Как формируются крупнейшие спутники Юпитера: основные теории ученых
Ученые довольно хорошо понимают, как рождаются планеты, но с лунами все гораздо сложнее. Появление нашей Луны в результате гигантского столкновения — скорее исключение, чем правило, и этот сценарий не объясняет, как у планет-гигантов вроде Юпитера появляются целые системы больших спутников. Новая научная работа предлагает несколько ключей к разгадке этой тайны.
Юхито Сибаике и Янн Алибер из Бернского университета объясняют, чем рождение лун отличается от рождения планет. Во-первых, все происходит гораздо быстрее, примерно в 10–100 раз. Во-вторых, система, в которой рождается луна, постоянно меняется. Она непрерывно получает новое вещество извне и одновременно теряет его, потому что центральная планета, как гигантский пылесос, затягивает все в себя. Наконец, у астрономов просто мало примеров для изучения. Если планетных систем с момента открытия экзопланет нашли тысячи, то систем с множеством крупных спутников известно всего две: у Юпитера и Сатурна.
В центре внимания ученых оказались галилеевы спутники Юпитера — четыре самые крупные луны, которые открыл еще Галилео Галилей. Они сформировались внутри огромного облака из газа и пыли, которое вращалось вокруг молодого Юпитера. Это облако называют околоюпитерианским диском. Он очень похож на околозвездный диск, из которого когда-то образовались все планеты Солнечной системы, включая Землю, только в центре был не Солнце, а Юпитер.
Раньше считалось, что в этом диске изначально было достаточно материала для строительства лун. Но более современная теория, предложенная в 2002 году, гласит, что диск был «голодным». То есть вещества в нем было мало, но он постоянно пополнялся за счет гравитационного захвата материала из общего околосолнечного диска.
Здесь и начинается самое интересное — процесс роста спутников. Одна из главных задач планеты — расчищать свою орбиту от мусора. Юпитер, как самая большая планета, делает это очень эффективно. Он притягивает к себе все, что астрономы называют «галькой». Только это не маленькие камушки, а валуны размером в несколько метров.
Как же в таких условиях лунам удалось набрать массу? Есть две основные идеи. Первая гласит, что спутники росли из очень мелких частиц пыли, которые могли проникнуть в околоюпитерианский диск незамеченными. Но некоторые ученые сомневаются в эффективности этого механизма.
Вторая теория — захват планетезималей. Планетезималь — это, по сути, зародыш будущей планеты. Возможно, гравитация соседнего Сатурна выталкивала такие зародыши с их орбит, а когда они пролетали мимо Юпитера, газовое облако вокруг него тормозило их. После этого гигантская гравитация Юпитера уже не отпускала «пленника», и он становился его спутником.
Различия между самими галилеевыми спутниками могут помочь проверить эти теории. Например, спутник Каллисто — белая ворона в своей семье. В отличие от остальных трех лун, ее орбита не находится в резонансе с Юпитером, то есть их периоды обращения не связаны красивым математическим соотношением. Возможно, Каллисто формировалась в других условиях или же пережила столкновение с крупным объектом, который сбил ее с первоначального курса.
Кроме того, спутник Каллисто лишь частично дифференцирован. Это значит, что у него нет четкого разделения на ядро, мантию и кору, как у соседей. Некоторые модели предполагают, что Каллисто просто еще не закончила свое формирование и со временем станет больше похожа на остальные спутники.
Чтобы ответить на все эти вопросы, ученым не хватает данных. Большие надежды возлагают на миссию Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), которая поможет лучше изучить ледяные луны Юпитера. Но даже ее данных может быть недостаточно, ведь в распоряжении астрономов будет информация всего об одной системе спутников.
Настоящий прорыв произойдет тогда, когда телескопы станут настолько мощными, что смогут находить экзолуны — спутники у планет в других звездных системах. Когда у ученых появятся десятки примеров, они смогут проверить все существующие теории и наконец-то понять, как рождаются спутники планет.
Недавно ученые выяснили, что на ранних этапах своего формирования Юпитер был вдвое больше, а его магнитное поле — в 50 раз мощнее. Поэтому особенно интересно, в какой момент появились его спутники и как им удалось пережить соседство с огромной планетой.
Самое популярное
