天然衛星の天然衛星は存在するか？

天然衛星または月

天然衛星（一般的に月と呼ばれる）は、惑星の周りを公転しています。 興味深い科学的疑問が生じます：衛星自体が別の天然衛星（いわゆる「二次月」）を持つことはできるのでしょうか？

二次月とは、別の天然衛星の周りを公転し、その衛星自体が惑星の周りを公転している天然衛星のことです。このような軌道の安定性は、いくつかの要因によって極めて制限されます：
- 主惑星の支配的な重力が小さな衛星の軌道を乱す傾向がある。
- 主惑星が二次衛星に及ぼす潮汐力が、その崩壊や放出を引き起こす可能性がある。
- 主衛星のヒル球は、衛星の周りでその重力が惑星の重力を上回る領域を定義し、安定した二次月の最大距離を厳しく制限する。
現在、私たちの太陽系では二次月は観測されていませんが、数値シミュレーションでは、ガニメデやタイタンのような非常に質量の大きな衛星の周りに存在する可能性が示唆されています。ただし、親衛星に近い位置に限られます。

物理的制約

このようなシステムが安定するためには、いくつかの条件を満たす必要があります：

• 主惑星の重力は、二次衛星の軌道を乱さないように、二次衛星に対する重力が弱くなければならない。
• 二次月の公転周期は、衛星が惑星の周りを公転する周期よりも著しく短くなければならない。
• 主惑星によって誘発される潮汐力は、二次衛星を軌道から外すには不十分でなければならない。

ジョージ・ダーウィン（1845-1912）によると、潮汐効果は二次衛星の最大サイズと軌道距離を制限します。ヒル球は、衛星の周りでその重力が惑星の重力を上回る体積を定義します。

例とシミュレーション

これまで、私たちの太陽系では二次月は観測されていません。

出典：Icarus, Hill sphere and stability analysis of moonlets。

小惑星とその衛星

巨大惑星の大きな月とは異なり、多くの小惑星は独自の天然衛星を持っています。 これらのシステムは、二重または多重小惑星システムと呼ばれ、主小惑星帯や地球近傍小惑星の間で比較的一般的です。

しかし、これらの小惑星は厳密な意味での「二次月」を持っていません。主な理由は、非常に小さな重力スケールに関連しています：

• 主小惑星の重力は弱いが、近距離で小さな衛星を保持するのに十分である。
• 衛星は主天体に近く、衛星の周りに月を形成しようとする試みは、太陽や近くの惑星の重力によってすぐに乱される。
• 潮汐力と動的な摂動により、小惑星の衛星の周りの軌道は長期的に極めて不安定になる。

このように、小惑星は衛星を持つことができますが、これらの衛星の周りに二次月が形成されることは事実上不可能です。この対照は、多層システムの安定性における質量と中心重力の重要性を示しています。

惑星の月と小惑星の衛星の違い

惑星の月と小惑星の衛星はすべて天然衛星ですが、サイズ、重力、軌道環境に関連する基本的な違いがあります。

主な違いは次のとおりです：

• 質量と重力：ガニメデやタイタンのような惑星の月は、大気を薄く保持したり、潮汐力によって自らの表面に影響を与えるのに十分な質量と重力を持っています。小惑星の衛星ははるかに小さく、重力が非常に弱いため、有意な大気を保持することはできません。
• 形成：惑星の月は、惑星周囲の円盤での降着、重力捕獲、または巨大衝突によって形成されることがあります。小惑星の衛星は通常、衝突や自転による急速な分裂によって形成され、安定した小惑星周囲の円盤のための物質はほとんどありません。
• 軌道の安定性：惑星の月は理論的には、親衛星の非常に近くに二次月を持つことができますが、そのような月は稀です。これは、惑星の月が大きな質量と比較的大きなヒル球を持つためです。小惑星の衛星は二次月を維持できません：太陽や惑星の摂動がすぐに小さな天体の周りの軌道を支配します。
• 観測可能性：惑星の月は望遠鏡や宇宙ミッションで遠くから観測できます。小惑星の衛星は観測が難しく、確認にはレーダー測定やミッションによるフライバイが必要なことが多いです。

この比較は、重力と軌道環境が天然衛星システムの複雑さをどのように制御し、「月の月」のような階層システムが太陽系で極めて稀である理由を説明しています。

出典：Icarus, Asteroid Satellites: Observations and DynamicsおよびMinor Planet Center。