się nazywać swoje odkrycia Planetæ („planetami”), ale późniejsi odkrywcy wybrali inne terminy, aby odróżnić je od obiektów, wokół których krążyły. ^{[ potrzebne źródło ]}

Pierwszym, który użył terminu satelita do opisania orbitujących ciał, był niemiecki astronom Johannes Kepler w swojej broszurze Narratio de Observatis a se quatuor Iouis satellitibus erronibus („Opowieść o czterech zaobserwowanych satelitach Jowisza”) w 1610 r. Wyprowadził ten termin z łac . słowo satelity , oznaczające „strażnik”, „opiekun” lub „towarzysz”, ponieważ satelity towarzyszyły ich pierwotnej planecie w ich podróży przez niebiosa.

termin satelita stał się normalnym terminem odnoszącym się do obiektu krążącego wokół planety, ponieważ unikał dwuznaczności słowa „księżyc”. Jednak w 1957 r. wystrzelenie sztucznego obiektu Sputnik stworzyło zapotrzebowanie na nową terminologię . Terminy satelita stworzony przez człowieka i sztuczny księżyc zostały bardzo szybko porzucone na rzecz prostszego satelity , w wyniku czego termin ten został powiązany przede wszystkim ze sztucznymi obiektami latającymi w kosmosie. ^{[ potrzebne źródło ]}

Z powodu tej zmiany znaczenia termin księżyc , który nadal był używany w znaczeniu ogólnym w dziełach popularnonaukowych i fikcji, odzyskał szacunek i jest obecnie używany zamiennie z naturalnym satelitą , nawet w artykułach naukowych. Kiedy konieczne jest uniknięcie dwuznaczności związanej zarówno z naturalnym satelitą Ziemi, Księżycem i naturalnymi satelitami innych planet z jednej strony, jak i sztucznymi satelitami z drugiej strony, termin naturalny satelita (używając „naturalnego” w znaczeniu przeciwstawnym do „sztucznego”). Aby jeszcze bardziej uniknąć dwuznaczności, konwencja polega na zapisywaniu słowa Księżyc wielką literą w odniesieniu do naturalnego satelity Ziemi (rzeczownik właściwy ), ale nie w odniesieniu do innych naturalnych satelitów ( rzeczowniki pospolite ).

Wielu autorów definiuje „satelitę” lub „naturalnego satelitę” jako krążącego wokół jakiejś planety lub mniejszej planety, co jest synonimem „księżyca” - zgodnie z taką definicją wszystkie naturalne satelity są księżycami, ale Ziemia i inne planety nie są satelitami. Kilku ostatnich autorów definiuje „księżyc” jako „satelitę planety lub mniejszej planety”, a „planetę” jako „satelitę gwiazdy” - tacy autorzy uważają Ziemię za „naturalnego satelitę Słońca”.

Definicja księżyca

Porównanie wielkości Ziemi i Księżyca

Nie ma ustalonej dolnej granicy tego, co jest uważane za „księżyc”. Każde naturalne ciało niebieskie ze zidentyfikowaną orbitą wokół planety Układu Słonecznego , niektóre o średnicy zaledwie kilometra, zostało uznane za księżyc, chociaż obiekty o wielkości jednej dziesiątej mniejsze w pierścieniach Saturna, które nie zostały bezpośrednio zaobserwowane, zostały nazwane księżycówki . Małe księżyce asteroid (naturalne satelity asteroid), takie jak Dactyl , również nazywane są księżycami.

Górna granica jest również niejasna. Dwa orbitujące ciała są czasami opisywane jako podwójna planeta, a nie pierwotna i satelita. Asteroidy , takie jak 90 Antiope , są uważane za podwójne asteroidy, ale nie narzuciły jasnej definicji tego, co stanowi księżyc. Niektórzy autorzy uważają układ Plutona-Charona za planetę podwójną (karłowatą). Najpowszechniejsza ^{[ potrzebne źródło ]} linia podziału tego, co jest uważane za księżyc, opiera się na tym, czy środek ciężkości znajduje się poniżej powierzchni większego ciała, chociaż jest to nieco arbitralne, ponieważ zależy zarówno od odległości, jak i względnej masy.

