За пределами единственного спутника Земли (Луны) Солнечная система полна лун. Фактически, только у Юпитера есть 79 известных естественных спутников, в то время как у Сатурна есть самые известные спутники из всех астрономических тел - надежные 82. В течение самого долгого времени астрономы предположили, что спутники образуются из околопланетных дисков вокруг родительской планеты и что спутники и планеты образуют рядом друг с другом.
Тем не менее, ученые провели многочисленные численные моделирования, которые показали, что эта теория ошибочна. Более того, результаты этого моделирования не соответствуют тому, что мы видим по всей Солнечной системе. К счастью, группа японских исследователей недавно провела серию симуляций, которые позволили получить лучшую модель того, как диски из газа и пыли могут образовывать типы лунных систем, которые мы видим сегодня.
Вокруг таких планет, как Сатурн, большие луны, такие как Титан, соединены с несколькими меньшими и сотнями крошечных. Ситуация такая же с Юпитером и Ураном, которые имеют несколько больших спутников, которые составляют большую часть массы в системе, в то время как остальные являются маленькими или даже крошечными по сравнению. Ни один из этих примеров не соответствует тому, что показали предыдущие модели формирования луны.
Чтобы устранить это несоответствие, доцент Юрий Фуджи и Масахиро Огихара - из Университета Нагоя и Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), соответственно, - запустили новую модель формирования луны, которая включала более реалистичное распределение температуры, основанное на различной степени пыли и лед в протопланетном диске.
Затем они провели серию симуляций с этой моделью, которая учитывала давление газа диска и влияние, которое будет оказывать гравитационная сила других спутников. Согласно их моделированию, модель, разработанная Фуджи и Огихарой, позволяет разработать систему спутников, в которой доминирует одна большая луна - как мы видим с Титаном и Сатурном.
Более того, они обнаружили, что пыль в околопланетном диске может создать «безопасную зону», которая не позволит большой луне упасть на планету по мере развития системы. Сценарий, в котором это происходит (показано ниже), состоит из четырех этапов, третий из четвертого из которых происходит в рамках симуляции Фудзи и Огихары.
На первом этапе диск, содержащий газ и пыль, вращается вокруг планеты, поскольку он образуется, и твердые материалы конденсируются в диске. На втором этапе твердые компоненты диска увеличиваются до размеров спутника в околопланетном диске. На третьем этапе орбиты этих спутников постепенно изменяются из-за влияния газа в диске.
Именно с этого момента многие спутники приближаются к планете на своих орбитах и в конечном итоге попадают на нее. Между тем, большой спутник с орбитой в «зоне безопасности» способен сохранять дистанцию от планеты. На четвертой и последней стадии газ в диске рассеивается, и спутник, который выживает в «зоне безопасности», остается на стабильной орбите.
«Мы впервые продемонстрировали, что может образоваться система с одной большой луной вокруг гигантской планеты», - сказал Фуджи в недавнем пресс-релизе CFCA. «Это важная веха в понимании происхождения Титана».
Тем не менее, модель имеет ограничения, когда речь заходит о Титане и других лунных системах в нашей Солнечной системе, которые образовались миллиарды лет назад вместе с солнечными планетами. С положительной стороны, это может оказаться очень полезным для астрономов, которые в настоящее время изучают системы экзопланет, которые все еще находятся в процессе формирования. Как объяснил Огихара:
«Было бы трудно проверить, действительно ли Титан испытал этот процесс. Наш сценарий может быть проверен путем исследования спутников вокруг планет вне солнечной системы. Если будет найдено много систем с одним экзом, механизмы формирования таких систем станут острой проблемой ».
Недавно в журнале появилось исследование, описывающее их результаты под названием «Формирование однолунных систем вокруг газовых гигантов». Астрономия и Астрофизика, И не забудьте проверить это видео
