Obrovskí plynní obri pohltili väčšinu svojho mesiaca

Pin
Send
Share
Send

Aj keď sa plynové giganty našej slnečnej sústavy veľmi líšia veľkosťou a hmotnosťou, majú niečo spoločné. Keď sa tieto mesiace zväčšovali, zvyškový plyn ich spomalil a padli na planétu, aby sa spotrebovali. Mesiace, ktoré dnes vidíme, boli posledné, ktoré sa vytvorili okolo ich rodičovských planét potom, čo sa plyn rozptýlil.

Každá z vonkajších plynných planét našej slnečnej sústavy je hostiteľom systému viacerých družíc. Medzi tieto objekty patrí sopečný prúd Io a Europa Jupitera s verným podmorským oceánom, ako aj Titan so svojou hustou atmosférou bohatou na organické látky v Saturn. Aj keď sa jednotlivé satelitné vlastnosti líšia, všetky systémy majú spoločnú výraznú podobnosť: celková hmotnosť každého satelitného systému v porovnaní s hmotnosťou jeho hostiteľskej planéty je takmer takmer konštantný pomer, približne 1: 10 000.

Výskum vedcov z Juhozápadného výskumného ústavu, publikovaný 15. júna v publikácii Nature, navrhuje vysvetlenie, prečo plynné planéty vykazujú túto konzistentnosť a prečo sú satelity plynových planét v porovnaní s ich planétou oveľa menšie ako hlavné satelity solídne planéty.

Veľkosť všetkých štyroch galilských družíc Jupitera je približne rovnaká, zatiaľ čo Saturn má jeden veľký satelit spolu s mnohými oveľa menšími satelitmi. Napriek tomu je celková hmotnosť v oboch satelitných systémoch asi stotina percenta (0,0001) hmotnosti príslušnej planéty. Štruktúra satelitného systému Uránu je podobná štruktúre Jupitera a vykazuje rovnaký hmotnostný pomer. Naproti tomu veľké satelity solídnych planét obsahujú oveľa väčšie zlomky hmotností ich planéty, pričom Mesiac obsahuje 1 percento (0,01) zemskej hmotnosti a satelit Pluto Charon obsahuje viac ako 10 percent (0,1) svojej hmoty.

Prečo majú plynové planéty, každá s vlastnou históriou formácie, satelitné systémy obsahujúce konzistentný zlomok hmotnosti každej planéty a prečo je táto frakcia tak malá v porovnaní so satelitmi na pevnej planéte? Robin Canup a Dr. William Ward z oddelenia vesmírnych štúdií SwRI navrhujú, že prítomnosť plynu, predovšetkým vodíka, počas formovania týchto satelitov obmedzila ich rast a vybrala sa do spoločného hmotnostného podielu satelitného systému.

Keď sa tvorili plynové planéty, nahromadili plynný vodík a pevné látky, ako sú hornina a ľad. Predpokladá sa, že konečná fáza tvorby planéty plynu zahrnuje prílev plynu aj pevných látok zo slnečnej obežnej dráhy na planétovú obežnú dráhu, čím sa vytvorí disk plynu a pevných látok obiehajúcich okolo planéty v jej rovníkovej rovine. Predpokladá sa, že sa na tomto disku vytvorili satelity.

Canup a Ward sa domnievali, že gravitácia rastúceho satelitu indukuje špirálové vlny v okolitom plynovom disku a že gravitačné interakcie medzi týmito vlnami a satelitom spôsobujú kontrakciu satelitnej dráhy. Tento efekt sa zvyšuje s rastúcim satelitom, takže čím väčší je satelit, tým rýchlejšie sa jeho špirálové obežné dráhy dovnútra k planéte. Tím navrhuje, aby z rovnováhy dvoch procesov - pokračujúci príliv materiálu do satelitov počas ich rastu a strata satelitov ku kolízii s planétou - vyplýva maximálna veľkosť plynovej planéty v súlade s pozorovaniami.

Použitím numerických simulácií a analytických odhadov rastu a straty satelitov tím ukázal, že bolo pravdepodobné viac generácií satelitov, pričom dnešné satelity sú poslednou prežívajúcou generáciou, ktorá sa vytvorila po zastavení rastu planéty a rozptýlení plynového disku. Canup a Ward demonštrujú, že počas viacerých cyklov rastu a straty satelitov si časť hmoty planéty obsiahnutá v jej satelitoch v ktoromkoľvek danom čase udržuje hodnotu, ktorá sa nelíši od 0,0001 v celom rade možností výberu modelových parametrov.

Priame simulácie tímu sú tiež prvé, ktoré produkovali satelitné systémy podobné tým, ktoré majú Jupiter, Saturn a Uran, čo sa týka počtu satelitov, ich najväčších hmotností a rozostupov veľkých satelitných dráh.

„Sme presvedčení, že naše výsledky predstavujú silný prípad, že satelitné systémy Jupiter a Saturn tvorené na diskoch produkovaných ako samotná planéta boli v konečných fázach rastu,“ hovorí Canup. „Pôvod uránskeho satelitného systému je však neistý a pravdepodobnosť, že sa naše výsledky budú vzťahovať na túto planétu, závisí od toho, ako Urán dosiahol svoj takmer 98-stupňový axiálny náklon, čo je téma aktívneho štúdia.“

Pokiaľ ide o extrasolarné systémy, tento výskum naznačuje, že najväčšie satelity planéty s hmotnosťou Jupiter by mali veľkosť Mesiac-Mars, takže od exoplanet s veľkosťou Jovian by sa nemalo očakávať, že budú hostovať satelity také veľké ako Zem. Je to relevantné z hľadiska možnej obývateľnosti satelitov v mimosúdnych systémoch.

Výskum financovali výskumné programy Planetárna geológia a geofyzika NASA a vonkajšie planéty. Článok s názvom „Bežné hromadné škálovanie pre satelitné systémy plynných planét“, ktorý vypracovali Canup a Ward, je uvedený v 15. čísle časopisu Nature.

Pôvodný zdroj: SwRI News Release

Pin
Send
Share
Send