Роль магнитного поля в формировании спутниковых систем: новое объяснение различий между Юпитером и Сатурном

Группа исследователей из Японии и Китая, включая ученых из Киотского университета обнаружила, что различия в системах крупных спутников Юпитера и Сатурна объясняются силой их магнитных полей в молодом возрасте. Результаты этого исследования, объясняющие, почему у Юпитера есть четыре крупных спутника, а у Сатурна – только один, были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Две крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, являются рекордсменами по числу спутников: у Юпитера их более ста, а у Сатурна – более двухсот восьмидесяти. Однако главное различие между их спутниковыми семьями кроется не в количестве малых лун, а в распределении гигантских спутников. В то время как Юпитер может похвастаться четырьмя крупными представителями, включая самый большой спутник в системе – Ганимед, у Сатурна есть только один крупный спутник – Титан, который уступает по размеру только Ганимеду.

Причина того, почему две планеты-гиганта, имеющие схожую природу, сформировали настолько разные системы, долгое время оставалась загадкой для астрономов. Существовавшие теории формирования спутников не могли дать полного объяснения, и недавние исследования магнитных полей звезд указали на необходимость пересмотреть эти теории. Особенно остро обсуждался вопрос о возможности образования в околопланетном диске Юпитера так называемой магнитосферной полости – области, очищенной от газа и пыли, которая могла бы влиять на выживание и рост спутников.

Для создания единой физически непротиворечивой модели, которая могла бы объяснить спутниковые системы обеих планет и быть применимой к экзопланетным системам, команда ученых под руководством Юри Фудзи провела комплексное моделирование. Исследователи смоделировали внутреннюю структуру молодых газовых гигантов, чтобы понять их термическую эволюцию и изменение магнитных полей со временем. Кроме того, были выполнены численные моделирования околопланетных дисков Юпитера и Сатурна, а также N-частичные симуляции, которые отслеживали формирование и миграцию спутников на орбитах. Эти ресурсоемкие расчеты проводились с использованием компьютерного кластера в Центре вычислительной астрофизики Национальной астрономической обсерватории Японии.

Результаты исследования показали, что ключевым фактором, определившим различия, стала сила магнитного поля. Как объясняет первый автор исследования Юри Фудзи: «Проверка теории формирования планет несколько затруднена, поскольку в качестве эталона мы можем использовать только нашу солнечную систему, но вблизи нас находится множество спутниковых систем, детальные характеристики которых мы можем наблюдать».

Моделирование показало, что чрезвычайно сильное магнитное поле молодого Юпитера вызвало образование магнитосферной полости в его околопланетном диске. Эта полость, вероятно, сыграла решающую роль, захватив и сохранив такие крупные спутники, как Ио, Европа и Ганимед. В противоположность этому, магнитное поле молодого Сатурна было слишком слабым, чтобы создать подобную полость. В результате мигрирующие сквозь диск спутники не могли выжить и, скорее всего, падали на планету или разрушались, что позволило сформироваться лишь одному крупному спутнику – Титану.

Разработанная модель предсказывает, что вокруг газовых гигантов размером с Юпитер или больше должны формироваться компактные системы из многих крупных спутников, тогда как планеты размером с Сатурн обзаводятся лишь одним или двумя такими спутниками. Это открытие не только объясняет устройство спутниковых систем в Солнечной системе, но и закладывает основу для будущих поисков и наблюдений экзолун вокруг далеких планет. В дальнейшем команда планирует распространить свою теорию на другие спутниковые системы.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях