Un satellite naturel peut-il exister sur une orbite géostationnaire?

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En parcourant Physics SE, j'ai remarqué une question sur les satellites en orbite géostationnaire (sans rapport avec celui que je pose ici), et pendant un moment je l'ai interprété comme se référant à des satellites naturels (par exemple une lune). Je me suis donc demandé: un satellite naturel pourrait-il exister en orbite géostationnaire?

Puis je me suis arrêté et j'ai réfléchi. Pour les grandes géantes gazeuses, comme Jupiter, avoir des lunes trop proches de la planète peut être fatal (pour la lune). S'il s'aventure à l'intérieur de la limite Roche de la planète, c'est un toast. Mais il y a une bonne nouvelle: la limite de Roche dépend à la fois des masses et des densités du corps primaire et du satellite. Cette raison n'est donc peut-être pas applicable, car un satellite naturel de grande masse pourrait survivre. La question change donc:

Un satellite naturel de masse suffisamment élevée et de haute densité pourrait-il occuper l'orbite géostationnaire sur son corps principal?

orbit natural-satellites HDE 226868
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Je me demande s'il y a peu d'inexactitudes dans la question. Les limites des gardons ne dépendent pas à la fois de la densité et de la masse des corps concernés. Elle dépend plutôt de la densité / masse des deux corps et du rayon d'un corps. Voir en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation
sampathsris
Autre chose, pour qu'un satellite soit à l'abri des forces de marée, il n'est pas nécessaire qu'il soit de faible masse et de faible densité. Le satellite doit plutôt être de grande masse et de haute densité . Les satellites plus gros (donc plus lourds) comme le Charon de Pluton auront tendance à rester. parce que la limite de Roche est plus basse pour les satellites plus lourds / plus denses.
sampathsris
Merci, @Krumia, je ne peux pas croire que j'ai foiré ça. J'ai vérifié les formules plusieurs fois avant de les publier, mais j'ai dû confondre le primaire et le satellite.
HDE 226868
@Krumia Ah, maintenant je sais à quoi je pensais. Un satellite plus massif signifie plus de force gravitationnelle entre les deux, ce qui signifie que les deux seraient plus proches l'un de l'autre, annulant peut-être les effets d'une limite Roche plus petite. Je pourrais annuler ma modification.
HDE 226868

Réponses:

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Bien entendu, un satellite naturel (lune) pourrait avoir une période orbitale égale à la période de rotation de son hôte (à condition qu'une telle orbite soit accessible). Cependant, le frottement de marée qui peut générer un tel blocage est assez faible, donc cela devrait être une chance rare. De plus, les perturbations de l'orbite par d'autres lunes ou leur étoile hôte peuvent faire sortir la lune d'une telle orbite.

D'un autre côté, ce qui est plutôt courant, c'est que la période orbitale d'une lune est égale à sa propre période de rotation (plutôt qu'à celle de son hôte). C'est exactement le cas pour la Lune Terre (vous pouvez dire que la Terre est sur une orbite "sélénostationnaire") et se produit naturellement sous la forme d'une interaction de marée de la planète avec sa lune.

Walter
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Oui. Charon est en orbite synchrone de Pluton. Pluton et Charon sont mutuellement bloqués par la marée.

HopDavid
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Intéressant. Je n'avais pas considéré Pluton et Charon. Voilà un assez bon exemple. Je voudrais noter qu'il s'agit d'un cas particulier (c'est-à-dire que Charon n'aurait pas toujours à présenter le même visage à Pluton).
HDE 226868
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Il faudrait une trajectoire très précise pour qu'un astéroïde se retrouve en orbite géostationnaire . Cela n'arrive pas par hasard. Les compagnies fournissant des vols spatiaux doivent faire un réel effort pour y installer les satellites de communication de leurs clients. Et le géostationnaire n'est pas une orbite très stable. La gravité variable de la Lune tire les satellites de leurs orbites géostationnaires à mesure que les satellites s'en rapprochent et s'en éloignent quotidiennement au fur et à mesure que la Terre tourne. GEO est à environ un dixième de la distance à la Lune. Les satellites ont besoin de leurs petits moteurs-fusées pour effectuer des manœuvres récurrentes de maintien de station afin de rester sur place. La Terre n'a pas de satellite naturel durable sur aucune orbite, à l'exception de la Lune.