Charakterystyka pochodzenia i orbity

, że naturalne satelity krążące stosunkowo blisko planety po prostopadłych , nienachylonych orbitach kołowych ( zwykłe satelity ) powstały z tego samego zapadającego się obszaru dysku protoplanetarnego , który utworzył jego pierwotną. W przeciwieństwie do tego, nieregularne satelity (zazwyczaj krążące po odległych, nachylonych , ekscentrycznych i/lub wstecznych orbitach) są uważane za przechwycone asteroidy prawdopodobnie dalej podzielone przez kolizje. Większość głównych naturalnych satelitów Układu Słonecznego ma regularne orbity, podczas gdy większość małych naturalnych satelitów ma orbity nieregularne. Księżyc i prawdopodobnie Charon są wyjątkami wśród dużych ciał, ponieważ uważa się, że powstały w wyniku zderzenia dwóch dużych obiektów protoplanetarnych (patrz hipoteza gigantycznego zderzenia ). Przewiduje się, że materiał, który zostałby umieszczony na orbicie wokół centralnego ciała, ponownie się nagromadził, tworząc jeden lub więcej orbitujących naturalnych satelitów. W przeciwieństwie do ciał wielkości planet, księżyce asteroid Uważa się, że powszechnie tworzą się w tym procesie. Triton to kolejny wyjątek; chociaż jest duża i porusza się po bliskiej, kołowej orbicie, jej ruch jest wsteczny i uważa się, że jest to przechwycona planeta karłowata .

Tymczasowe satelity

Przechwycenie asteroidy z orbity heliocentrycznej nie zawsze jest trwałe. Według symulacji, tymczasowe satelity powinny być zjawiskiem powszechnym. Jedyne zaobserwowane przykłady to 1991 VG , 2006 RH 120 , 2020 CD 3 .

2006 RH 120 był tymczasowym satelitą Ziemi przez dziewięć miesięcy w 2006 i 2007 roku.

Blokowanie pływów

Większość regularnych księżyców (naturalnych satelitów poruszających się po stosunkowo bliskich i postępowych orbitach z niewielkim nachyleniem orbity i ekscentrycznością) w Układzie Słonecznym jest zsynchronizowana pływowo z ich odpowiednimi pierwotnymi, co oznacza, że ta sama strona naturalnego satelity jest zawsze zwrócona w stronę swojej planety. Zjawisko to powstaje w wyniku utraty energii spowodowanej siłami pływowymi wytwarzanymi przez planetę, spowalniającymi obrót satelity, aż staje się on nieistotny. Jedynym znanym wyjątkiem jest naturalny satelita Saturna Hyperion , który obraca się chaotycznie z powodu grawitacyjnego wpływu Tytana .

W przeciwieństwie do tego, zewnętrzne naturalne satelity gigantycznych planet (satelity nieregularne) są zbyt daleko, aby mogły zostać zablokowane. Na przykład Himalia Jowisza , Phoebe Saturna i Nereida Neptuna mają okresy rotacji rzędu dziesięciu godzin, podczas gdy ich okresy orbitalne to setki dni.

Satelity satelitów

Artystyczna wizja proponowanych przez Rheę pierścieni

Obecnie nie są znane żadne „księżyce księżyców” ani podsatelity (naturalne satelity krążące wokół naturalnego satelity planety). W większości przypadków skutki pływowe planety spowodowałyby niestabilność takiego systemu.

