Iako se plinski divovi našeg Sunčevog sustava jako razlikuju u veličini i masi, imaju nešto zajedničko. Kako su se ovi Mjeseci povećavali, preostali plin ih je usporavao i padali su na planetu da bi ih potrošili. Mjeseci koje danas vidimo bili su posljednji koji su se formirali oko njihovih matičnih planeta, nakon što se plin raspršio.
Svaka vanjska plinovita planeta našeg Sunčevog sustava domaćin je sustava s više satelita, a ti objekti uključuju Jupiterove vulkanske Io i Europa s vjerovatnim podzemnim oceanom, kao i Titan s gustom i organsko bogatom atmosferom na Saturnu. Iako se pojedinačna svojstva satelita razlikuju, svi sustavi imaju nevjerojatnu sličnost: ukupna masa svakog satelitskog sustava u usporedbi s masom planeta domaćina gotovo je konstantan omjer, otprilike 1: 10 000.
Istraživanje znanstvenika Instituta za istraživanje jugozapada, objavljeno u časopisu Nature od 15. lipnja, predlaže objašnjenje zašto plinoviti planeti pokazuju tu konzistenciju i zašto su sateliti plinskih planeta toliko manji u odnosu na njihov planet od glavnih satelita čvrste planete.
Četiri galilejska satelita Jupitera po veličini su približno slična, dok Saturn ima jedan veliki satelit zajedno s mnogo mnogo manjim satelitima. Unatoč tome, ukupna masa u oba satelitska sustava iznosi oko stote od jednog posto (0,0001) mase dotičnog planeta. Uranska struktura satelitskog sustava slična je strukturi Jupitera, a pokazuje i isti omjer masa. Suprotno tome, veliki sateliti čvrstih planeta sadrže mnogo veće frakcije mase njihovih planeta, s tim da Mjesec sadrži 1 posto (0,01) Zemljine mase, a Pluton-ov satelit, Charon, koji sadrži više od 10 posto (0,1) svoje mase.
Zašto plinske planete, svaka s vlastitom povijesnom tvorbom, imaju satelitske sustave koji sadrže jednak udio mase svake planete i zašto je taj udio toliko mali u usporedbi sa satelitima čvrstih planeta? Dr. Robin Canup i dr. William Ward iz Odjela za svemirske studije SwRI predlažu da je prisutnost plina, prije svega vodika, tijekom formiranja ovih satelita ograničila njihov rast i odabrana za zajednički masni udio satelitskog sustava.
Kako su se plinske planete formirale, akumulirali su vodikov plin i krute tvari poput stijena i leda. Vjeruje se da posljednja faza formiranja plinskog planeta uključuje priliv plina i krutina iz solarne orbite u planetarnu orbitu, stvarajući disk plina i krutih tvari koji kruže oko planete u njenoj ekvatorijalnoj ravnini. Vjeruje se da su unutar tog diska formirani sateliti.
Canup i Ward smatrali su da gravitacija rastućeg satelita inducira spiralne valove u okolnom plinskom disku i da gravitacijske interakcije između tih valova i satelita uzrokuju da se orbita satelita steže. Taj efekt postaje jači kako satelit raste, tako da što je satelit veći, brže će mu se orbite spirale prema planeti. Tim predlaže da balans dva procesa - neprekidni priliv materijala u satelite tijekom njihovog rasta i gubitak satelita zbog sudara sa planetom - podrazumijeva maksimalnu veličinu satelita za plinski planet u skladu s opažanjima.
Koristeći numeričke simulacije i analitičke procjene rasta i gubitka satelita, tim pokazuje da je vjerovatno bilo više generacija satelita, s današnjim satelitima koji su posljednja preživjela generacija koja se formirala kako prestaje rast planete i raspršivanje plinskog diska. Canup i Ward pokazuju da tijekom više ciklusa rasta i gubitka satelita, udio mase planeta sadržan u njegovim satelitima u bilo kojem trenutku održava vrijednost koja se ne razlikuje od 0,0001 u širokom rasponu izbora parametara modela.
Izravne simulacije tima također su prve koje su proizvele satelitske sustave slične onima Jupitera, Saturna i Urana u pogledu broja satelita, njihove najveće mase i razmaka velikih satelitskih orbita.
"Vjerujemo da naši rezultati predstavljaju jak slučaj da su se satelitski sustavi Jupitera i Saturna formirali unutar diskova proizvedenih kako je i sam planet bio u posljednjoj fazi rasta", kaže Canup. "Međutim, podrijetlo uranskog satelitskog sustava ostaje neizvjesnije, a vjerojatnost da će naši rezultati biti primjenjivi na tom planetu ovisi o tome kako je Uran postigao svoj aksijalni nagib od gotovo 98 stupnjeva, što je tema aktivnog proučavanja."
Za ekstrasolarne sustave, ovo istraživanje sugerira da bi najveći sateliti planeta mase Jupitera bili veličine Mjeseca do Marsa, tako da se ne bi moglo očekivati da egzoplaneti veličine Jovia budu domaćin satelitima velikim kao Zemlja. Ovo je važno za potencijalnu životnost satelita u ekstrasolarnim sustavima.
NASA-ini istraživački programi za planetarnu geologiju i geofiziku i vanjski planeti financirali su ovo istraživanje. Članak, „Uobičajeno masovno skaliranje satelitskih sustava plinovitih planeta“, autora Canup i Ward, pojavljuje se u časopisu Nature od 15. lipnja.
Izvorni izvor: SwRI News Release
