czwartek, 12 listopada 2020

Dwa księżyce, jedna orbita

Już w czasach antycznych grecki filozof Filolaos z Tarentu postulował, że może istnieć “przeciw Ziemia”, która poruszałaby się na tej samej orbicie co nasza planeta, zawsze jednak pozostając po drugiej stronie, ukryta za “Centralnym Ogniem” (który co ciekawe nie był tożsamy ze Słońcem, które również krążyło wokół niego).

Po kilkuset latach koncepcja przeciw-ziemi straciła na popularności i wróciła dopiero w fantastyce naukowej. Wiemy jednak, że taka planeta nie istnieje i raczej nie mogłaby istnieć. Duży obiekt w takim miejscu nie trwałby stabilnie w układzie słonecznym, pełnym innych obiektów zakłócających taki wyidealizowany system.

Współdzielenie orbity zdarza się w pewnych sytuacjach, szczególnie gdy mówimy o obiektach małych względem “głównego”. Najsłynniejsze przykłady to “trojańczycy” - planetoidy które współdzielą orbitę Jowisza w punktach libracyjnych L4 i L5 - to miejsca dynamicznej równowagi między grawitacją Jowisza i Słońca. Wszystkie gazowe giganty, a nawet Mars i Ziemia mają swoich trojańczyków. Przy tej okazji zachęcam Was do przeczytania o rodzinie Hildy, to asteroidy o “trójkątniej orbicie”.

(twórcy Bloggera zasługują na leczenie "Ukrytymi Terapiami" za to jak ta platforma radzi sobie ze skalowaniem obrazków)

Istnieje jednak co najmniej jedno miejsce w układzie słonecznym, gdzie dwa obiekty o względnie podobnym rozmiarze współdzielą orbitę. To księżyce Saturna, Janus oraz Epimeteusz. Intuicyjnie obecność na jednej orbicie dwóch obiektów o wadze dwóch trylionów kilogramów jeden i pół tryliona kilogramów drugi, powinno skończyć się widowiskowym zderzeniem. A jednak w tym wypadku obserwujemy niezwykły “taniec” obu ciał. Zamiast kolizji dochodzi do wymiany momentu pędu. Brzmi groźnie, więc wyjaśnijmy to bardziej intuicyjnie.

Wysokość orbity zależy od prędkości z jaką mniejsze ciało okrąża większe. Jeśli Epimeteusz aktualnie krąży wokół Saturna troszkę bliżej planety, to w końcu dogoni Janusa. Kiedy księżyce zbliżają się do siebie zaczynają wpływać na siebie grawitacyjnie. Janus ciągnie Epimeteusza w kierunku zgodnym z jego ruchem, dlatego księżyc przyspiesza, w związku z tym wznosi się o około 80 km wyżej względem Saturna. W tym samym czasie Janus pod wpływem doganiającego go od tyłu Epimeteusza zwalnia, przez co “spada” na orbitę niższą o jakieś 20 kilometrów.

Oba księżyce okrążają Saturna co jakieś szesnaście godzin, ale potrzebują aż czterech lat by znów się zbliżyć do siebie na tyle, by doszło do kolejnej “wymiany” orbit. Tym razem ciężki Janus dogania czterokrotnie lżejszego Epimeteusza, hamuje go tak, że jego orbita zbliża się o 80 km do Saturna, a sam “holowany” przez mniejszego satelitę przyspiesza i wznosi się o 20 kilometrów wyżej.

Teraz ktoś dociekliwy, może powiedzieć, że “hej, przecież w takim razie nie można mówić, że to ko-orbitalne księżyce, bo mają różne, zmienne orbity”. To byłoby jednak dość naciągane, co chyba sami stwierdzicie, kiedy zobaczycie jak to wygląda jeśli zachowamy skalę wielkości księżyców i tego jak zmieniają się ich orbity.

Parę interesujących wizualizacji tego niezwykłego systemu możecie znaleźć też na Wikipedii.



Brak komentarzy:

Publikowanie komentarza