Jednak obliczenia przeprowadzone po wykryciu w 2008 roku możliwego układu pierścieni wokół księżyca Saturna Rhea wskazują, że satelity krążące wokół Rhea mogą mieć stabilne orbity. Ponadto uważa się, że podejrzane pierścienie są wąskie, co jest zjawiskiem zwykle związanym z księżycami pasterskimi . Jednak ukierunkowane zdjęcia wykonane przez Cassini nie wykryły pierścieni wokół Rhea.

Zaproponowano również, że księżyc Saturna, Japetus , miał w przeszłości satelitę; jest to jedna z kilku hipotez wysuniętych w celu wyjaśnienia jego równikowego grzbietu .

Analiza krzywej blasku sugeruje, że nieregularny satelita Saturna Kiviuq jest wyjątkowo wydłużony i prawdopodobnie jest układem podwójnym kontaktowym lub nawet podwójnym księżycem.

Satelity trojańskie

Wiadomo, że dwa naturalne satelity mają małych towarzyszy w punktach Lagrange'a L ₄ i L ₅ , sześćdziesiąt stopni przed i za ciałem na swojej orbicie. Ci towarzysze nazywani są księżycami trojańskimi , ponieważ ich orbity są analogiczne do asteroid trojańskich Jowisza . Księżyce trojańskie to Telesto i Calypso , które są odpowiednio wiodącymi i następującymi towarzyszami księżyca Saturna, Tethys ; oraz Helena i Polideuces , wiodący i następni towarzysze księżyca Saturna Dione .

Satelity asteroid

Odkrycie naturalnego satelity 243 Ida Dactyl na początku lat 90. potwierdziło, że niektóre asteroidy mają naturalne satelity; rzeczywiście, 87 Sylvia ma dwa. Niektóre, takie jak 90 Antiope , to podwójne asteroidy z dwoma komponentami o porównywalnej wielkości.

Kształt

Względne masy naturalnych satelitów Układu Słonecznego . Mimas , Enceladus i Miranda są zbyt małe, aby mogły być widoczne w tej skali. Wszystkie naturalne satelity o nieregularnych kształtach, nawet zsumowane, byłyby zbyt małe, aby były widoczne.

Księżyc Neptuna Proteus jest największym naturalnym satelitą o nieregularnym kształcie; kształty księżyca Eris, Dysnomii i księżyca Orcus, Vanth , są nieznane. Wszystkie inne znane naturalne satelity, które są co najmniej wielkości Mirandy Urana, przekształciły się w zaokrąglone elipsoidy w równowadze hydrostatycznej , tj. . (Wiadomo, że gęstość Dysnomii jest na tyle duża, że prawdopodobnie jest to również solidna elipsoida). Większe naturalne satelity, zsynchronizowane pływowo, mają tendencję do owalnych (jajowatych) kształtów: przysadziste na biegunach i dłuższe osie równikowe w kierunku ich prawyborów (ich planet) niż w kierunku ich ruchu. Na przykład księżyc Saturna Mimas ma oś większą o 9% większą niż jego oś biegunowa io 5% większą niż jego druga oś równikowa. Methone , kolejny z księżyców Saturna, ma tylko około 3 km średnicy i wyraźnie przypomina jajo . Efekt jest mniejszy na największych naturalnych satelitach, gdzie ich własna grawitacja jest większa w stosunku do skutków zniekształceń pływowych, zwłaszcza tych, które krążą wokół mniej masywnych planet lub, jak w przypadku Księżyca, na większych odległościach.

Nazwa	Satelita z	Różnica w osiach
Nazwa	Satelita z	km	% średniej średnicy
Mimas	Saturn	33,4 (20,4 / 13,0)	8,4 (5,1 / 3,3)
Enceladus	Saturn	16.6	3.3
Mirando	Uran	14.2	3.0
Tetyda	Saturn	25,8	2.4
ja	Jowisz	29,4	0,8
Księżyc	Ziemia	4.3	0,1

