La Lune pourrait avoir sa propre minuscule lune — comme une poupée russe, mais dans l'espace. La poupée extérieure est la planète, celle du milieu est la lune, et celle de l'intérieur est une petite lune-satellite, ou sub-lune. Newton a montré que tous les corps s'attirent, et la gravité les maintient ensemble. Mais la gravité n'est pas uniforme : elle est plus forte du côté proche du satellite que du côté éloigné. Cette différence crée des forces de marée qui compriment et étirent l'objet, comme de l'argile. Si une sub-lune s'approche trop près de sa lune principale, elle sera déchirée — c'est peut-être ce qui est arrivé à un anneau de poussière autour de Rhéa, un satellite de Saturne. La courbure de l'espace-temps explique cela comme une déformation de l'espace lui-même.

Les calculs montrent que la Terre pourrait retenir une sub-lune de la taille d'un astéroïde. Si elle était plus grosse, la Lune s'éloignerait de 30% plus loin de nous. Autour de l'exoplanète Kepler-1625b — une géante gazeuse chaude — les sub-lunes pourraient être aussi grosses que la Terre. Pour que la vie apparaisse sur une telle lune, il faut de l'eau liquide, une atmosphère et une tectonique des plaques, donc une masse d'environ la moitié de celle de la Terre. Mais c'est justement à cette masse « moitié » que l'orbite devient instable — un paradoxe qui rend peut-être les sub-lunes habitables extrêmement rares.