Kaut arī mūsu Saules sistēmas gāzes giganti ir ļoti atšķirīgi pēc lieluma un masas, viņiem tomēr ir kaut kas kopīgs. Kad šie mēneši kļuva lielāki, pārpalikušā gāze tos palēnināja, un viņi iekrita planētā, ko patērēt. Mēneši, kurus mēs šodien redzam, bija pēdējie, kas izveidojās ap vecāku planētām pēc tam, kad gāze bija izkliedēta.
Katrā no mūsu Saules sistēmas ārējām gāzveida planētām atrodas vairāku satelītu sistēma, un šajos objektos ietilpst Jupitera vulkāniskais Io un Eiropa ar savu domājamo pazemes okeānu, kā arī Titāns ar blīvo un organiskajiem procesiem bagāto atmosfēru Saturnā. Kaut arī atsevišķu satelītu īpašības atšķiras, visām sistēmām ir pārsteidzoša līdzība: katras satelīta sistēmas kopējā masa, salīdzinot ar tās saimnieka planētas masu, ir gandrīz gandrīz nemainīga attiecība, aptuveni 1: 10 000.
Dienvidrietumu pētniecības institūta zinātnieku veiktie pētījumi, kas publicēti Nature 15. jūnija numurā, piedāvā paskaidrojumu, kāpēc gāzveida planētām ir šāda konsekvence un kāpēc gāzes planētu satelīti ir tik daudz mazāki salīdzinājumā ar to planētu nekā galvenie satelīti cietas planētas.
Jupitera četri Galilejas satelīti ir aptuveni līdzīga lieluma, savukārt Saturnam ir viens liels satelīts kopā ar daudziem daudz mazākiem satelītiem. Pat ja tā, kopējā masa abās satelītu sistēmās ir aptuveni viena procenta simtdaļa (0,0001) no attiecīgās planētas masas. Urāna satelītsistēmas struktūra ir līdzīga Jupitera struktūrai, un tai ir arī tāda pati masas attiecība. Turpretī lielie cieto planētu satelīti satur daudz lielākas viņu planētas masu frakcijas - Mēness satur 1 procentu (0,01) Zemes masas, bet Plutona satelīts Šarons satur vairāk nekā 10 procentus (0,1) no savas masas.
Kāpēc gāzes planētām, kurām katrai ir savs unikāls veidošanās vēsturi, ir satelītu sistēmas, kas satur nemainīgu katras planētas masas daļu, un kāpēc šī frakcija ir tik maza, salīdzinot ar cietiem planētas satelītiem? Dr Robin Canup un Dr. William Ward no SwRI Kosmosa pētījumu departamenta ierosina, ka gāze, galvenokārt ūdeņradis, šo satelītu veidošanās laikā ierobežoja to augšanu un tika izvēlēta kopējai satelītu sistēmas masas daļai.
Veidojoties gāzes planētām, tajās uzkrājās ūdeņraža gāze un cietās vielas, piemēram, ieži un ledus. Tiek uzskatīts, ka gāzes planētas veidošanās pēdējā posmā notiek gan gāzes, gan cietu vielu pieplūde no Saules orbītas uz planētas orbītu, veidojot gāzes un cietvielu disku, kas riņķo ap planētu tās ekvatoriālajā plaknē. Tiek uzskatīts, ka satelīti ir izveidojušies tieši šajā diskā.
Canup un Ward uzskatīja, ka pieaugošais satelīta gravitācija izraisa spirālveida viļņus apkārtējā gāzes diskā un ka gravitācijas mijiedarbība starp šiem viļņiem un satelītu izraisa satelīta orbītas saraušanos. Šis efekts kļūst spēcīgāks, pieaugot satelītam, tāpēc jo lielāks ir satelīts, jo ātrāk tā orbītas spirāles virzās uz planētu. Komanda ierosina, ka divu procesu līdzsvars - notiekošā materiāla pieplūde satelītiem to augšanas laikā un satelītu zaudēšana sadursmē ar planētu - nozīmē gāzes planētas satelīta maksimālo izmēru, kas atbilst novērojumiem.
Izmantojot gan skaitliskas simulācijas, gan analītiskus satelītu pieauguma un zaudējumu aprēķinus, komanda parāda, ka, iespējams, ir bijušas vairākas satelītu paaudzes, un šodienas satelīti bija pēdējā izdzīvojušā paaudze, kas izveidojās, planētas izaugsmei apstājoties un izkliedējot gāzes disku. Canup un Ward demonstrē, ka vairākos satelīta augšanas un zaudēšanas ciklos planētas masas daļa, kas atrodas tās satelītos, jebkurā laikā saglabā vērtību, kas ļoti neatšķiras no 0,0001 plašā modeļa parametru izvēles diapazonā.
Komandas tiešās simulācijas ir arī pirmās, kas ražo satelītu sistēmas, kas ir līdzīgas Jupiteram, Saturnam un Urānam, ņemot vērā satelītu skaitu, to lielāko masu un lielo satelīta orbītu attālumus.
"Mēs ticam, ka mūsu rezultāti liecina par labu tam, ka Jupitera un Saturna satelītu sistēmas veidojas diskos, kas ražoti tā, kā pati planēta bija pēdējās izaugsmes stadijās," saka Canup. "Tomēr Urāna satelītsistēmas izcelsme joprojām ir neskaidrāka, un varbūtība, ka mūsu rezultāti būs piemērojami šai planētai, ir atkarīga no tā, kā Urāns sasniedza gandrīz 98 grādu aksiālo slīpumu, kas ir aktīvu pētījumu tēma."
Ekstrasolāru sistēmu gadījumā šis pētījums liek domāt, ka Jupitera masas planētas lielākie satelīti būtu Mēness-Marsa lielumā, lai Jovian izmēra eksoplanetes nevarētu uzņemt tik lielus satelītus kā Zeme. Tas attiecas uz satelītu iespējamo apdzīvojamību ekstrasolārajās sistēmās.
Šo pētījumu finansēja NASA Planētu ģeoloģijas un ģeofizikas un ārējo planētu pētījumu programmas. Raksts “Kopēja masveida mērogošana gāzveida planētu satelītu sistēmām”, kuru autori ir Canup and Ward, parādās Nature 15. jūnija numurā.
Oriģinālais avots: SwRI ziņu izlaidums