Aktywność geologiczna

Spośród dwudziestu znanych naturalnych satelitów w Układzie Słonecznym, które są wystarczająco duże, aby można je było zaokrąglić grawitacyjnie, kilka pozostaje aktywnych geologicznie do dziś. Io jest najbardziej aktywnym wulkanicznie ciałem w Układzie Słonecznym, podczas gdy Europa , Enceladus , Tytan i Tryton wykazują dowody trwającej aktywności tektonicznej i kriowulkanizmu . W pierwszych trzech przypadkach aktywność geologiczna jest napędzana ogrzewaniem pływowym wynikającym z ekscentrycznych orbit blisko ich prawyborów-olbrzymów. (Mechanizm ten działałby również na Trytonie w przeszłości, zanim jego orbita została zakreślona .) Wiele innych naturalnych satelitów, takich jak Księżyc, Ganimedes , Tethys i Miranda, wykazuje dowody wcześniejszej aktywności geologicznej, wynikającej ze źródeł energii, takich jak rozpad ich pierwotnych radioizotopów , większe przeszłe mimośrody orbity (w niektórych przypadkach spowodowane przeszłymi rezonansami orbitalnymi ) lub zróżnicowanie lub zamrożenia ich wnętrz. Zarówno Enceladus, jak i Triton mają aktywne cechy przypominające gejzery , chociaż w przypadku Tritona wydaje się, że energię dostarcza ogrzewanie słoneczne. Tytan i Tryton mają znaczące atmosfery; Tytan ma również jeziora węglowodorowe . Również Io i Callisto mają atmosferę, nawet jeśli są bardzo cienkie. , że cztery z największych naturalnych satelitów, Europa, Ganimedes, Kallisto i Tytan, mają podpowierzchniowe oceany ciekłej wody, podczas gdy mniejszy Enceladus może mieć zlokalizowaną podpowierzchniową wodę w stanie ciekłym.

Występowanie w Układzie Słonecznym

Diagram Eulera przedstawiający rodzaje ciał w Układzie Słonecznym.

Oprócz planet i planet karłowatych obiekty w naszym Układzie Słonecznym, o których wiadomo, że mają naturalne satelity, to 76 obiektów w pasie asteroid (pięć po dwa w każdym), cztery trojany Jowisza , 39 obiektów bliskich Ziemi (dwa z dwoma satelitami w każdym) i 14 przelatujących przez Marsa . Znanych jest również 84 naturalnych satelitów obiektów transneptunowych . W pierścieniach Saturna zaobserwowano około 150 dodatkowych małych ciał , ale tylko kilka było śledzonych wystarczająco długo, aby ustanowić orbity. Planety wokół innych gwiazd prawdopodobnie również mają satelity i chociaż do tej pory wykryto wielu kandydatów, żaden nie został jeszcze potwierdzony.

Spośród planet wewnętrznych Merkury i Wenus nie mają naturalnych satelitów; Ziemia ma jednego dużego naturalnego satelitę, znanego jako Księżyc; a Mars ma dwa małe naturalne satelity, Phobos i Deimos . Planety olbrzymy mają rozległe systemy naturalnych satelitów, w tym pół tuzina rozmiarów porównywalnych z ziemskim Księżycem: cztery księżyce Galileusza , Tytan Saturna i Tryton Neptuna . Saturn ma dodatkowe sześć średniej wielkości naturalnych satelitów, które są wystarczająco masywne, aby je osiągnąć równowaga hydrostatyczna , a Uran pięć. Zasugerowano, że niektóre satelity mogą potencjalnie być siedliskiem życia .

Spośród obiektów powszechnie uznanych przez astronomów za planety karłowate, Ceres i Sedna nie mają żadnych znanych naturalnych satelitów. Pluton ma stosunkowo dużego naturalnego satelitę Charona i cztery mniejsze naturalne satelity; Styx , Nix , Kerberos i Hydra . Haumea ma dwa naturalne satelity; Orcus , Quaoar , Makemake , Gonggong i Eris mają po jednym. Układ Pluton-Charon jest niezwykły, ponieważ środek masy leży w otwartej przestrzeni między nimi, co jest cechą czasami kojarzoną z układem podwójnych planet .

