ดาวเทียมธรรมชาติสามารถอยู่ในวงโคจรที่ค้างฟ้าได้หรือไม่?

ในขณะที่กำลังสืบค้นผ่าน Physics SE ฉันสังเกตเห็นคำถามเกี่ยวกับดาวเทียมในวงโคจร geostationary (ไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งที่ฉันขอที่นี่) และในขณะที่ฉันตีความมันว่าเป็นดาวเทียมธรรมชาติ (เช่นดวงจันทร์) ดังนั้นฉันจึงสงสัยว่า: ดาวเทียมธรรมชาติมีอยู่ในวงโคจรค้างฟ้าหรือไม่?

จากนั้นฉันก็หยุดและคิด สำหรับยักษ์ก๊าซขนาดใหญ่เช่นดาวพฤหัสบดีการมีดวงจันทร์อยู่ใกล้กับดาวเคราะห์มากเกินไปอาจทำให้เสียชีวิตได้ (สำหรับดวงจันทร์) ถ้ามันเข้าไปอยู่ในขอบเขต Roche ของโลกมันก็คือขนมปัง แต่มีข่าวดี: ขีด จำกัด ของ Roche ขึ้นอยู่กับทั้งมวลและความหนาแน่นของร่างกายหลักและดาวเทียม ดังนั้นอาจเป็นเพราะเหตุผลนี้ไม่สามารถใช้งานได้เนื่องจากดาวเทียมจากธรรมชาติที่มีมวลมากอาจอยู่รอดได้ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงคำถาม:

ดาวเทียมจากธรรมชาติที่มีความหนาแน่นสูงและมีความหนาแน่นสูงสามารถโคจรรอบ geostationary เหนือร่างกายหลักได้หรือไม่?

แน่นอนว่าดาวเทียมจากธรรมชาติ (ดวงจันทร์) อาจมีระยะเวลาการโคจรเท่ากับระยะเวลาการหมุนของโฮสต์ (หากวงโคจรดังกล่าวสามารถเข้าถึงได้) อย่างไรก็ตามแรงเสียดทานจากกระแสน้ำที่อาจทำให้เกิดการล็อคนั้นค่อนข้างอ่อนแอดังนั้นสิ่งนี้จะต้องเป็นโอกาสที่หาได้ยาก ยิ่งไปกว่านั้นการก่อกวนสู่วงโคจรจากดวงจันทร์อื่นหรือดาวฤกษ์แม่ของมันอาจทำให้ดวงจันทร์หลุดออกจากวงโคจรดังกล่าว

ในทางกลับกันสิ่งที่ค่อนข้างธรรมดาคือช่วงเวลาการโคจรของดวงจันทร์เท่ากับรอบการหมุนของตัวเอง นี่เป็นกรณีของ Earth Moon (คุณอาจบอกว่าโลกอยู่ในวงโคจร "selenostationary") และเกิดขึ้นตามธรรมชาติจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลื่นกับดาวเคราะห์กับดวงจันทร์

ใช่. Charonอยู่ในวงโคจรของดาวพลูโต ดาวพลูโตและชารอนจะถูกล็อคโดยน้ำซึ่งกันและกัน

มันจะต้องมีวิถีที่แม่นยำมากสำหรับดาวเคราะห์น้อยที่จะจบลงในวงโคจร มันไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ บริษัท ที่ให้บริการการบินอวกาศต้องใช้ความพยายามอย่างแท้จริงในการนำดาวเทียมสื่อสารของลูกค้ามาใช้ และ geostationary ไม่ใช่วงโคจรที่เสถียรมาก แรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันของดวงจันทร์ดึงดาวเทียมออกจากวงโคจรค้างฟ้าในขณะที่ดาวเทียมเคลื่อนที่เข้ามาใกล้และไกลออกไปจากมันทุกวันเมื่อโลกหมุน GEO อยู่ห่างจากดวงจันทร์ประมาณหนึ่งในสิบ ดาวเทียมต้องการเครื่องยนต์จรวดขนาดเล็กของพวกเขาเพื่อทำสถานีประจำเพื่อรักษาแผนการซ้อมรบเพื่อที่จะอยู่ที่นั่น โลกไม่มีดาวเทียมธรรมชาติอยู่ในวงโคจรใด ๆ ยกเว้นดวงจันทร์

Charon และ Pluto เป็นตัวอย่างที่ไม่ดี พวกมันมีมวลเทียบเคียง: ดาวพลูโตหนักเพียง 9 เท่าที่ชารอน (โลกมีมวลมากกว่าดวงจันทร์ถึง 81 เท่า) ดังนั้นศูนย์กลางของมวลในระบบนั้นอยู่นอกร่างหลัก (ประมาณ 1,000 กม. จากพื้นผิวดาวพลูโต)

ปัญหาหลักสำหรับดาวเทียมคือ Roche limit สำหรับระบบ Eath-Moon รัศมี Roche อยู่ห่างจากศูนย์กลางถึงศูนย์กลางประมาณ 15,500 กิโลเมตร (7400 กิโลเมตรจากพื้นผิวหนึ่งไปยังอีกพื้นผิวหนึ่ง) วงโคจร geostationary สำหรับโลกคือ 42 164 จากศูนย์กลางโลกหรือ 35 786 จากพื้นผิว geoid (ระดับน้ำทะเล) ใช้งานได้เฉพาะในแถบเส้นศูนย์สูตร (เอียงดวงจันทร์ 18,3-28,6 ไปยังเส้นศูนย์สูตรโลก) ดังนั้นดาวเคราะห์ขนาดโลกสามารถมีดาวเทียมขนาดดวงจันทร์ในวงโคจร geostationary ในอดีตที่ผ่านมาดวงจันทร์ของเราอยู่ใกล้มาก - อาจจะประมาณ 50 000 กม. (ประมาณ 60 000 จากศูนย์สู่ศูนย์กลาง)

วงโคจรของ Geostationary ต้องการ: * ระยะห่างที่แม่นยำระหว่างร่างกายทำให้ระยะเวลาโคจรหนึ่งวัน * วงโคจรแบบอิเควทอเรียลเพื่อให้ดาวเทียมอยู่เหนือละติจูดเดียวกันเสมอ (หากไม่ใช่มันจะเรียกว่าโคจรแบบ geosynchronous) * วงโคจรแบบวงกลม

การได้รับหนึ่งในพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างถูกต้องโดยบังเอิญเพียงอย่างเดียวไม่น่าเป็นไปได้ หากเราพบดาวเทียมที่มีจุดทั้งสามอยู่เราอาจต้องเริ่มพิจารณาความเป็นไปได้ที่อารยธรรมมนุษย์ต่างดาวบางคนใส่ไว้

Charon และดาวพลูโตถูกขังไว้อย่างเป็นไทด์เช่นเดียวกับดวงจันทร์สู่โลก ดังนั้นคุณสามารถพูดได้ว่าโลกอยู่ในวงโคจร geostationary กับดวงจันทร์ ในความเป็นจริงการหมุนของโลกนั้นได้รับและจะยังคงชะลอตัวโดยดวงจันทร์จนกว่าดวงจันทร์จะอยู่ในวงโคจร geostationary กับโลก