En astronomía, una luna regular o un satélite regular es un satélite natural que sigue una órbita relativamente cercana, estable y circular que generalmente está alineada con el ecuador de su satélite primario . Se forman dentro de discos de escombros y gas que alguna vez rodearon a su satélite primario, generalmente como consecuencia de una gran colisión o material sobrante acumulado del disco protoplanetario . Las lunas regulares jóvenes luego 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 del satélite primario.
Las lunas regulares son extremadamente diversas en sus características físicas. Las lunas regulares más grandes son lo suficientemente masivas como para ser gravitacionalmente redondas , con dos lunas regulares, Ganimedes y Titán , siendo más grandes que el planeta Mercurio . Las lunas regulares grandes también admiten una geología variada y compleja. Se sabe que varias tienen atmósferas , aunque solo una luna regular, Titán, alberga una atmósfera significativa capaz de soportar el tiempo y el clima. Como resultado de su complejidad, los científicos planetarios a menudo consideran que las lunas regulares redondeadas son objetos planetarios por derecho propio. [1] En contraste, las lunas regulares más pequeñas carecen de geología activa. La mayoría están muy llenas de cráteres y tienen forma irregular, a menudo se asemejan a pequeños asteroides y otros cuerpos menores en apariencia.
Seis de los ocho planetas del Sistema Solar albergan 60 satélites regulares [a] en total, y los cuatro planetas gigantes ( Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno ) albergan los sistemas de satélites regulares más extensos y complejos. Al menos cuatro de los nueve planetas enanos más probables también albergan sistemas de lunas regulares: Plutón , Eris , Haumea y Orcus .
Las lunas regulares tienen varios mecanismos de formación diferentes. Se cree que las lunas regulares de los planetas gigantes se formaron a partir de material acumulado dentro de 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 ellos dieran como resultado una espiral hacia el interior del planeta padre. A medida que el flujo de gas hacia el planeta padre comienza a terminar, los efectos de la migración inducida por el gas disminuyen, lo que permite que sobreviva una generación final de lunas. [2]
En cambio, se cree que la Luna de la Tierra y los cinco satélites de Plutón se originaron a partir de impactos gigantes entre dos protoplanetas al principio de la historia del Sistema Solar. Estos impactos expulsaron un denso disco de escombros a la órbita desde donde los satélites pueden acrecentarse. [3] [4] El modelo de impacto gigante también se ha aplicado para explicar el origen de otros sistemas de satélites de planetas enanos, incluyendo la luna de Eris, Dysnomia, la luna de Orcus, Vanth, 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 Plutón es de aproximadamente 0,12. [5]
Las lunas regulares también pueden originarse a partir de eventos de disrupción secundaria, siendo fragmentos de otras lunas regulares luego de colisiones o debido a disrupciones de marea. Las lunas regulares de Neptuno son probablemente ejemplos de esto, ya que la captura de la luna más grande de Neptuno, Tritón , habría alterado gravemente el sistema lunar primordial existente. Una vez que Tritón fue amortiguado por las mareas hasta una órbita de menor excentricidad, los escombros resultantes de la disrupción de las lunas primordiales se volvieron a acumular en las lunas regulares actuales de Neptuno. [6] [7] [8]
A pesar de la extensa exploración de Marte , el origen de las dos lunas de Marte sigue siendo objeto de un debate continuo. Originalmente se propuso que Fobos y Deimos eran asteroides capturados que se originaron 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 los espectros, la densidad y el 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 de pila de escombros de Fobos ha apuntado aún más en contra de un origen capturado, y las observaciones infrarrojas de Deimos por el orbitador Hope han revelado que la superficie de la luna es basáltica en composición, 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 modelo de "reciclaje" para Fobos. [10]
Las lunas regulares se caracterizan por órbitas progradas , generalmente con poca inclinación orbital o excentricidad en relación con su cuerpo original. Estos rasgos están limitados en gran medida por sus orígenes y las interacciones de marea posteriores 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 en 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 coplanar con el ecuador del planeta; incluso si las perturbaciones futuras aumentan la inclinación de una luna, los efectos de las mareas trabajan para eventualmente disminuirla de nuevo a un estado coplanar. Del mismo modo, 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. Dichas resonancias pueden excitar la excentricidad e inclinación de las lunas participantes, lo que lleva a un calentamiento de marea apreciable que puede sostener 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 Ío, Europa y Ganímedes, lo que contribuye al vulcanismo de Ío y al océano líquido subterráneo de Europa. [15] Las resonancias orbitales y las cuasi-resonancias también pueden actuar como un mecanismo estabilizador y de pastoreo, lo que permite que las lunas estén muy juntas y al mismo tiempo permanezcan 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 saturnino. [17]