LocalFluff
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Cela ne répond pas à la question. Le PO n'a pas demandé si ce serait facile ou non, mais si c'était possible. Je ne vois aucune raison pour laquelle une planète ne pourrait pas avoir une lune sur une orbite stationnaire (je ne veux pas utiliser le terme GEOstationary, car cela fait référence à la Terre uniquement). En fait, la lune de Pluton Charon est sur une orbite synchrone autour de Pluton (elles sont verrouillées mutuellement ). Une orbite stationnaire ne serait pas trop loin! De plus, les perturbations que vous mentionnez sur les géo-satellites pourraient ou non affecter une lune massive
Etienne Pellegrini
@Etienne Pellegrini S'ils sont verrouillés, ils ont une relation stationnaire. La Terre ne se déplace pas à travers le ciel vue depuis la Lune. Et un satellite ne peut pas rester indéfiniment sur une orbite stationnaire. Le Soleil, l'excentricité de l'orbite du satellite, les forces de marée vont changer son orbite au fil du temps.
LocalFluff
Eh bien, je suis d'accord, l'orbite changerait avec le temps. Mais les changements peuvent être assez lents pour que vous puissiez considérer l'orbite comme stationnaire pendant une certaine période de temps (qui peut être assez longue, l'orbite de la Lune autour de la Terre ne varie pas si rapidement ...). Dire qu'une orbite stationnaire n'est pas possible à cause des perturbations, c'est comme dire qu'une orbite circulaire n'est jamais possible. Je suppose que tout dépend de l'échelle de temps considérée
Etienne Pellegrini
Je serais malheureusement d'accord avec @EtiennePellegrini que cela ne répond pas à ma question, même si c'est matière à réflexion. Par exemple, il pourrait être possible, à l'avenir, de déplacer un petit (très petit) astéroïde en orbite géostationnaire (voir votre intéressante question astronomy.stackexchange.com/questions/6182/… ).
HDE 226868
Je pensais aux satellites naturels capturés par la Terre. Votre question est plus large. Je n'en sais pas grand-chose. C'est un bon point par HopDavid ici que les planètes doubles comme Pluton-Charon ont tendance à avoir des orbites synchrones. Les forces de marée aident à synchroniser la rotation de la planète et de la lune, pas seulement l'orbite en elle-même.
LocalFluff
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Charon et Pluton sont de mauvais exemples. Ils ont une masse comparable: Pluton seulement 9 fois plus lourd que Charon (la Terre est 81 fois plus massive que la Lune), donc le centre de masse de ce système se trouve à l'extérieur du corps principal (à environ 1000 km de la surface de Pluton).

Le principal problème pour les satellites est la limite de Roche. Pour le système Eath-Moon, le rayon de Roche est d'environ 15500 km de centre à centre (7400 km de surface en surface). L'orbite géostationnaire de la Terre est à 42 164 du centre de la Terre ou à 35 786 de la surface du géoïde (niveau de la mer). Il ne fonctionne que dans la plaine équatoriale (la lune est inclinée de 18,3-28,6 par rapport à l'équateur terrestre). Ainsi, une planète de la taille de la Terre peut avoir un satellite de la taille de la Lune en orbite géostationnaire. Dans un passé lointain, notre Lune était beaucoup plus proche - peut-être environ 50 000 km (environ 60 000 de centre à centre).

Максим Трофимов
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L'orbite géostationnaire nécessite: * Une distance précise entre les corps, donnant une période orbitale d'une journée. * Une orbite équatoriale, pour que le satellite soit toujours au-dessus de la même latitude (sinon, on l'appelle une orbite géosynchrone) * Une orbite circulaire.

Il est extrêmement improbable d'obtenir un seul de ces paramètres exactement par hasard. Si nous trouvions un satellite où les trois sont sur place, nous devrons probablement commencer à envisager la possibilité qu'il ait été installé là par une civilisation étrangère.

John Liungman
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charon et pluton sont verrouillés par la marée, tout comme la lune à la terre. on pourrait donc dire que la terre est en orbite géostationnaire avec la lune. en fait, la rotation de la Terre a été et continuera d'être ralentie par la Lune jusqu'à ce que la Lune soit en orbite géostationnaire avec la Terre.

stanley dodds
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le verrouillage des marées n'est pas la même chose que dans GEO. Dans GEO, la lune serait toujours au même point du ciel, ce qui n'est pas le cas.
jwenting le
Cependant, dans le cas de Pluton et Charon, ils sont mutuellement verrouillés, donc Charon reste à un point fixe au-dessus de Pluton, et Pluton est à un point fixe au-dessus de Charon. Cette position est apparue parce que les deux objets ont des tailles similaires.
James K