En astronomía, una luna regular o un satélite regular es un satélite natural que sigue una órbita circular, estable y relativamente cercana que generalmente está alineada con su ecuador primario . Se forman dentro de discos de escombros y gas que alguna vez rodearon su disco protoplanetario primario, generalmente como resultado de una gran colisión o material sobrante acumulado del disco protoplanetario . Luego, las lunas regulares jóvenes comienzan a acumular material dentro del disco circumplanetario en un proceso similar a la acreción planetaria , a diferencia de las lunas irregulares , que se formaron de forma independiente antes de ser capturadas en órbita alrededor de la primaria.
Las lunas regulares son extremadamente diversas en sus características físicas. Las lunas regulares más grandes son lo suficientemente masivas como para ser redondeadas gravitacionalmente , y dos lunas regulares, Ganímedes y Titán , son más grandes que el planeta Mercurio . Las grandes lunas regulares también sustentan una geología variada y compleja, y se sabe que varias tienen atmósferas o exosferas, aunque solo una luna regular, Titán, alberga una atmósfera significativa capaz de sustentar el clima y mares de hidrocarburos líquidos . Como resultado de su complejidad, los científicos planetarios suelen considerar las lunas regulares redondeadas como objetos planetarios por derecho propio. [1] Por el contrario, las lunas regulares más pequeñas carecen de geología activa y con frecuencia tienen muchos cráteres y tienen formas irregulares, a menudo pareciéndose a asteroides y otros cuerpos menores en apariencia.
Seis de los ocho planetas del Sistema Solar albergan al menos 57 satélites regulares combinados, y los planetas gigantes albergan los sistemas de satélites regulares más extensos y complejos. Al menos cuatro de los nueve planetas enanos más probables también albergan sistemas lunares regulares: Plutón , Eris , Haumea y Orcus .
Las lunas regulares tienen varios mecanismos de formación diferentes. Generalmente se cree que las lunas regulares de los planetas gigantes se formaron a partir de material acretado dentro de los discos circumplanetarios, creciendo progresivamente a partir de lunas más pequeñas de una manera similar a la formación de los planetas . Es posible que se hayan formado múltiples generaciones de sistemas de satélites regulares alrededor de los planetas gigantes antes de que las interacciones con el disco circumplanetario y entre sí dieran como resultado una espiral hacia adentro hacia el planeta padre. A medida que el flujo de gas hacia el planeta madre comienza a terminar, los efectos de la migración inducida por el gas disminuyen, lo que permite que sobreviva una última generación de lunas. [2]
Por el contrario, se cree que la Luna de la Tierra y los cinco satélites de Plutón se originaron a partir de impactos gigantes entre dos protoplanetas en las primeras etapas de la historia del Sistema Solar, expulsando un denso disco de escombros del que pueden acrecentarse los satélites. [3] [4] El modelo de impacto gigante también se ha aplicado para explicar el origen de otros sistemas de satélites de planetas enanos, incluida la luna Dysnomia de Eris, la luna Vanth de Orcus y el anillo y dos lunas de Haumea. [5] A diferencia de los sistemas lunares regulares de los planetas gigantes, los impactos gigantes pueden dar lugar a satélites inusualmente masivos; La relación de masa de Caronte con respecto a Plutón es aproximadamente 0,12. [5]
Las lunas regulares también pueden originarse a partir de eventos de perturbación secundaria, siendo fragmentos de otras lunas regulares después de colisiones o debido a perturbaciones de mareas. Las lunas regulares de Neptuno son probablemente ejemplos de esto, ya que la captura de la luna más grande de Neptuno, Tritón , habría perturbado gravemente el sistema lunar primordial existente. Una vez que Tritón fue sumergido por las mareas en una órbita de menor excentricidad, los escombros resultantes de la interrupción de las lunas primordiales volvieron a acumularse en las actuales lunas regulares de Neptuno. [6] [7] [8]
A pesar de la extensa exploración de Marte , el origen de sus dos lunas sigue siendo objeto de debate continuo. Originalmente se propuso que Fobos y Deimos fueran asteroides capturados que se originaran en el cinturón de asteroides vecino y, por lo tanto, no se clasificarían como satélites regulares. Sus similitudes con los asteroides de tipo C con respecto a espectros, densidad y albedo respaldaron aún más este modelo. [9]
