Выяснилось, почему у Юпитера больше крупных спутников, чем у Сатурна
Две крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, могут похвастаться и самым большим количеством спутников. На сегодня у Юпитера их насчитывают более ста, а у Сатурна — свыше 280. Однако не все эти луны одинаковы. В семействе Юпитера есть четыре крупных представителя — галилеевы спутники, — включая самый большой в Солнечной системе Ганимед. Среди сатурнианских лун безраздельно царит второй по размеру Титан, остальные куда скромнее.
Поскольку обе планеты — газовые гиганты, причины различий в их спутниковых системах давно не дают покоя астрономам. Существующие теории формирования спутников предлагали некоторые варианты, но недавние исследования магнитных полей звезд дали основания к пересмотру этих теорий. Кроме того, продолжаются споры о магнитной аккреции и рождении лун: в частности, могла ли возникла полость в околопланетном диске Юпитера — скоплении вещества, послужившей материалом для спутников.
Если бы существовала физически непротиворечивая модель, объясняющая устройство сразу нескольких систем — например, спутниковых систем Юпитера и Сатурна, — ее можно было бы применить и к другим планетам и лунам за пределами Солнечной системы. Именно это побудило группу исследователей из Японии и Китая построить такую модель. Результаты исследования опубликованы в Nature Astronomy.
«Проверять теорию формирования планет довольно трудно, потому что в нашем распоряжении — только собственная Солнечная система. Но зато у нас есть несколько спутниковых систем поблизости, чьи детальные характеристики мы можем наблюдать», — говорит астрофизик Фудзии Юри из Киотского университета, первый автор работы.
Чтобы понять, как менялся тепловой режим Юпитера и Сатурна и как их магнитные поля эволюционировали со временем, провели численное моделирование внутреннего строения молодых газовых гигантов. Смоделировали околопланетные диски обеих планет и выполнили симуляции N тел, чтобы проследить за формированием спутников и изменениями их орбит. Расчеты проходили на кластере PC в Центре вычислительной астрофизики Национальной астрономической обсерватории Японии.
Результаты показали, что разницу между системами крупных спутников Юпитера и Сатурна можно объяснить неодинаковым строением их дисков, которое, в свою очередь, определяется силой магнитного поля. Если в двух словах, мощное магнитное поле Юпитера привело к образованию магнитосферной полости в околопланетном диске молодого гиганта — и эта полость, судя по всему, захватила луны Ио, Европу и Ганимед. У молодого же Сатурна магнитное поле было слишком слабым, чтобы создать полость, поэтому мигрирующие луны просто не могли удержаться в диске.
Исследование закладывает основу для будущих наблюдений за экзолунами и околопланетными дисками газовых гигантов. Судя по новой модели, вокруг газовых гигантов размером с Юпитер или больше образуются компактные системы из множества лун, а планеты размером с Сатурн обзаводятся одним-двумя большими спутниками. В дальнейшем ученые намерены расширить свою теорию на другие спутники и возможные системы экзолун.