Las lunas regulares que orbitan cerca o dentro de un sistema de anillos pueden interactuar gravitacionalmente con el material cercano, ya sea confinando el material en anillos estrechos o despejando los espacios dentro de un anillo en un proceso conocido como " pastoreo ". Las lunas pastoras también pueden actuar como una fuente directa de material del anillo expulsado por los impactos. El material puede luego 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 Encélado, albergan océanos subterráneos globales de agua líquida, mantenidos por el calentamiento de las mareas de sus respectivos planetas progenitores. [19] [20] [21] Estos océanos subterráneos pueden impulsar una variedad de procesos geológicos, incluido el criovulcanismo generalizado , el resurgimiento y la tectónica, actuando como reservorios de "criomagma" que puede estallar en la superficie de una luna. [22] [23]
Ío es inusual ya que, a diferencia de la mayoría de las otras lunas regulares de los planetas gigantes, Ío tiene una composición rocosa con muy poca agua. Los altos niveles de vulcanismo de Ío, en cambio, hacen que surjan grandes flujos basálticos que continuamente renuevan la superficie de la luna, al 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, lo que alimenta la actividad volcánica de Ío. [24] [25]
Las atmósferas significativas en las lunas regulares son raras, probablemente debido a los tamaños comparativamente pequeños de la mayoría de las lunas regulares, lo que lleva a altas tasas de escape atmosférico. Se han detectado atmósferas más delgadas en varias lunas regulares; todas las lunas galileanas tienen atmósferas conocidas. Las atmósferas dispersas de Europa , Ganimedes y Calisto están compuestas en gran parte de oxígeno expulsado de sus superficies heladas debido a la erosión espacial . [26] [27] [28] La atmósfera de Ío se produce de forma endógena por desgasificación volcánica, creando una atmósfera delgada compuesta principalmente de dióxido de azufre ( SO 2 ). Como la temperatura de la superficie de Ío está por debajo del punto de deposición del dióxido de azufre, la mayor parte del material desgasificado se congela rápidamente en su superficie, aunque sigue siendo incierto si la desgasificación volcánica o la sublimación es el soporte dominante de la atmósfera de Ío. [29] [30]
Una luna regular, Titán, alberga una atmósfera densa 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, una posible topografía similar al karst y extensos campos de dunas ecuatoriales. [31] [32]
La mayoría de las lunas regulares están sincronizadas con su planeta madre, aunque se conocen varias excepciones. Una de ellas es Hyperion de Saturno, que exhibe una rotación caótica debido a la influencia gravitatoria de Titán en 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 rotan 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 polos, con una inclinación axial significativa en relación con su plano orbital. [34]
De manera única, Caronte es lo suficientemente grande como para haber bloqueado marealmente a Plutón, lo que crea un estado de bloqueo mareal mutuo donde Caronte solo es visible desde un hemisferio de Plutón y viceversa. De manera similar, se ha observado que Eris está bloqueado marealmente a su satélite Dysnomia , lo que puede indicar una densidad inusualmente alta para la luna. [35]
Debido a su naturaleza cercana y a sus largas historias compartidas, las lunas regulares pueden tener una influencia significativa en su fase primaria. Un ejemplo conocido de esto son las mareas oceánicas que la Luna genera en la Tierra. Así como la Tierra genera protuberancias de marea en la Luna que resultan en bloqueo de mareas, la Luna genera protuberancias de marea en la Tierra que se manifiestan de manera más notable como el ascenso y descenso del nivel del mar local aproximadamente de manera diurna (aunque la topografía costera local puede generar patrones semidiurnos o complejos). [36]
La actividad volcánica de Ío produce interacciones extremas con Júpiter, construyendo el toro de plasma de Ío en una región aproximadamente toroidal que rodea la órbita de Ío, así como una nube neutra de átomos de azufre, oxígeno, sodio y potasio que rodean inmediatamente a la luna. [37] Los iones que escapan del toro de plasma son responsables de la magnetosfera inusualmente extensa 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 del Sistema Solar exterior 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 química orgánica compleja, una expectativa que fue apoyada 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 Encélado. [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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