Sin embargo, el modelo de captura puede ser inconsistente con las órbitas pequeñas, de baja excentricidad y baja inclinación de las dos lunas, que son más típicas de los satélites regulares. La naturaleza amontonada de escombros de Fobos ha apuntado aún más en contra de un origen capturado, y las observaciones infrarrojas de Deimos realizadas por Hope han revelado que la superficie de la luna es basáltica, lo que es más consistente con un origen alrededor de Marte. [10] [11] Como resultado, se han propuesto varios modelos para la formación in situ de Fobos y Deimos para explicar mejor sus orígenes y configuración actual, incluido un escenario de impacto gigante similar al que formó la Luna y un 'reciclaje'. ' modelo para Fobos. [10]
Las lunas regulares se caracterizan por tener órbitas progradas , generalmente con poca inclinación orbital o excentricidad en relación con su cuerpo progenitor. Estos rasgos están limitados en gran medida por sus orígenes y las posteriores interacciones de marea con el cuerpo original. En el caso de los sistemas de satélites de planetas gigantes, al igual que los discos protoplanetarios, el material que cae alrededor de un planeta en formación se aplana formando un disco alineado con el ecuador del planeta debido a la conservación del momento angular . [12] Como consecuencia, cualquier luna formada a partir del disco circumplanetario orbitará aproximadamente coplanarmente con el ecuador del planeta; Incluso si futuras perturbaciones aumentan la inclinación de una luna, los efectos de las mareas actúan para eventualmente disminuirla de nuevo a un estado coplanar. Asimismo, la circularización de las mareas actúa para disminuir la excentricidad de las lunas regulares al disipar energía hacia una órbita circular, que es un estado de energía mínima. Varias lunas regulares se apartan de estos rasgos orbitales, como la órbita inusualmente excéntrica de Hyperion y la órbita inusualmente inclinada de Miranda , pero en estos casos, la excentricidad y la inclinación orbitales a menudo aumentan y posteriormente se mantienen mediante interacciones resonantes con lunas vecinas. [13] [14]
Las resonancias orbitales son una característica común en los sistemas lunares regulares y son un aspecto crucial en su evolución y estructura. Tales resonancias pueden excitar la excentricidad y la inclinación de las lunas participantes, lo que lleva a un calentamiento de marea apreciable que puede sustentar la actividad geológica. Un ejemplo particularmente evidente de esto es la cadena de resonancia de movimiento medio (MMR) 1:2:4 en la que participan Io, Europa y Ganímedes, lo que contribuye al vulcanismo de Io y al océano líquido del subsuelo de Europa. [15] Las resonancias orbitales y las casi resonancias también pueden actuar como un mecanismo estabilizador y guía, permitiendo que las lunas estén muy juntas sin dejar de permanecer estables, como se cree que es el caso de las pequeñas lunas exteriores de Plutón. [16] Se ha descubierto que un pequeño puñado de lunas regulares participan en varias configuraciones coorbitales , como las cuatro lunas troyanas de Tetis y Dione dentro del sistema de Saturno. [17]
Las lunas regulares que orbitan cerca o dentro de un sistema de anillos pueden interactuar gravitacionalmente con el material cercano, ya sea confinándolo en rizos estrechos o limpiando espacios dentro de un anillo en un proceso conocido como " paseo ". Las lunas pastoras también pueden actuar como una fuente directa de material de anillo expulsado por los impactos. El material podría entonces ser acorralado por la Luna en su trayectoria orbital, como es el caso del anillo de Jano-Epimeteo alrededor de Saturno. [18]
De las diecinueve lunas regulares lo suficientemente grandes como para ser redondeadas gravitacionalmente, varias de ellas muestran actividad geológica y muchas más exhiben signos de actividad pasada. Se sabe que varias lunas regulares, como Europa , Titán y Encelado, albergan océanos globales de agua líquida en el subsuelo, mantenidos por el calentamiento de las mareas de sus respectivos planetas padres. [19] [20] [21] Estos océanos subterráneos pueden impulsar una variedad de procesos geológicos, incluido el criovulcanismo generalizado , la repavimentación y la tectónica, actuando como depósitos de 'criomagma' que puede hacer erupción en la superficie de una luna. [22] [23]
Io es inusual porque, a diferencia de la mayoría de las otras lunas regulares de los planetas gigantes, Io tiene una composición rocosa y tiene muy poca agua. En cambio, los altos niveles de vulcanismo de Ío hacen explotar grandes flujos basálticos que resurgen continuamente la luna, al mismo tiempo que expulsan grandes volúmenes de azufre y dióxido de azufre a su tenue atmósfera. De manera análoga a los océanos subterráneos de agua líquida en lunas heladas como Europa, Ío puede tener un océano subterráneo de magma de silicato debajo de su corteza, alimentando la actividad volcánica de Ío. [24] [25]
