แม้ว่ายักษ์ใหญ่ก๊าซของระบบสุริยะของเราจะมีขนาดและมวลแตกต่างกันไป แต่ก็มีบางอย่างที่เหมือนกัน เมื่อดวงจันทร์เหล่านี้โตขึ้นก๊าซที่เหลือก็ทำให้มันช้าลงและพวกมันก็ตกลงไปในโลกเพื่อบริโภค ดวงจันทร์ที่เราเห็นในวันนี้เป็นดาวเคราะห์ดวงสุดท้ายที่ก่อตัวรอบดาวเคราะห์แม่หลังจากที่แก๊สกระจาย
ดาวเคราะห์ก๊าซรอบนอกของระบบสุริยะของเราแต่ละแห่งจัดระบบดาวเทียมหลายดวงและวัตถุเหล่านี้รวมถึงภูเขาไฟไอโอและยูโรปาของจูปิเตอร์ที่มีมหาสมุทรใต้พื้นผิวที่เชื่อเช่นเดียวกับไททันที่มีบรรยากาศหนาแน่นและอุดมไปด้วยสารอินทรีย์ ในขณะที่คุณสมบัติดาวเทียมส่วนบุคคลแตกต่างกันไป แต่ระบบทั้งหมดมีความคล้ายคลึงกันที่น่าประทับใจ: มวลรวมของระบบดาวเทียมแต่ละระบบเมื่อเปรียบเทียบกับมวลของดาวเคราะห์ดวงนี้มีอัตราส่วนคงที่เกือบจะเท่ากับ 1: 10,000
การวิจัยโดยนักวิทยาศาสตร์ที่สถาบันวิจัย Southwest ตีพิมพ์ในฉบับวันที่ 15 มิถุนายนของธรรมชาติเสนอคำอธิบายว่าทำไมดาวเคราะห์ก๊าซแสดงความสอดคล้องนี้และทำไมดาวเทียมของดาวเคราะห์ก๊าซมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์ของพวกเขามากกว่าดาวเทียมหลักของ ดาวเคราะห์ของแข็ง
ดาวเทียมกาลิเลโอทั้งสี่ของดาวพฤหัสนั้นมีขนาดใกล้เคียงกันในขณะที่ดาวเสาร์มีดาวเทียมขนาดใหญ่หนึ่งดวงพร้อมกับดาวเทียมขนาดเล็กจำนวนมาก ถึงกระนั้นมวลรวมทั้งหมดของระบบดาวเทียมทั้งสองก็อยู่ที่ประมาณหนึ่งในร้อยของหนึ่งเปอร์เซ็นต์ (0.0001) ของมวลดาวเคราะห์นั้น โครงสร้างระบบดาวเทียมของ Uranian นั้นคล้ายกับของดาวพฤหัสบดีและมันก็มีอัตราส่วนมวลเท่ากัน ในทางตรงกันข้ามดาวเทียมขนาดใหญ่ของดาวเคราะห์ที่เป็นของแข็งประกอบด้วยเศษส่วนขนาดใหญ่กว่าของมวลดาวเคราะห์ของพวกเขาโดยดวงจันทร์บรรจุมวลโลก 1% (0.01) และ Charon ของดาวเทียมดาวพลูโตซึ่งประกอบด้วยมวลมากกว่า 10% (0.1)
ทำไมดาวเคราะห์ก๊าซแต่ละแห่งที่มีประวัติการก่อตัวที่ไม่เหมือนใครของตนเองมีระบบดาวเทียมที่ประกอบด้วยเศษส่วนที่สอดคล้องกันของมวลดาวเคราะห์แต่ละดวงและทำไมเศษส่วนนี้จึงเล็กเมื่อเทียบกับดาวเทียมดาวเคราะห์แข็ง? ดร. โรบินคานาปัพและดร. วิลเลียมวอร์ดแห่งแผนกการศึกษาอวกาศของ SwRI เสนอว่ามันมีแก๊สไฮโดรเจนเป็นหลักในระหว่างการก่อตัวของดาวเทียมเหล่านี้ซึ่ง จำกัด การเติบโตของพวกมันและเลือกสำหรับส่วนมวลของระบบดาวเทียมทั่วไป
เมื่อดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นพวกเขาสะสมก๊าซไฮโดรเจนและของแข็งเช่นหินและน้ำแข็ง ขั้นตอนสุดท้ายของการก่อตัวดาวเคราะห์ก๊าซเชื่อว่าเกี่ยวข้องกับการไหลเข้าของทั้งก๊าซและของแข็งจากวงโคจรแสงอาทิตย์เข้าสู่วงโคจรของดาวเคราะห์ทำให้เกิดดิสก์ก๊าซและของแข็งที่โคจรรอบดาวเคราะห์ในระนาบศูนย์สูตร อยู่ภายในดิสก์ที่เชื่อว่าดาวเทียมก่อตัวขึ้น
