Badanie wielu księżyców Układu Słonecznego ujawniło bogactwo informacji w ciągu ostatnich kilku dekad. Należą do nich księżyce Jowisza - z których 69 zostało zidentyfikowanych i nazwanych - Saturn (który ma 62) i Uran (27). We wszystkich trzech przypadkach satelity krążące wokół tych gazowych gigantów mają orbitę progradową, o niskim nachyleniu. Jednak w systemie Neptuna astronomowie zauważyli, że sytuacja była zupełnie inna.
W porównaniu z innymi gazowymi gigantami, Neptune ma znacznie mniej satelitów, a większość masy systemu jest skoncentrowana w jednym satelicie, który, jak się uważa, został przechwycony (tj. Triton). Według nowego badania zespołu z Weizmann Institute of Science w Izraelu i Southwest Research Institute (SwRI) w Boulder, Kolorado, Neptune mógł kiedyś mieć bardziej masywne systemy satelitów, które mogły zakłócić przybycie Triton.
Badanie, zatytułowane „Ewolucja Tritona z pierwotnym Neptunianowym systemem satelitarnym”, pojawiło się niedawno w The Astrophysical Journal. Zespół badawczy składał się z Raluca Rufu, astrofizyka i geofizyka z Instytutu Weizmann oraz Robin M. Canup - zastępca wiceprezesa SWRI. Wspólnie zastanawiali się nad modelami pierwotnego układu Neptuna i tym, jak mógł się on zmienić dzięki przybyciu Tritona.
Przez wiele lat astronomowie byli zdania, że Triton był kiedyś planetą karłowatą, która została wyrzucona z Pasa Kuipera i schwytana przez grawitację Neptuna. Opiera się to na wstecznej i bardzo nachylonej orbicie (156,885 ° w stosunku do równika Neptuna), co jest sprzeczne z obecnymi modelami formowania się gigantów gazowych i ich satelitów. Modele te sugerują, że gdy gigantyczne planety akceptują gaz, ich księżyce formują się z otaczającego dysku gruzu.
Zgodnie z innymi gigantami gazowymi największy z tych satelitów miałby prograde, regularne orbity, które nie są szczególnie nachylone w stosunku do równika ich planety (zwykle mniej niż 1 °). Pod tym względem uważa się, że Triton był kiedyś częścią pliku binarnego złożonego z dwóch Trans-Neptunian Objects (TNO). Gdy minęli Neptuna, Triton zostałby schwytany przez grawitację i stopniowo spadłby na obecną orbitę.
Jak twierdzą dr Rufu i dr Canup w swoich badaniach, przybycie tego ogromnego satelity prawdopodobnie spowodowałoby wiele zakłóceń w układzie Neptuna i wpłynęło na jego ewolucję. Polegało to na zbadaniu, w jaki sposób interakcje - takie jak rozproszenie lub zderzenia - między wcześniejszymi satelitami Triton i Neptuna zmodyfikowałyby orbitę i masę Tritona, a także cały system. Jak wyjaśniają:
„Oceniamy, czy kolizje między pierwotnymi satelitami są na tyle zakłócające, aby stworzyć dysk gruzu, który przyspieszyłby cyrkulację Tritona, czy też Triton doświadczyłby najpierw zakłócającego uderzenia. Staramy się znaleźć masę pierwotnego systemu satelitarnego, który dałby obecną architekturę systemu Neptuna. ”
Aby przetestować ewolucję systemu Neptuna, rozważono różne typy pierwotnych systemów satelitarnych. Obejmowało to jeden, który był zgodny z obecnym systemem Urana, składający się z progradowych satelitów o podobnej masie racji jak największe księżyce Urana - Ariel, Umbriel, Titania i Oberon - a także taki, który był mniej lub bardziej masywny. Następnie przeprowadzili symulacje, aby ustalić, w jaki sposób przybycie Tritona zmieniłoby te systemy.
Symulacje te opierały się na prawach skalowania zakłóceń, które uwzględniały, w jaki sposób uderzenia i uderzenia między Trytonem a innymi ciałami doprowadziłyby do redystrybucji materii w układzie. Po 200 symulacjach odkryli, że układ o stosunku masy podobnym do obecnego układu Urana (lub mniejszym) najprawdopodobniej wytworzyłby obecny układ Neptuna. Jak twierdzą:
„Stwierdzamy, że wcześniejszy system satelitarny o stosunku masy podobnym do systemu Urana lub mniejszym ma znaczne prawdopodobieństwo odtworzenia obecnego systemu Neptuna, podczas gdy bardziej masywny system ma małe prawdopodobieństwo wprowadzenia do obecnej konfiguracji”.
Odkryli również, że interakcja Triton z wcześniejszym systemem satelitarnym oferuje również potencjalne wyjaśnienie, w jaki sposób jego początkowa orbita mogła zostać zmniejszona wystarczająco szybko, aby zachować orbity małych nieregularnych satelitów. Te ciała podobne do Nereidów zostałyby w przeciwnym razie wyrzucone ze swoich orbit, ponieważ siły pływowe między Neptunem a Trytonem spowodowały, że Tryton wziął swoją obecną orbitę.
Ostatecznie badanie to oferuje nie tylko możliwe wyjaśnienie, dlaczego system satelitów Neptuna różni się od innych gigantów gazowych; wskazuje również, że to, co odpowiada Neptune od Pasa Kuipera. W pewnym momencie Neptun mógł mieć układ księżyców bardzo podobnych do Jowisza, Saturna i Urana. Ale ponieważ jest dobrze położony, aby podnosić karłowate obiekty wielkości planety, które zostały wyrzucone z Pasa Kuipera, zmieniło się to.
Patrząc w przyszłość, Rufu i Canup wskazują, że potrzebne są dodatkowe badania, aby rzucić światło na wczesną ewolucję Tritona jako satelity Neptuna. Zasadniczo nadal istnieją pytania, na które nie udzielono odpowiedzi, dotyczące wpływu systemu wcześniej istniejących satelitów na Triton i stabilności jego nieregularnych satelitów prograde.
Odkrycia te zostały również zaprezentowane przez dr, Rufu i dr Canupa podczas 48. Konferencji Nauk Księżycowych i Planetarnych, która odbyła się w Woodlands w Teksasie w marcu ubiegłego roku.
