Vaikka aurinkokuntamme kaasujättiläiset vaihtelevat suuresti kooltaan ja massaltaan, niillä on jotain yhteistä. Jokainen planeetta on noin 10 000 kertaa suurempi kuin niiden kaikkien kuuiden yhteenlaskettu massa. Planeettojen muodostumisen aikana kivikuut kasvoivat jokaista planeettaa ympäröivästä kiinteästä materiaalista. Kun nämä kuut kasvoivat, jäljelle jäänyt kaasu hidasti niitä, ja ne putosivat planeetalle kulutettavaksi. Kuut, joita näemme tänään, olivat viimeisiä, jotka muodostuivat emoplaneettojensa ympärille kaasun haihtumisen jälkeen.
Jokaisella aurinkokuntamme uloimmalla kaasumaisella planeetalla on useiden satelliittien järjestelmä, ja näihin objekteihin kuuluvat Jupiterin tulivuoren Io ja Europa, joiden uskotaan olevan maanalainen valtameri, sekä Titan ja sen tiheä ja orgaaninen ilmakehä Saturnuksessa. Vaikka yksittäisten satelliittien ominaisuudet vaihtelevat, kaikissa järjestelmissä on hämmästyttävä samankaltaisuus: kunkin satelliittijärjestelmän kokonaismassa verrattuna sen isäntäplaneetan massaan on lähes vakiosuhde, noin 1:10 000.
Southwest Research Instituten tutkijoiden tutkimus, joka julkaistiin Nature-lehdessä 15. kesäkuuta, ehdottaa selitystä sille, miksi kaasumaisilla planeetoilla on tämä johdonmukaisuus ja miksi kaasuplaneettojen satelliitit ovat niin paljon pienempiä planeettaan verrattuna kuin maapallon pääsatelliitit. kiinteät planeetat.
Jupiterin neljä Galilean satelliittia ovat kukin suunnilleen samankokoisia, kun taas Saturnuksella on yksi suuri satelliitti yhdessä lukuisten paljon pienempien satelliittien kanssa. Silti molempien satelliittijärjestelmien kokonaismassa on noin sadasosa yhden prosentin (0,0001) vastaavan planeetan massasta. Uraani-satelliittijärjestelmän rakenne on samanlainen kuin Jupiterin, ja sillä on myös sama massasuhde. Sitä vastoin kiinteiden planeettojen suuret satelliitit sisältävät paljon suurempia osia planeettojensa massasta, kun Kuu sisältää 1 prosentin (0,01) Maan massasta ja Pluton satelliitti Charon yli 10 prosenttia (0,1) sen massasta.
Miksi kaasuplaneetoilla, joilla kullakin on ainutlaatuinen muodostumishistoriansa, on satelliittijärjestelmät, jotka sisältävät tasaisen osan kunkin planeetan massasta, ja miksi tämä osuus on niin pieni verrattuna kiinteisiin planeettasatelliitteihin? Tohtori Robin Canup ja tohtori William Ward SwRI:n avaruustutkimusosastosta ehdottavat, että kaasun, pääasiassa vedyn, läsnäolo näiden satelliittien muodostumisen aikana rajoitti niiden kasvua ja valitsi yhteisen satelliittijärjestelmän massaosuuden.
Kun kaasuplaneetat muodostuivat, ne kerääntyivät vetykaasua ja kiinteitä aineita, kuten kiviä ja jäätä. Kaasuplaneetan muodostumisen viimeisessä vaiheessa uskotaan olevan sekä kaasun että kiinteiden aineiden virtaaminen auringon kiertoradalta planeetan kiertoradalle, jolloin syntyy kaasu- ja kiintoainekiekko, joka kiertää planeettaa sen päiväntasaajan tasossa. Satelliittien uskotaan muodostuneen levyn sisällä.
Canup ja Ward katsoivat, että kasvavan satelliitin painovoima indusoi spiraaliaaltoja ympäröivään kaasulevyyn ja että näiden aaltojen ja satelliitin välinen gravitaatiovuorovaikutus saa satelliitin kiertoradan supistumaan. Tämä vaikutus vahvistuu satelliitin kasvaessa, joten mitä suuremmaksi satelliitti kasvaa, sitä nopeammin sen kiertorata kiertyy sisäänpäin kohti planeettaa. Tiimi ehdottaa, että kahden prosessin tasapaino – jatkuva materiaalivirtaus satelliitteihin niiden kasvun aikana ja satelliittien menetys törmäyksessä planeetan kanssa – merkitsee kaasuplaneettasatelliitin maksimikokoa, joka on havaintojen mukainen.
Käyttäen sekä numeerisia simulaatioita että analyyttisiä arvioita satelliittien kasvusta ja häviämisestä, tiimi osoittaa, että useat satelliittisukupolvet olivat todennäköisiä, ja nykyiset satelliitit ovat viimeinen elossa oleva sukupolvi, joka muodostui planeetan kasvun pysähtyessä ja kaasulevyn hajottua. Canup ja Ward osoittavat, että useiden satelliittien kasvu- ja häviämissyklien aikana sen satelliiteissa kulloinkin oleva planeetan massan osuus säilyttää arvon, joka ei juuri poikkea arvosta 0,0001 useissa malliparametrivalinnoissa.
Ryhmän suorat simulaatiot ovat myös ensimmäiset, jotka tuottavat Jupiterin, Saturnuksen ja Uranuksen kaltaisia satelliittijärjestelmiä satelliittien lukumäärän, niiden suurimman massan ja suurten satelliittien kiertoratojen etäisyyksien suhteen.
'Uskomme, että tulokset osoittavat vahvan todisteen siitä, että Jupiterin ja Saturnuksen satelliittijärjestelmät muodostuivat levyihin, jotka on tuotettu planeetan viimeisessä kasvuvaiheessa', Canup sanoo. 'Uranian-satelliittijärjestelmän alkuperä on kuitenkin edelleen epävarma, ja todennäköisyys, että tuloksiamme voidaan soveltaa kyseiselle planeetalle, riippuu siitä, kuinka Uranus saavutti lähes 98 asteen aksiaalisen kallistuksensa, mikä on aktiivisen tutkimuksen aihe.'
Auringon ulkopuolisten järjestelmien osalta tämä tutkimus viittaa siihen, että Jupiterin massaplaneetan suurimmat satelliitit olisivat Kuusta Marsiin kokoisia, joten Jovian kokoisten eksoplaneettojen ei odoteta isännöivän Maan kokoisia satelliitteja. Tämä on olennaista satelliittien mahdollisen asuttavuuden kannalta aurinkokunnan ulkopuolisissa järjestelmissä.
NASAn planeettageologian ja geofysiikan sekä ulkoplaneettojen tutkimusohjelmat rahoittivat tätä tutkimusta. Canupin ja Wardin artikkeli 'A common mass scaling for satellite systems of gaseous planets' ilmestyy Nature-lehden 15. kesäkuuta numerossa.
Alkuperäinen lähde: SwRI:n uutistiedote