هل يمكن أن يكون للقمر قمر؟

نرصد عادةً الكواكب والكويكبات والمذنبات وما إلى ذلك في مدارها حول الشمس.

هناك التوابع أو الأقمار التي تدور حول الكواكب، وأزواج الكويكبات.

ومع ذلك، لا يوجد ذكر لرؤية أجسام تدور حول الأقمار «الأقمار التربيعية».

السؤال هو، هل الأقمار لديها أقمار تابعة؟ قد تكون الإجابة سهلة ولكن إذا كانت الإجابة هي لا .. فما السبب؟!
من الناحية النظرية، يمكن للأقمار أن يكون لها أقمار.

وتسمى منطقة الفضاء حول التابع القمري – التي يمكن أن يوجد فيها قمر فرعي أو تابع – (نطاق هيل – Hill sphere).

خارج مجال هذا النطاق، سيضيع التابع القمري التابع من مداره حول القمر الرئيسي.
من الأمثلة السهلة على ذلك نظام الشمس والأرض والقمر.

الأرض تعمل بمثابة قمر تابع للشمس، والقمر هو قمر تابع يدور حول الأرض.

القمر يدور حول الأرض لأن القمر يبعد حوالي 380000 كيلومترًا من الأرض.
«نطاق هيل» الخاص بالأرض، هو عبارة عن دائرة نصف قطرها 1.5 مليون كيلومترًا (0.01 وحدة فلكية أو 235 مرة نصف قُطر الأرض).

نطاق هيل يُعرف في الفضاء حيث جاذبية الأرض على أي جسم أكثر تأثيرًا من جاذبية الشمس.

فلو افترضنا أن القمر أفلت بطريقة ما خارج نطاق هيل الأرضي، فإن القمر سوف يدور حول الشمس بدلًا من الأرض.


تمامًا مثل جميع الكواكب الأخرى والكويكبات والمذنبات.
وللمقارنة، فإن نطاق هيل لكوكب المشتري يبلغ نصف قُطره 0.36 وحدة فلكية، وهو أكبر بكثير من مساحة نطاق هيل الأرضي.

ويرجع سبب ذلك إلى أن كوكب المشتري أكثر كثافةً من كوكب الأرض، وله جاذبية أقوى من جاذبيتها، ولكن الأهم من ذلك لأنه أبعد عن الشمس من الأرض، وبالتالي فإن خطورة جاذبية الشمس أضعف بكثير عند كوكب المشتري من كوكب الأرض. وهذا يعطي المشتري الكثير من تأثير الجاذبية على الفضاء من حوله.

وجود مثل هذا النطاق الكبير بنصف قُطر هائل، هو الطريقة الوحيدة لشرح لماذا يملك كوكب المشتري الكثير من الأقمار ولماذا يمكنه أن يؤثر بقوة على مدارات المذنبات التي تمر قربه.
و يبقى السؤال: هل يمكن أن يكون للقمر قمرًا تابعًا؟
والإجابة هي «نعم»، قد يكون للقمر قمرٌ آخر كتابع.

وإذا نظرنا إلى نظام الأرض والقمر وقمر آخر تابع للقمر، ستنطبق نفس الفكرة المذكورة أعلاه.

القمر له «نطاق هيل» الخاص به، بدائرة نصف قطرها 60000 كيلومترًا (حوالي سُدس المسافة بين الأرض والقمر).

حيث يمكن وجود قمر تابع.

إذا وقع هذا الجسم خارج نطاق هيل للقمر، فإنه سوف يدور حول الأرض بدلًا من القمر.

والمشكلة الوحيدة هي أن القمر التابع لا يمكنه البقاء في مدار القمر إلى أجلٍ غير مسمى، وذلك بسبب المد والجزر.
القمر، مثله مثل جميع الأقمار الأخرى – تقريبًا – في النظام الشمسي، يتزامن مع دوران الأرض، مما يجعله يقابل الأرض بنفس الوجه في جميع الأوقات (فترة دورانه حول محوره هي نفس فترة دورانه حول الأرض) وهو ما ينتج قوى المد والجزر بين الأرض والقمر.

هذه هي نفس القوى المدية التي تسبب المد والجزر العالي والمنخفضة على الأرض.

بهذا الترتيب، أي جسم داخل نطاق هيل الخاص بالقمر سينهار مداره بسبب المد والجزر.

وهذا يعني أن مدار أي قمر تابع للقمر سوف يتقلص بمرور الوقت.

وبعبارة أخرى، فإن المسافة بين القمر والقمر التابع له والقمر سوف تصغر حتى يصطدم القمر مع قمره التابع، أو يتحطم القمر التابع إلى أجزاء صغيرة نتيجةً لقوى المد والجزر.
سؤال: كيف بقي القمر على حاله، إذا كان هو نفسه قمرًا تابعًا؟
السبب في أن هذه الحجة لا تنطبق على نظام الشمس والأرض والقمر، هو أن الأرض نفسها لا تدور بشكل متزامن حول الشمس مثل ما يفعل القمر – ولا أي من كواكب المجموعة الشمسية – وهذا ما يسمح للقمر أن يُكوِّن مدارًا مستقرًا حول الأرض.
السؤال الآن عن الأقمار الصناعية التي صنعها الإنسان، كيف تحافظ على مدارها وبقائها في الفضاء؟
إن مدارات أقمارنا الصناعية تدور حول القمر لبضع سنوات فقط، وهو وقت قصير جدًا بالمعايير الفلكية.

ويمكن للأقمار الصناعية التي صنعها الإنسان أن تبقى في مدار حول القمر أو أي قمر آخر طوال مدة البعثة لأن آثار المد والجزر تتطلب آلافًا أو ملايين أو أكثر من السنوات – وفقًا للنظام – لتسبب فقدان قمر تابع بالفكرة الموضحة أعلاه.

ولهذا يمكننا ترك قمر صناعي في مدار مستقر حول القمر لبضع سنوات باستخدام دفع صواريخ المركبات الفضائية لتصحيح أي تغييرات في مدارها.