Chiar dacă gigantii noștri ai Sistemului Solar variază foarte mult ca dimensiune și masă, ei au ceva în comun. Pe măsură ce aceste luni au devenit mai mari, gazul rămas le-a încetinit și au căzut pe planetă pentru a fi consumate. Lunile pe care le vedem astăzi au fost ultimele care s-au format în jurul planetelor părinte, după ce gazul s-a disipat.
Fiecare dintre planetele gazoase exterioare ale sistemului nostru solar găzduiește un sistem de mai mulți sateliți, iar aceste obiecte includ Io și Europa vulcanice ale lui Jupiter, cu oceanul său de sub suprafață crezut, precum și Titan cu atmosfera sa densă și bogată în organice la Saturn. În timp ce proprietățile individuale ale satelitului variază, toate sistemele au o asemănare izbitoare: masa totală a fiecărui sistem satelit comparativ cu masa planetei gazdă este aproape un raport constant, aproximativ 1: 10.000.
Cercetările efectuate de oamenii de știință de la Southwest Research Institute, publicate în numărul din 15 iunie al Naturii, propun o explicație despre motivul pentru care planetele gazoase afișează această consistență și de ce sateliții planetelor cu gaz sunt mult mai mici în comparație cu planeta lor decât sateliții principali ai planete solide.
Cei patru sateliți galileieni ai lui Jupiter au dimensiuni aproximativ similare, în timp ce Saturn are un satelit mare împreună cu numeroși sateliți mult mai mici. Chiar și așa, masa totală din ambele sisteme de satelit este de aproximativ o sută dintr-un procent (0,0001) din masa planetei respective. Structura sistemului de satelit Uranian este similară cu cea a lui Jupiter și prezintă, de asemenea, același raport de masă. În schimb, sateliții mari de planete solide conțin fracții mult mai mari din masele planetei lor, Luna conținând 1% (0,01) din masa Pământului și satelitul Pluton, Charon, care conține mai mult de 10% (0,1) din masa sa.
De ce planetele cu gaz, fiecare cu istoricul unic de formare, au sisteme de satelit care conțin o fracțiune consistentă din masa fiecărei planete și de ce această fracție este atât de mică în comparație cu sateliții planetei solide? Dr. Robin Canup și Dr. William Ward de la Departamentul de Studii Spațiale SwRI propun că în timpul formării acestor sateliți a fost prezența gazului, în principal hidrogen, care a limitat creșterea lor și a fost selectată pentru o fracție comună de masă a sistemului de satelit.
Pe măsură ce planetele de gaz s-au format, au acumulat hidrogen gaz și solide, cum ar fi roca și gheața. Se consideră că stadiul final al formării unei planete cu gaz implică un flux de gaze și solide de pe orbita solară pe orbita planetară, producând un disc de gaz și de solide care orbitează planeta în planul ecuatorial. Se crede că sateliții s-au format în interiorul acelui disc.
Canup și Ward au considerat că gravitația unui satelit în creștere induce valuri în spirală pe un disc de gaz înconjurător și că interacțiunile gravitaționale dintre aceste unde și satelit determină orbitele satelitului să se contracte. Acest efect devine mai puternic pe măsură ce un satelit crește, astfel încât un satelit devine mai mare, cu atât spiralele orbitei sale sunt mai rapide spre interior către planetă. Echipa propune că echilibrul a două procese - fluxul continuu de material către sateliți în timpul creșterii lor și pierderea sateliților pentru coliziunea cu planeta - implică o dimensiune maximă pentru un satelit al planetei de gaz în concordanță cu observațiile.
Folosind atât simulări numerice cât și estimări analitice ale creșterii și pierderii sateliților, echipa arată că au fost probabile mai multe generații de sateliți, sateliții de astăzi fiind ultima generație supraviețuitoare care s-a format pe măsură ce creșterea planetei a încetat și discul de gaz disipat. Canup și Ward demonstrează că în timpul mai multor cicluri de creștere și pierdere a satelitului, fracțiunea din masa planetei conținută în sateliții săi la un moment dat menține o valoare nu foarte diferită de 0,0001 pe o gamă largă de opțiuni de parametri de model.
Simulările directe ale echipei sunt, de asemenea, primele care produc sisteme de satelit similare cu cele ale lui Jupiter, Saturn și Uranus în ceea ce privește numărul de sateliți, masa lor cea mai mare și distanțările marilor orbite satelite.
„Credem că rezultatele noastre prezintă un caz puternic că sistemele de satelit ale lui Jupiter și Saturn s-au format pe discuri produse pe măsură ce planeta însăși a fost în etapele sale finale de creștere”, spune Canup. „Cu toate acestea, originea sistemului de satelit Uranian rămâne mai incertă, iar probabilitatea ca rezultatele noastre să fie aplicabile acestei planete depinde de modul în care Uranus și-a atins înclinarea axială de aproape 98 de grade, care este un subiect de studiu activ.”
În cazul sistemelor extrasolare, această cercetare sugerează că cei mai mari sateliți ai unei planete de masă Jupiter ar fi de dimensiunea Lună-către-Marte, astfel încât exoplanetele de dimensiunea joviană nu ar fi de așteptat să găzduiască sateliți la fel de mari ca Pământul. Acest lucru este relevant pentru potențialul de locuit al sateliților din sistemele extrasolare.
Programele de cercetare planetară de geologie și geofizică și planete externe NASA au finanțat această cercetare. Articolul, „O scalare în masă comună pentru sistemele prin satelit a planetelor gazoase”, de Canup și Ward, apare în numărul din 15 iunie al Naturii.
Sursa originală: Comunicat de presă SwRI
