Mặc dù những người khổng lồ khí Solar Solar của chúng tôi rất khác nhau về kích thước và khối lượng, nhưng chúng có điểm chung. Khi những mặt trăng này phát triển lớn hơn, khí còn sót lại làm chúng chậm lại và chúng rơi vào hành tinh để tiêu thụ. Các mặt trăng mà chúng ta thấy ngày nay là những cái cuối cùng hình thành xung quanh các hành tinh mẹ của chúng, sau khi khí đã tan biến.
Mỗi hành tinh khí bên ngoài của Hệ mặt trời của chúng ta đều chứa một hệ thống gồm nhiều vệ tinh, và những vật thể này bao gồm Io và Europa núi lửa Jupiter với đại dương được cho là của nó, cũng như Titan với bầu không khí dày đặc và giàu hữu cơ tại Sao Thổ. Mặc dù các thuộc tính vệ tinh riêng lẻ khác nhau, nhưng tất cả các hệ thống đều có một điểm tương đồng đáng kinh ngạc: tổng khối lượng của mỗi hệ thống vệ tinh so với khối lượng của hành tinh chủ của nó gần như là một tỷ lệ không đổi, khoảng 1: 10.000.
Nghiên cứu của các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Tây Nam, được công bố trên tạp chí Thiên nhiên ngày 15 tháng 6, đưa ra lời giải thích về lý do tại sao các hành tinh khí thể hiện sự nhất quán này và tại sao các vệ tinh của các hành tinh khí nhỏ hơn nhiều so với hành tinh của chúng so với các vệ tinh chính của các hành tinh rắn.
Sao Mộc bốn vệ tinh Galilê có kích thước tương đương nhau, trong khi Sao Thổ có một vệ tinh lớn cùng với nhiều vệ tinh nhỏ hơn nhiều. Mặc dù vậy, tổng khối lượng trong cả hai hệ thống vệ tinh là khoảng một phần trăm của một phần trăm (0,0001) khối lượng hành tinh tương ứng. Cấu trúc hệ thống vệ tinh Uran tương tự như của Sao Mộc, và nó cũng thể hiện tỷ lệ khối lượng tương tự. Ngược lại, các vệ tinh lớn của các hành tinh rắn chứa các phần khối lượng lớn hơn trên hành tinh của chúng, với Mặt trăng chứa 1% (0,01) khối lượng Trái đất, và vệ tinh Pluto, Charon, chứa hơn 10% (0,1) khối lượng của nó.
Tại sao các hành tinh khí, mỗi hành tinh có lịch sử hình thành duy nhất của riêng chúng, có các hệ thống vệ tinh chứa một phần nhất quán của mỗi khối hành tinh, và tại sao phần này quá nhỏ so với các vệ tinh hành tinh rắn? Tiến sĩ Robin Canup và Tiến sĩ William Ward thuộc Khoa Nghiên cứu Vũ trụ SwRI đề xuất rằng đó là sự hiện diện của khí, chủ yếu là hydro, trong quá trình hình thành các vệ tinh này đã hạn chế sự phát triển của chúng và được chọn cho một phần khối lượng chung của hệ thống vệ tinh.
Khi các hành tinh khí hình thành, chúng tích tụ khí hydro và chất rắn như đá và băng. Giai đoạn cuối cùng của sự hình thành hành tinh khí được cho là liên quan đến một dòng khí và chất rắn từ quỹ đạo mặt trời vào quỹ đạo hành tinh, tạo ra một đĩa khí và chất rắn quay quanh hành tinh trong mặt phẳng xích đạo của nó. Chính trong đĩa đó, các vệ tinh được cho là đã hình thành.
Canup và Ward cho rằng lực hấp dẫn của vệ tinh đang phát triển tạo ra sóng xoắn ốc trong một đĩa khí xung quanh và sự tương tác hấp dẫn giữa các sóng này và vệ tinh khiến quỹ đạo Vệ tinh bị co lại. Hiệu ứng này trở nên mạnh mẽ hơn khi một vệ tinh phát triển, do đó, một vệ tinh càng lớn, quỹ đạo của nó càng quay nhanh về phía hành tinh. Nhóm nghiên cứu đề xuất rằng sự cân bằng của hai quá trình - dòng nguyên liệu liên tục vào các vệ tinh trong quá trình tăng trưởng của chúng và mất vệ tinh khi va chạm với hành tinh - ngụ ý kích thước tối đa cho vệ tinh hành tinh khí phù hợp với các quan sát.
Sử dụng cả mô phỏng số và ước tính phân tích về sự tăng trưởng và mất mát của các vệ tinh, nhóm nghiên cứu cho thấy nhiều thế hệ vệ tinh có khả năng, với các vệ tinh ngày nay là thế hệ cuối cùng được hình thành khi sự tăng trưởng của hành tinh ngừng hoạt động và đĩa khí bị tiêu tan. Canup và Ward chứng minh rằng trong nhiều chu kỳ tăng trưởng và mất vệ tinh, phần khối lượng hành tinh có trong các vệ tinh tại bất kỳ thời điểm nào cũng duy trì một giá trị không khác lắm so với 0,0001 trong một loạt các lựa chọn tham số mô hình.
Các mô phỏng trực tiếp của đội Land cũng là những người đầu tiên sản xuất các hệ thống vệ tinh tương tự như các sao Mộc, Sao Thổ và Sao Thiên Vương về số lượng vệ tinh, khối lượng lớn nhất của chúng và khoảng cách của các quỹ đạo vệ tinh lớn.
Canup Chúng tôi tin rằng kết quả của chúng tôi cho thấy một trường hợp mạnh mẽ rằng các hệ thống vệ tinh của Sao Mộc và Sao Thổ hình thành trong các đĩa được tạo ra khi chính hành tinh này đang ở giai đoạn tăng trưởng cuối cùng, Canup nói. Tuy nhiên, nguồn gốc của hệ thống vệ tinh Uran vẫn không chắc chắn hơn và khả năng kết quả của chúng ta có thể áp dụng cho hành tinh đó phụ thuộc vào cách Uranus đạt được độ nghiêng trục gần 98 độ, đây là một chủ đề của nghiên cứu tích cực.
Đối với các hệ thống ngoài hệ mặt trời, nghiên cứu này cho thấy các vệ tinh lớn nhất của hành tinh có khối lượng Sao Mộc sẽ có kích thước từ Mặt trăng đến Sao Hỏa, do đó, các ngoại hành tinh có kích thước Jovian sẽ không được dự kiến chứa các vệ tinh lớn như Trái đất. Điều này có liên quan đến khả năng cư trú tiềm năng của các vệ tinh trong các hệ thống ngoài hệ mặt trời.
Các chương trình nghiên cứu Địa chất và Địa vật lý và Hành tinh ngoài của NASA đã tài trợ cho nghiên cứu này. Bài báo, Một cách chia tỷ lệ chung cho các hệ thống vệ tinh của các hành tinh khí, do Canup và Ward, xuất hiện trong số ra ngày 15 tháng 6 của Tự nhiên.
Nguồn gốc: SwRI News Release
