Trên Trái Đất, bạn có thể nhìn lên vào ban đêm và thấy mặt trăng sáng rực từ cách xa hàng trăm nghìn km. Nhưng nếu ai đó thấy mình ở Sao Kim, thì điều đó sẽ không xảy ra. Không phải mọi hành tinh đều có mặt trăng—vậy tại sao một số hành tinh có nhiều mặt trăng trong khi những hành tinh khác không có? Đầu tiên, mặt trăng được gọi là vệ tinh tự nhiên. Các nhà thiên văn học gọi các vật thể trong không gian quay quanh các vật thể lớn hơn là mặt trăng. Vì mặt trăng không phải do con người tạo ra nên nó là vệ tinh tự nhiên.
Hiện nay có hai lý thuyết chính về lý do tại sao một số hành tinh có mặt trăng. Mặt trăng hoặc bị lực hấp dẫn giữ lại, nếu chúng nằm trong cái gọi là bán kính của quả cầu Hill của hành tinh, hoặc chúng được hình thành cùng với hệ mặt trời.
Quả cầu đồi
Các vật thể tác dụng lực hấp dẫn lên các vật thể khác ở gần. Vật thể càng lớn thì lực kéo càng lớn.
Lực hấp dẫn này là lực giữ cho chúng ta bám chặt vào Trái Đất, thay vì trôi dạt đi.
Hệ mặt trời chịu sự chi phối của lực hấp dẫn lớn từ Mặt trời, giữ cho tất cả các hành tinh quay quanh quỹ đạo. Mặt trời là vật thể có khối lượng lớn nhất trong hệ mặt trời của chúng ta, nghĩa là nó có ảnh hưởng hấp dẫn lớn nhất đến các vật thể như hành tinh.
Để một vệ tinh có thể quay quanh một hành tinh, nó phải đủ gần để hành tinh đó có đủ lực để giữ nó trên quỹ đạo. Khoảng cách tối thiểu để một hành tinh giữ vệ tinh trên quỹ đạo được gọi là bán kính hình cầu Hill.
Bán kính của quả cầu Hill dựa trên khối lượng của cả vật thể lớn hơn và nhỏ hơn. Mặt trăng quay quanh Trái đất là một ví dụ điển hình về cách bán kính quả cầu Hill hoạt động. Trái đất quay quanh Mặt trời, nhưng Mặt trăng đủ gần Trái đất để lực hấp dẫn của Trái đất có thể giữ chặt nó. Mặt trăng quay quanh Trái đất, không phải Mặt trời, vì nó nằm trong bán kính của quả cầu Hill của Trái đất.
Các hành tinh nhỏ hơn như Sao Thủy có bán kính quả cầu Hill nhỏ vì chúng không thể tạo ra nhiều lực hấp dẫn. Bất kỳ mặt trăng tiềm năng nào cũng có thể bị Mặt trời kéo.
Nhiều nhà khoa học vẫn đang tìm hiểu xem liệu những hành tinh này có thể có những mặt trăng nhỏ trong quá khứ hay không. Trong quá trình hình thành Hệ Mặt trời, chúng có thể có những mặt trăng bị đánh bật ra do va chạm với các vật thể không gian khác.
Sao Hỏa có hai vệ tinh, Phobos và Deimos. Các nhà khoa học vẫn đang tranh luận liệu chúng có phải là các tiểu hành tinh đi qua gần bán kính quả cầu Hill của Sao Hỏa và bị hành tinh này bắt giữ hay chúng hình thành cùng lúc với Hệ Mặt trời. Có nhiều bằng chứng ủng hộ cho lý thuyết trước vì Sao Hỏa nằm gần Vành đai Tiểu hành tinh.
Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có bán kính Hill sphere lớn hơn vì chúng lớn hơn nhiều so với Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Thủy và Sao Kim và xa Mặt Trời hơn. Lực hấp dẫn của chúng có thể bắt giữ và giữ nhiều vệ tinh tự nhiên hơn trên quỹ đạo. Ví dụ, Sao Mộc có 95 vệ tinh, trong khi Sao Thổ có 146 vệ tinh.
Các mặt trăng được hình thành cùng với hệ thống của chúng
Một giả thuyết khác cho rằng một số mặt trăng được hình thành cùng lúc với hệ sao của chúng.
Ảnh: Các đường đồng mức mô tả thế hấp dẫn hiệu dụng của một hệ hai vật thể (trong hình, Mặt trời và Trái đất) và lực ly tâm trong một hệ quy chiếu quay. Các quả cầu đồi là các vùng được giới hạn bởi các vòng tròn xung quanh Mặt trời và Trái đất. Trong cơ học thiên thể, các điểm Lagrange (cũng là các điểm dao động; điểm L) là các điểm cân bằng cho các vật thể có khối lượng thấp dưới ảnh hưởng hấp dẫn của hai vật thể có khối lượng lớn quay quanh. NASA / Xander89 / CC BY 3.0