Canup and Ward พิจารณาว่าแรงโน้มถ่วงของดาวเทียมที่กำลังเติบโตก่อให้เกิดคลื่นเกลียวในดิสก์แก๊สรอบ ๆ และการโต้ตอบแรงโน้มถ่วงระหว่างคลื่นเหล่านี้กับดาวเทียมทำให้วงโคจรของดาวเทียมหดตัว เอฟเฟกต์นี้จะแข็งแกร่งขึ้นเมื่อดาวเทียมเติบโตขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นยิ่งดาวเทียมมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าใดวงโคจรก็จะหมุนวนเข้าหาดาวเคราะห์ได้เร็วขึ้น ทีมเสนอว่าสมดุลของสองกระบวนการ - การไหลของวัสดุอย่างต่อเนื่องไปยังดาวเทียมในระหว่างการเจริญเติบโตและการสูญเสียของดาวเทียมที่จะชนกับดาวเคราะห์ - หมายถึงขนาดสูงสุดสำหรับดาวเทียมดาวเคราะห์ก๊าซที่สอดคล้องกับการสังเกตการณ์
เมื่อใช้ทั้งแบบจำลองเชิงตัวเลขและการประเมินเชิงวิเคราะห์เกี่ยวกับการเติบโตและการสูญเสียของดาวเทียมทีมแสดงให้เห็นว่าดาวเทียมหลายชั่วอายุนั้นมีโอกาสที่จะเกิดขึ้นด้วยดาวเทียมของวันนี้เป็นรุ่นสุดท้ายที่รอดตายซึ่งก่อตัวขึ้นเมื่อการเจริญเติบโตของดาวเคราะห์หยุด Canup and Ward แสดงให้เห็นว่าในช่วงหลายรอบของการเติบโตและการสูญเสียของดาวเทียมส่วนของมวลของดาวเคราะห์ที่บรรจุอยู่ในดาวเทียมในเวลาใดก็ตามรักษาค่าไม่แตกต่างจาก 0.0001 ในตัวเลือกพารามิเตอร์แบบจำลองที่หลากหลาย
การจำลองโดยตรงของทีมยังเป็นระบบแรกที่สร้างระบบดาวเทียมคล้ายกับดาวพฤหัสบดีดาวเสาร์และดาวยูเรนัสในแง่ของจำนวนดาวเทียมมวลที่ใหญ่ที่สุดและระยะห่างของวงโคจรดาวเทียมขนาดใหญ่
“ เราเชื่อว่าผลลัพธ์ของเรานำเสนอกรณีที่แข็งแกร่งว่าระบบดาวเทียมของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ก่อตัวขึ้นภายในดิสก์ที่ผลิตเนื่องจากดาวเคราะห์นั้นอยู่ในช่วงการเติบโตขั้นสุดท้าย” Canup กล่าว “ อย่างไรก็ตามที่มาของระบบดาวเทียม Uranian นั้นยังมีความไม่แน่นอนมากขึ้นและความเป็นไปได้ที่ผลลัพธ์ของเราจะถูกนำไปใช้กับโลกนั้นขึ้นอยู่กับว่าดาวยูเรนัสสามารถบรรลุความเอียงแกนเกือบ 98 องศาซึ่งเป็นหัวข้อของการศึกษา
สำหรับระบบนอกระบบการวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าดาวเทียมที่ใหญ่ที่สุดของดาวเคราะห์มวลดาวพฤหัสนั้นจะมีขนาดเท่าดวงจันทร์ถึงดาวอังคารดังนั้นดาวเคราะห์นอกระบบขนาด Jovian จะไม่ถูกคาดหวังว่าจะเป็นบริวารขนาดใหญ่เท่าโลก สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับความเป็นไปได้ในการอาศัยของดาวเทียมในระบบนอกระบบ
โครงการวิจัยธรณีวิทยาและธรณีฟิสิกส์ของนาซ่าและดาวเคราะห์รอบนอกได้รับทุนสนับสนุนงานวิจัยนี้ บทความ“ มาตราส่วนทั่วไปสำหรับระบบดาวเทียมของดาวเคราะห์ก๊าซ” โดย Canup and Ward ปรากฏในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 15 มิถุนายน
แหล่งต้นฉบับ: ข่าวประชาสัมพันธ์ของ SwRI