Siedem największych naturalnych satelitów w Układzie Słonecznym (o średnicy większej niż 2500 km) to galileuszowe księżyce Jowisza (Ganimedes, Kallisto , Io i Europa ), księżyc Saturna Tytan, księżyc Ziemi i przechwycony naturalny satelita Neptuna, Tryton. Tryton, najmniejszy z nich, ma większą masę niż wszystkie mniejsze naturalne satelity razem wzięte. Podobnie w następnej grupie wielkości dziewięciu naturalnych satelitów średniej wielkości, o średnicy od 1000 km do 1600 km, Tytania , Oberon , Rea , Japetus , Charon, Ariel , Umbriel , Dione i Tethys, najmniejszy, Tethys, ma większą masę niż wszystkie mniejsze naturalne satelity razem wzięte. Oprócz naturalnych satelitów różnych planet, istnieje również ponad 80 znanych naturalnych satelitów planet karłowatych , mniejszych planet i innych małych ciał Układu Słonecznego . Niektóre badania szacują, że nawet 15% wszystkich obiektów transneptunowych może mieć satelity.

Poniżej znajduje się tabela porównawcza klasyfikująca naturalne satelity w Układzie Słonecznym według średnicy. Kolumna po prawej zawiera kilka godnych uwagi planet, planet karłowatych, asteroid i obiektów transneptunowych dla porównania. Nazwy naturalnych satelitów planet pochodzą od postaci mitologicznych. Są to głównie greckie, z wyjątkiem naturalnych satelitów Urana , których nazwy pochodzą od postaci szekspirowskich. W poniższej tabeli pogrubioną czcionką zaznaczono dwadzieścia satelitów wystarczająco masywnych, aby były okrągłe. Mniejsze planety i satelity, co do których w literaturze nie ma zgody co do okrągłości, zaznaczono kursywą w poniższej tabeli.

Średnia średnica (km)	Satelity planet						Satelity planet karłowatych							Satelity innych mniejszych planet	Niesatelity dla porównania
Średnia średnica (km)	Ziemia	Mars	Jowisz	Saturn	Uran	Neptun	Orkus	Pluton	Haumea	Quaoar	Makemake	Gonggong	Eris	Satelity innych mniejszych planet	Niesatelity dla porównania
12 000–13 000															Ziemia Wenus
6 000–7 000															Mars
4000–6000			Ganimedes Kallisto	tytan											Rtęć
3000–4000	Księżyc		Europa _
2000-3000						Tryton									Eris Pluton
1000–2000				Rea Japetus Dione Tethys	Titania Oberon Umbriel Ariel			Charon							Makemake Haumea Gonggong , Quaoar
500–1000				Enceladus									Dysnomia		Sedna , Ceres , Salacia , Orcus , Pallas , Westa , Varda , Ixion wiele innych TNO
250–500				Mimas Hyperion	Mirando	Proteus Nereida	Vanth		Cześć					Varda Ilmarë Salacia I Actaea Lempo II Hiisi	10 Hygiea 704 Interamnia 87 Sylvia 47171 Lempo i wiele innych
100–250			Amalthea Himalia Teba	Febe Janus Epimeteusz	Sycorax Puck Portia	Larissa Galatea Despina			Namaka		S/2015 (136472) 1			S/2005 (82075) 1 Sila – Nunam I Ceto I Phorcys Patroclus I Menoetius Lempo I Paha ~ 20 więcej księżyców TNO	3 Junona 15760 Albion 5 Astraja 617 Patroklos 42355 Tyfon i wiele innych
50–100			Elara Pasiphae	Prometeusz Pandora	Caliban Juliet Belinda Cressida Rosalind Desdemona Bianca	Thalassa Halimede Neso Najada				Weywot		Xiangliu (prawdopodobnie)		90 Antiope I Typhon I Echidna Logos I Zoe 5 kolejnych księżyców TNO	90 Antiope 58534 Logos 253 Mathilde i wielu innych
25–50			Carme Metis Sinope Lysithea Ananke	Siarnaq Helene Albiorix Atlas Pan	Ofelia Cordelia Setebos Prospero Perdita Stephano	Sao Laomedeia Psamathe Hippocamp		Hydra Nix						Kaliope I Linus	1036 Ganimed 243 Ida i wielu innych
10–25		Fobos Deimos	Leda Adrastea	Telesto Paaliaq Calypso Ymir Kiviuq Tarvos Ijiraq Erriapus	Mab Cupid Francisco Ferdinand Margaret Trinculo			Kerberos Styks						762 Pulcova I Sylvia I Romulus 624 Hektor I Skamandrios Eugenia I Petit-Prince 121 Hermiona I 283 Emma I 1313 Berna I 107 Camilla I	433 Eros 1313 Berna i wiele innych
< 10			66 księżyców	57 księżyców										Sylwia II Remus Ida I Dactyl i wielu innych	wiele

