Annak ellenére, hogy Naprendszerünk óriás óriásai nagyban és tömegben különböznek, van valami közös. Ahogy ezek a holdak nagyobbra növekedtek, a maradék gáz lelassította őket, és a bolygóra estek, hogy elfogyaszthassák őket. A holnapok, amelyeket ma látunk, utoljára képződtek szülő bolygóik körül, miután a gáz eloszlatott.
Naprendszerünk minden gáz halmazállapotú bolygója több műholdas rendszert üzemeltet, és ezek közé tartoznak a Jupiter vulkáni Io és Europa, a feltételezett felszín alatti óceánnal, valamint a Titán sűrű és szerves gazdag légkörével a Szaturnuszban. Míg az egyes műholdas tulajdonságok eltérőek, a rendszerek mindegyike feltűnő hasonlóságot mutat: az egyes műholdas rendszerek teljes tömege a gazdaszervezet bolygójának tömegéhez viszonyítva szinte állandó állandó, körülbelül 1: 10 000.
A Southwest Research Institute tudósai által a Nature június 15-i számában közzétett kutatás magyarázatot javasol, miért mutatják a gáz halmazállapotú bolygók ezt a konzisztenciát, és miért vannak a gázbolygók műholdatai sokkal kisebbek bolygójukhoz képest, mint a szilárd bolygók.
A Jupiter négy galíliai műholdja nagyjából mindegyik nagyjából hasonló, míg a Szaturnusznak egy nagy műholdja van, számos sokkal kisebb műholdakkal együtt. Ennek ellenére a teljes tömeg mindkét műholdas rendszerben az adott bolygó tömegének körülbelül száz százaléka (0,0001). Az uráni műholdas rendszer felépítése hasonló a Jupiterhez, és ugyanolyan tömegarányt mutat. Ezzel szemben a szilárd bolygók nagy műholdatai sokkal nagyobb frakciókat tartalmaznak bolygóik tömegéből, a Hold a Föld tömegének 1% -át (0,01), míg a Plútó műholdja, a Charon a tömegének több mint 10% -át (0,1) tartalmazza.
Miért vannak olyan gázbolygók, amelyek mindegyikének saját kialakulási története van, műholdas rendszerekkel, amelyek az egyes bolygók tömegének következetes hányadát tartalmazzák, és miért ez a frakció olyan kicsi a szilárd bolygó műholdainak összehasonlítva? Dr. Robin Canup és Dr. William Ward az SwRI Űrkutatási Osztályból azt állítja, hogy ezeknek a műholdaknak a kialakulása során gáz, elsősorban hidrogén jelenléte korlátozta növekedését és kiválasztották a közös műholdas rendszer tömegfrakciójához.
Ahogy a gázbolygók kialakultak, felhalmozódtak hidrogén-gázok és szilárd anyagok, például kőzet és jég. A gázbolygó kialakulásának utolsó szakaszában úgy gondolják, hogy magában foglalja mind a gáz, mind a szilárd anyag beáramlását a napi pályáról a bolygóbeli pályára, létrehozva egy olyan gáz és szilárd anyag lemezét, amely kering a bolygón az egyenlítői síkjában. Ezen a lemezen belül gondolják, hogy a műholdak kialakultak.
Canup és Ward úgy ítélték meg, hogy a növekvő műhold gravitációja spirális hullámokat indukál a környező gázkorongon, és hogy ezeknek a hullámoknak és a műholdnak a gravitációs kölcsönhatása miatt a műholdas pályája összehúzódik. Ez a hatás egyre erősebbé válik, amikor egy műhold növekszik, így minél nagyobb a műholdas, annál gyorsabban halad körüli spirálja a bolygó felé. A csoport azt javasolja, hogy két folyamat egyensúlya - a műholdak folyamatos anyagbeáramlása a növekedésük során és a műholdak vesztesége az ütközéshez a bolygóval - a gázbolygó műholdainak maximális méretét vonja maga után, a megfigyelésekkel összhangban.
A numerikus szimulációk és a műholdak növekedésének és veszteségének analitikus becslései alapján a csapat megmutatja, hogy valószínűleg több műholdas generáció létezik, a mai műholdak az utolsó túlélő generáció, amely akkor alakult ki, amikor a bolygó növekedése leállt, és a gázkorong eloszlatott. Canup és Ward megmutatják, hogy a műholdas növekedés és veszteség több ciklusa során a bolygó tömegének műholdaiban levő töredéke egy adott időpontban a modellparaméterek széles választékánál nem éri el a 0.0001 értéket.
A csapat közvetlen szimulációi szintén az elsők, amelyek műholdas rendszereket állítanak elő, amelyek hasonlóak a Jupiter, a Szaturnusz és az Uránusz műholdainak számához, legnagyobb tömegükhöz és a nagy műholdas pályák távolságához.
"Úgy véljük, hogy eredményeink komoly esetet mutatnak arra, hogy a Jupiter és a Szaturnusz műholdas rendszerei olyan lemezekben képződtek, amelyeket úgy állítottak elő, mint a bolygó maga a végső növekedési szakaszában" - mondja Canup. "Az uráni műholdas rendszer eredete azonban bizonytalan, és annak valószínűsége, hogy eredményeink ezen a bolygón alkalmazhatók-e, attól függ, hogy Uránus miként érte el a közel 98 fokos tengelyirányú dőlését, amely az aktív tanulmány tárgya."
Extrasoláris rendszerek esetében ez a kutatás azt sugallja, hogy a Jupiter tömegű bolygó legnagyobb műholdatai hold-Mars közötti méretűek lennének, így a jovia-méretű exoplanetek nem várhatják el olyan nagyméretű műholdakat, mint a Föld. Ez releváns a műholdak potenciális alkalmazhatóságának szempontjából az ekstrasoláris rendszerekben.
A NASA bolygógeológiai, geofizikai és külső bolygók kutatási programjai finanszírozták ezt a kutatást. Canup és Ward „A gáznemű bolygók műholdas rendszereinek általános tömegméretezése” című cikk a Nature június 15-i számában jelent meg.
Eredeti forrás: SwRI sajtóközlemény