Las atmósferas significativas en las lunas regulares son raras, probablemente debido a que los tamaños comparativamente pequeños de la mayoría de las lunas regulares conducen a altas tasas de escape atmosférico. Se han detectado atmósferas más delgadas en varias lunas regulares; Todas las lunas galileanas tienen atmósferas conocidas. Las escasas atmósferas de Europa , Ganímedes y Calisto están compuestas en gran parte por oxígeno expulsado de sus superficies heladas debido a la erosión espacial . [26] [27] [28] La atmósfera de Io se produce endógenamente por la desgasificación volcánica, creando una atmósfera delgada compuesta principalmente de dióxido de azufre ( SO 2 ). Como la temperatura de la superficie de Io está por debajo del punto de deposición de dióxido de azufre, la mayor parte del material desgasificado se congela rápidamente en su superficie, creando una atmósfera irregular con importantes variaciones de densidad en toda la superficie de Io. [29] [30]
Una luna normal, Titán, alberga una densa atmósfera dominada por nitrógeno, así como lagos estables de hidrocarburos en su superficie. Las complejas interacciones entre la atmósfera espesa y brumosa de Titán, su superficie y su "ciclo de hidrocarburos" han llevado a la creación de muchas características inusuales, incluidos cañones y llanuras aluviales erosionadas por ríos, posible topografía kárstica y extensos campos de dunas ecuatoriales. [31] [32]
La mayoría de las lunas normales están fijadas por las mareas a su planeta padre, aunque se conocen varias excepciones. Una de esas excepciones es el Hiperión de Saturno, que exhibe una rotación caótica debido a la influencia gravitacional de Titán sobre su forma irregular; La rotación caótica de Hyperion puede verse facilitada aún más por su resonancia orbital 3:4 con Titán. [13] Las cuatro pequeñas lunas circumbinarias de Plutón, que son igualmente alargadas, también giran caóticamente bajo la influencia de Caronte y generalmente tienen inclinaciones axiales muy altas. [33] Se reveló que Hi'iaka , la luna exterior más grande de Haumea, tiene un período de rotación muy rápido de aproximadamente 9,8 horas a través de datos de curva de luz, aproximadamente 120 veces más rápido que su período orbital. Los resultados para Namaka fueron menos claros, apuntando potencialmente hacia un período de rotación más lento o una configuración de polo, con una inclinación axial significativa en relación con su plano orbital. [34]
Excepcionalmente, Caronte es lo suficientemente grande como para haber bloqueado también a Plutón por mareas, creando un estado mutuo de bloqueo por mareas en el que Caronte solo es visible desde un hemisferio de Plutón y viceversa. De manera similar, se ha observado que Eris está bloqueada por mareas con su satélite Dysnomia , lo que puede indicar una densidad inusualmente alta para la luna. [35]
Debido a su naturaleza cercana y sus largas historias compartidas, las lunas regulares pueden tener una influencia significativa en su primaria. Un ejemplo familiar de esto son las mareas oceánicas provocadas por la Luna en la Tierra. Así como la Tierra genera protuberancias de marea en la Luna, lo que resulta en un bloqueo de mareas, la Luna genera protuberancias de marea en la Tierra que se manifiestan más notablemente como el ascenso y descenso del nivel local del mar aproximadamente durante el día (aunque la topografía costera local puede resultar en fenómenos semidiurnos o complejos). patrones). [36]
La actividad volcánica de Io da como resultado interacciones extremas con Júpiter, construyendo el toro de plasma de Io en una región aproximadamente toroidal que rodea la órbita de Io, así como una nube neutra de átomos de azufre, oxígeno, sodio y potasio que rodean inmediatamente la luna. [37] Los iones que escapan del toro de plasma son responsables de la inusualmente extensa magnetosfera de Júpiter, generando una presión interna que la infla desde dentro. [38] El intenso campo magnético de Júpiter también acopla un tubo de flujo intenso con la atmósfera de Ío y su nube neutra asociada a la atmósfera superior polar de Júpiter, generando una intensa región de brillo auroral. [37] También se descubrió que tubos de flujo similares, aunque mucho más débiles, estaban asociados con las otras lunas galileanas.
Debido a su capacidad para albergar grandes volúmenes internos de agua líquida, las lunas regulares son de particular interés para los científicos como objetivos en la búsqueda de vida extraterrestre. Se cree que los océanos subterráneos son capaces de albergar una química orgánica compleja, una expectativa que se vio respaldada después de la posible detección indirecta de varias sales en el océano de Europa y la detección de compuestos orgánicos y cianuro de hidrógeno en las columnas de Encelado. [39] [40] [41] [42] Como resultado, se han propuesto y lanzado misiones dedicadas a investigar la naturaleza y la habitabilidad potencial de los océanos internos de varias lunas regulares. [43] [44]
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