Podsumowanie wizualne

Księżyce Układu Słonecznego widzieliśmy wyraźnie
Ganimedes (księżyc Jowisza)
Tytan (księżyc Saturna)
Callisto (księżyc Jowisza)
Io (księżyc Jowisza)
Księżyc (księżyc Ziemi)
Europa (księżyc Jowisza)
Tryton (księżyc Neptuna)
Tytania (księżyc Urana)
Rhea (księżyc Saturna)
Oberon (księżyc Urana)
Japetus (księżyc Saturna)
Charon (księżyc Plutona)
Umbriel (księżyc Urana)
Ariel (księżyc Urana)
Dione (księżyc Saturna)
Tethys (księżyc Saturna)
Enceladus (księżyc Saturna)
Miranda (księżyc Urana)
Proteus (księżyc Neptuna)
Mimas (księżyc Saturna)
Hyperion (księżyc Saturna)
Phoebe (księżyc Saturna)
Larissa (księżyc Neptuna)
Janus (księżyc Saturna)
Amalthea (księżyc Jowisza)
Puck (księżyc Urana)
Epimeteusz (księżyc Saturna)
Tebe (księżyc Jowisza)
Prometeusz (księżyc Saturna)
Pandora (księżyc Saturna)
Hydra (księżyc Plutona)
Nix (księżyc Plutona)
Helene (księżyc Saturna)
Atlas (księżyc Saturna)
Pan (księżyc Saturna)
Telesto (księżyc Saturna)
Calypso (księżyc Saturna)
Phobos (księżyc Marsa)
Deimos (księżyc Marsa)
Daphnis (księżyc Saturna)
Methone (księżyc Saturna)
Dactyl (księżyc Idy )
Dimorphos (księżyc Didymosa )

Największe księżyce w skali z ich planetami macierzystymi i planetą karłowatą.

Zobacz też

Dysk okołoplanetarny – nagromadzenie materii wokół planety
Księżyc koorbitalny — Konfiguracja dwóch lub więcej obiektów astronomicznych
Exomoon – Księżyc poza Układem Słonecznym
Wewnętrzny księżyc – Naturalny satelita krążący po orbicie większego księżyca
Nieregularny księżyc - przechwycony satelita poruszający się po nieregularnej orbicie
Lista naturalnych satelitów
Nazywanie księżyców
Quasi-satelita - rodzaj satelity zsynchronizowanego z inną orbitą
Subsatelita - satelita krążący wokół naturalnego satelity (znanego również jako Moonmoon)
Kalendarium odkrycia planet Układu Słonecznego i ich księżyców
Księżyc trojański – Konfiguracja dwóch lub więcej obiektów astronomicznych
Przeciąganie liny (astronomia) - Stosunek sił grawitacyjnych na satelicie ze Słońca i planety macierzystej