Dlaczego Jowisz i Saturn mają różne systemy księżyców? Nowy model naukowców wyjaśnia tajemnicę

Dlaczego systemy księżyców gazowych olbrzymów różnią się między sobą, mimo że Jowisz i Saturn są podobnymi planetami? Nowe badania pokazują, że kluczową rolę odgrywa pole magnetyczne i struktura dysku otaczającego młode planety.

Różnice między systemami księżyców Jowisza i Saturna

Dwie największe planety Układu Słonecznego posiadają również największe systemy księżyców. Jowisz ma obecnie ponad 100 naturalnych satelitów, natomiast Saturn – wraz z rozbudowanym systemem pierścieni – ponad 280.

Nie wszystkie te obiekty są jednak podobne. W przypadku Jowisza wyróżniają się cztery duże księżyce, w tym największy w Układzie Słonecznym – Ganimedes. System Saturna zdominowany jest natomiast przez jeden duży księżyc – Tytana, drugi co do wielkości w Układzie Słonecznym.

Konieczność rewizji teorii powstawania księżyców

Dotychczasowe teorie formowania się satelitów próbowały wyjaśnić te różnice, jednak pozostawały one niewystarczające. Nowe badania sugerują, że konieczne jest ich ponowne przemyślenie, zwłaszcza w kontekście roli pól magnetycznych.

Jednym z kluczowych zagadnień pozostaje pytanie, czy w dysku okołoplanetarnym Jowisza — czyli nagromadzeniu materii krążącej wokół planety, z którego mogły powstawać naturalne satelity — mogła powstać wewnętrzna luka (pusta przestrzeń).

Budowa spójnego modelu

Zespół badaczy z Japonii i Chin, w tym z Uniwersytetu w Kioto, podjął próbę stworzenia modelu, który wyjaśniałby powstawanie różnych systemów księżyców w sposób spójny.

Jak podkreśla jeden z autorów badań, Yuri I. Fujii: „Badanie procesów formowania planet jest trudne, ponieważ dysponujemy tylko jednym Układem Słonecznym. Jednak liczne systemy księżyców dostarczają danych obserwacyjnych, które można analizować”.

Symulacje powstawania gazowych olbrzymów

W ramach nowego badania opublikowanego w czasopiśmie „Nature Astronomy”, naukowcy przeprowadzili symulacje, aby prześledzić ewolucję termiczną Jowisza i Saturna oraz zmiany ich pól magnetycznych w czasie.

Dodatkowo modelowano dyski okołoplanetarne obu planet oraz przeprowadzono symulacje typu N-body, które pozwoliły śledzić proces powstawania księżyców i ich migrację orbitalną.

Rola pola magnetycznego w kształtowaniu systemów księżyców

Wyniki badań wskazują, że różnice między systemami księżyców wynikają ze struktury dysków okołoplanetarnych, która z kolei zależy od siły pola magnetycznego planety.

W przypadku Jowisza silne pole magnetyczne doprowadziło do powstania „magnetosferycznej pustki” w dysku. To właśnie w niej mogły zostać „zatrzymane” księżyce takie jak Io, Europa i Ganimedes.

Natomiast w przypadku młodego Saturna pole magnetyczne było zbyt słabe, aby utworzyć taką strukturę. W efekcie migrujące księżyce nie mogły przetrwać w dysku.

Znaczenie dla badań egzoksiężyców

Badanie stanowi podstawę do przyszłych obserwacji egzoksiężyców oraz dysków okołoplanetarnych wokół gazowych olbrzymów poza Układem Słonecznym.

Model przewiduje, że planety o rozmiarach Jowisza lub większe będą posiadać zwarte systemy wielu księżyców, natomiast wokół planet wielkości Saturna powstaną najwyżej jeden lub dwa duże naturalne satelity.

Badacze planują rozszerzyć swoją teorię na inne układy księżyców oraz potencjalne systemy egzoksiężyców, aby lepiej zrozumieć procesy ich powstawania.

Eliasz Goldberg