Site pictogram Astroblogs

Waarom hebben manen niet hun eigen manen?

moon satellites

Credit: NASA

Heb je jezelf ooit de vraag gesteld waarom manen zelf geen manen kunnen hebben? Deze vraag wordt behoorlijk vaak gesteld, maar het antwoord is behoorlijk complex. Vooral als je de mechanica van zo’n stelsel probeert te visualiseren. Toch zal ik een poging wagen 😀 Technisch gezien zit ALLES in een omloopbaan rond IETS. De aarde, de zon en de planeten draaien allemaal rondom de centrale massa van het zonnestelsel – de maan draait rond de aarde en de aarde draait rond de zon. De zon draait zélf ook om het gemeenschappelijke zwaartepunt van het zonnestelsel. Dat komt doordat dit zwaartepunt niet exact in de kern van de zon zit, maar eigenlijk niet ver onder het oppervlak van onze moederster. Vooral de zwaartekracht van Jupiter is hier debet aan, maar da’s weer een astroblog op zich. Komt nog wel een keer. Hoe dan ook, de zon draait weer rond Sagittarius A*, het supermassieve zwarte gat in de kern van het melkwegstelsel. Het kost de zon ongeveer 230 miljoen jaar om één rondje te voltooien! Trouwens, er zouden zo’n 10.000 kleinere zwarte gaten rondom het supermassieve zwarte gat kunnen draaien! Het is in theorie mogelijk dat onze maan ooit een eigen maan heeft gehad. Helaas is zo’n configuratie geen lang leven beschoren – als een object in een stabiele omloopbaan rondom de maan terecht wilt komen, dient hij te voldoen aan zeer specifieke eigenschappen betreffende z’n grootte, massa, snelheid en afstand. Het is zeer onwaarschijnlijk dat een object hier precies aan zal voldoen, maar goed, het is niet onmogelijk. Waarom kennen we dan geen enkele maan met een eigen maan? We kennen immers wel planetoïden en ijsdwergen met maantjes!

credit: The Natural Historian

De wetten van gravitatie en cirkelbewegingen (omloopbanen) zijn voor het eerst vastgesteld door Sir Isaac Newton. We kunnen met deze wetten de omloopbanen van planeten (en manen) beschrijven, voorspellen en verklaren. Hierbij zijn slechts drie fundamentele vergelijkingen van belang:1. De kracht tussen twee massa’s = -GMm/r2 (de min staat voor aantrekking) 2. De kracht van het zwaartekrachtveld = GM/r2 3. De middelpuntvliedende kracht = mv2/rDe massa van de maan is slechts 1/100 die van de aarde, dus aan de hand van deze vergelijkingen kunnen we het zwaartekrachtveld van de maan uitrekenen. Hieruit blijkt dat de maan objecten kan vasthouden tot een afstand van 50.000 kilometer (vanaf het oppervlak van de maan) – staat het object ook maar iets verder weg, dan zal het hele feest niet doorgaan. Er kleven heel wat problemen aan dit scenario. Hoe zou zo’n hypothetische satelliet kunnen ontstaan? De gasplaneten zijn veel groter dan de rotsplaneten – Jupiter weegt zo’n 300 aardes en Saturnus zo’n 100. Deze planeten hebben een enorm zwaartekrachtveld, waarmee zelfs bolvormige protoplaneten ingevangen kunnen worden. Daarnaast worden dit soort planeten in hun jeugd omgeven door een gas- en stofschijf, een soort mini-planeetvormende schijf. Hieruit kunnen ook direct grote manen gevormd worden. Het aarde-maan stelsel is dus bijzonder ongebruikelijk, aangezien het verschil in grootte en massa tussen beide objecten relatief klein is. Mars zou nooit een object zo groot als onze maan kunnen invangen, vandaar dat beide maantjes van de Rode Planeet beschouwd worden als ingevangen planetoïden.Kortom, de maan is naar verhouding tot de moederplaneet de grootste natuurlijke satelliet in het zonnestelsel. Dit is te danken aan de bijzondere ontstaansgeschiedenis van de maan. De meeste wetenschappers gaan er vanuit dat de aarde vroeg in haar leven in botsing is gekomen met een andere planeet. Vanuit de brokstukken van deze titanische botsing is vervolgens de maan gevormd. Alternatieve theorieën gaan er vanuit dat de maan helemaal uit de aarde is ontstaan, mogelijk als gevolg van een supersnelle rotatie van de jonge aarde en/of nucleaire processen in de aardmantel.

credit: Fahad Sulehria of http://www.novacelestia.com/

Een dergelijke gebeurtenis is nogal zeldzaam, vandaar dat geen enkele andere rotsplaneet in het zonnestelsel een grote maan heeft. De meeste gasplaneten hebben echter grote manen en sommige hiervan zijn groot genoeg om zélf satellieten te hebben! Waarom hebben deze manen dan geen manen? We hebben immers bewezen dat het wiskundig mogelijk is! Welke beperkende factor is dan nog meer van invloed? Manen hebben zelfs geen ingevangen planetoïden! Het antwoord is: getijdenkrachten tussen de maan en de moederplaneet. Onze maan heeft een synchrone omloopbaan rond de aarde. Dat betekent dat z’n omwentelingsperiode gelijk staat aan z’n omloopperiode. Met andere woorden: de maan wijst altijd met dezelfde kant naar de aarde. Dit resulteert in andere effecten, zoals de getijden van onze oceanen.

De effecten op de maan zijn echter groter: hier ontstaan ook getijden, maar dan van steen: op de maan kan een bult van wel 20 meter ontstaan! Dit is natuurlijk niet uniek voor de aarde en de maan: veel manen van Jupiter en Saturnus hebben zeer extreme getijden, waardoor ze (relatief) warm en actief zijn in plaats van koud en dood. Io, Europa, Titan en Enceladus zijn de beste voorbeelden. Die zelfde getijdenkrachten zijn echter funest voor alles wat zich bevind tússen de manen en de moederplaneet. Okee, laten we nu naar de maan kijken. Een planetoïde zou ingevangen kunnen worden door de maan, mits deze niet te klein of te groot is, de juiste snelheid heeft, en tot een hoogte van 50.000 kilometer komt. Helaas zorgen de getijdenkrachten ervoor dat de omloopbaan van deze ‘maanmaan’ langzaam aan energie verliest. Het gevolg: de ingevangen satelliet zal vroeg of laat op de maan crashen of uit elkaar getrokken worden. Het is goed mogelijk dat de maan in haar geschiedenis meerdere tijdelijke maantjes heeft gehad, maar berekeningen laten zien dat zo’n ingevangen satelliet een levensduur heeft van zo’n 10.000 jaar – niet langer. Onze ruimtesondes die naar de maan gestuurd zijn, worden ook door de getijdenkrachten beïnvloed. Gelukkig blijven onze kunstmatige satellieten nooit lang in een omloopbaan en zijn ze bovendien uitgerust met stuwraketten om baancorrecties uit te voeren. Zo, hopelijk is e.e.a. nu wat duidelijker geworden! Bron: From Quarks to Quasars.

Mobiele versie afsluiten