Poza jedynym satelitą Ziemi (Księżycem), Układ Słoneczny jest pełen księżyców. W rzeczywistości sam Jowisz ma 79 znanych naturalnych satelitów, podczas gdy Saturn ma najbardziej znane księżyce z dowolnego ciała astronomicznego - solidne 82. Przez najdłuższy czas astronomowie teoretyzowali, że księżyce powstają z dysków okołoplanetarnych wokół planety macierzystej oraz że księżyce i planeta tworzą się obok siebie.
Jednak naukowcy przeprowadzili wiele symulacji numerycznych, które wykazały wadę tej teorii. Co więcej, wyniki tych symulacji są niezgodne z tym, co widzimy w całym Układzie Słonecznym. Na szczęście zespół japońskich naukowców przeprowadził niedawno serię symulacji, które dały lepszy model tego, w jaki sposób dyski gazu i pyłu mogą tworzyć rodzaje układów księżycowych, które widzimy dzisiaj.
Wokół planet takich jak Saturn duże księżyce, takie jak Tytan, są sparowane z kilkoma mniejszymi księżycami i setkami maleńkich. Podobnie jest z Jowiszem i Uranem, które mają garstkę dużych satelitów, które stanowią większość masy w systemie, podczas gdy reszta jest niewielka lub nawet niewielka w porównaniu. Żaden z tych przykładów nie jest zgodny z tym, co pokazały poprzednie modele formowania księżyca.
Aby zaradzić tej rozbieżności, asystenci profesorów Yuri Fujii i Masahiro Ogihara - odpowiednio z Nagoya University i National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) - opracowali nowy model powstawania księżyca, który zawierał bardziej realistyczny rozkład temperatury oparty na różnych stopniach pyłu i lód w dysku protoplanetarnym.
Następnie przeprowadzili serię symulacji z tym modelem, w których wzięto pod uwagę ciśnienie gazu dysku i wpływ, jaki miałaby siła grawitacji innych satelitów. Zgodnie z ich symulacjami model opracowany przez Fujii i Ogiharę pozwala na rozwój systemu satelitów zdominowanych przez pojedynczy duży księżyc - jak widzimy w przypadku Tytana i Saturna.
Co więcej, odkryli, że pył w dysku okołoplanetarnym może stworzyć „strefę bezpieczeństwa”, która powstrzyma wielki księżyc przed spadnięciem na planetę podczas ewolucji systemu. Scenariusz, w którym ma to miejsce (pokazany poniżej), składa się z czterech etapów, z których trzeci czwarty występuje w symulacji Fujii i Ogihary.
W pierwszym etapie dysk zawierający gaz i pył obraca się wokół planety, gdy tworzy się, a stałe bryły kondensują w dysku. W drugim etapie stałe elementy dysku rosną do wielkości satelity w dysku okołoplanetarnym. W trzecim etapie orbity tych satelitów zmieniają się stopniowo z powodu wpływu gazu na dysk.
Od tego momentu wiele satelitów zbliża się do planety na swoich orbitach i ostatecznie w nią wpada. Tymczasem duży satelita z orbitą w „strefie bezpieczeństwa” jest w stanie utrzymać swoją odległość od planety. W czwartym i ostatnim etapie gaz w dysku rozprasza się, a satelita, który przeżywa w „strefie bezpieczeństwa”, pozostaje na stabilnej orbicie.
„Po raz pierwszy zademonstrowaliśmy, że może powstać układ z tylko jednym dużym księżycem wokół gigantycznej planety”, powiedział Fujii w niedawnym komunikacie prasowym CFCA. „To ważny kamień milowy w zrozumieniu pochodzenia Tytana”.
Model ten ma jednak ograniczenia, jeśli chodzi o Tytan i inne układy księżycowe w naszym Układzie Słonecznym - z których wszystkie powstały miliardy lat temu wraz z planetami Słonecznymi. Na plus może się okazać bardzo przydatny dla astronomów, którzy obecnie badają układy egzoplanetowe, które wciąż się formują. Jak wyjaśnił Ogihara:
„Trudno byłoby sprawdzić, czy Titan rzeczywiście doświadczył tego procesu. Nasz scenariusz można zweryfikować poprzez badania satelitów wokół planet pozasłonecznych. W przypadku znalezienia wielu systemów pojedynczych egzomoonów mechanizmy formowania takich systemów staną się gorącym problemem. ”
Badanie, które opisuje ich odkrycia, zatytułowane „Formowanie się układów jednego księżyca wokół gazowych gigantów”, niedawno ukazało się w czasopiśmie Astronomia i astrofizyka. I koniecznie sprawdź ten film
