Мы уже довольно много знаем о том, как формируются планеты, но формирование Луны - это совершенно другой процесс, с которым мы не так хорошо знакомы. Ученые думают, что они понимают, как сформировался самый важный спутник в нашей Солнечной системе (наш собственный), но его насильственное рождение не является нормой и не может объяснить более крупные лунные системы, такие как галилеевы спутники вокруг Юпитера. В новой главе книги Юхито Шибайке и Яна Алиберта из Бернского университета, также опубликованной в виде препринта на arXiv, обсуждаются различные идеи, связанные с образованием крупных лунных систем, особенно Галилеевой, и то, как мы, возможно, когда-нибудь сможем их различать.
Галилеевы спутники образуют так называемый околозвездный диск (CJD), аналог околозвездного диска (CSD), который окружает Солнце, но вместо него в центре находится Юпитер. Остальные 93 с лишним негалилеевых спутника вокруг Юпитера также определяют CJD, но их создание может отличаться из-за различий в размерах.
Согласно статье, существует три основных различия между образованием планет и лун. Формирование Луны происходит в гораздо более быстром временном масштабе — примерно в 10-100 раз быстрее, чем формирование планет. Сама система также постоянно получает дополнительный материал от CSD и отдает его тому, что находится в центре диска, которым в случае CJD является Юпитер.
И, наконец, примеров систем с несколькими крупными лунами не так много, как планетных систем, по крайней мере, с момента открытия экзопланет 30 лет назад. Юпитер и Сатурн остаются единственными примерами крупных лунных систем, и пройдет некоторое время, прежде чем будет найдена какая-либо система с несколькими экзолунами.
Фрейзер рассказывает о формировании нашей собственной луны, которое кардинально отличалось от образования галилеян.
Итак, что мы можем сказать о формировании этих лунных систем из двух, о которых нам известно? В статье процесс разбит на три этапа. Первый - это формирование CJD, которое включает в себя газ и пыль, а также спутники. Первоначально это подтверждалось "моделью минимальной массы", разработанной в 1980-х годах, которая предполагала, что диск является статичным и содержит приблизительно общую массу галилеевых лун. В 2002 году была разработана новая теория, которая моделировала CJD как "диск без газа", где исходный CJD был относительно беден материалом, но к нему было добавлено много дополнительного материала в результате гравитационного захвата из CSD.
Считается, что этот гравитационный захват сыграл ключевую роль в формировании галилеевых спутников и знаменует собой вторую фазу их создания. Однако Юпитер - это планета, и одним из требований к планете является то, что она должна расчищать свой орбитальный путь. Поскольку Юпитер - самая большая планета, он делает это очень эффективно, включая то, что астрономы называют "галькой" (но на Земле это можно было бы считать валуном приличных размеров, несколько метров в поперечнике).
Один из способов срастания спутников, учитывая такую нехватку мелкого материала, заключается в использовании еще более мелкого материала — мелкие частицы пыли могут попасть в CJD, не подвергаясь воздействию Юпитера, хотя есть некоторые споры о том, насколько эффективен этот процесс. Другим методом был бы "планетезимальный захват", когда гравитация Юпитера хорошо улавливает ядро того, что в конечном итоге могло бы стать планетой, но затем оказывается просто одним из спутников планеты-гиганта. Возможно, они подверглись гравитационному воздействию Сатурна, а затем замедлились на своей орбите, пройдя через газовое облако, окружавшее ранний Юпитер, которое и образовало CJD.
Фрейзер более подробно рассказывает о миссиях, которые будут исследовать спутники Юпитера.
В самих галилеевых спутниках есть некоторые различия, которые могут быть использованы для доказательства или опровержения этих различных теорий формирования. Например, Каллисто вообще не находится в резонансе с Юпитером, в отличие от остальных своих галилеевых собратьев.
Одна из возможных теорий, объясняющих это, заключается в том, что четвертый спутник Юпитера сформировался в других условиях или, возможно, был сбит с естественного курса собственным ударным элементом. Каллисто снова выделяется, поскольку она лишь частично "дифференцирована" (то есть имеет отдельное ядро, мантию и внешнюю оболочку), в отличие от трех своих собратьев. Некоторые модели аккреции гальки предполагают, что Каллисто все еще находится на ранней стадии своего формирования и со временем начнет больше походить на своих собратьев.
Но в конечном счете на эти и многие другие вопросы, касающиеся формирования крупных лунных систем, будет трудно ответить без дополнительных данных. Миссия Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) поможет пролить некоторый свет на эти вопросы, но даже в этом случае в нашем распоряжении по-прежнему остается только один или, самое большее, два набора данных.
До тех пор, пока телескопы, охотящиеся за экзопланетами, не станут достаточно мощными, чтобы начинать находить экзолуны так же часто, как они в настоящее время находят планеты, многие из этих теорий образования останутся непроверенными. Когда-нибудь эти данные появятся, и когда это произойдет, они помогут нам лучше понять некоторые важные части нашей собственной солнечной системы.
