V-kosmose.com

Астрономы Caltech выдвинули новую гипотезу зарождения галилеевых спутников Юпитера

Слои облаков кружатся в атмосфере Юпитера, запечатленные на этом снимке с помощью JunoCam. Фото: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Image processing: Kevin M. Gill

Слои облаков кружатся в атмосфере Юпитера, запечатленные на этом снимке с помощью JunoCam. Фото: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Image processing: Kevin M. Gill

Четыреста лет назад астроном Галилео Галилей объявил о своем открытии четырех лун, вращающихся вокруг планеты Юпитер, каждая из которых видна как отдельная белая точка на его телескопе. Однако только в течение последних четырех десятилетий астрономы смогли детально изучить спутники Юпитера, чтобы обнаружить, что четыре - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто - являются своими собственными захватывающими мирами.

Хотя все они имеют одинаковые размеры - около четверти радиуса Земли - четыре луны разнообразны: Ио сильно вулканический, Европа покрыта льдом, Ганимед имеет магнитное поле, а Каллисто пронзен древними кратерами. Более того, ледяная Европа считается сильным кандидатом на наличие жизни в Солнечной системе.

Один открытый вопрос все еще озадачивает ученых-планетологов: как образовались спутники Юпитера?

Теперь профессор Caltech по планетологии Константин Батыгин и его сотрудник Алессандро Морбиделли из Обсерватории Лазурного Берега во Франции предложили ответ на этот давний вопрос. Используя аналитические расчеты и крупномасштабное компьютерное моделирование, они предлагают новую теорию происхождения спутников Юпитера. Исследование описано в статье, опубликованной в выпуске Astrophysical Journal от 18 мая.

Профессор планетологии Константин Батыгин объясняет новую модель, описывающую формирование четырех крупнейших спутников Юпитера. Видео: Caltech

В течение первых нескольких миллионов лет жизни нашего Солнца оно было окружено протопланетным диском, состоящим из газа и пыли. Юпитер объединился с этим диском и стал окруженным его собственным диском строительного материала. Этот так называемый круговидовский диск питался материалом от протопланетного диска, который обрушивался на Юпитер на полюсах планеты и стекал обратно из сферы гравитационного влияния Юпитера вдоль экваториальной плоскости планеты. Но как этот постоянно меняющийся диск накопил достаточно материала для образования лун?

Новая модель Батыгина и Морбиделли решает эту проблему, объединяя физику взаимодействия пыли и газа в круговом круге диска. В частности, исследователи демонстрируют, что для зерен ледяной пыли определенного диапазона размеров сила, тянущая их к Юпитеру, и сила (увлечение), переносящая их в выходящем потоке газа, прекрасно компенсируют друг друга, позволяя диску действовать как гигантская пылевая ловушка. Батыгин говорит, что вдохновение для идеи пришло, когда он вышел на пробежку.

Это композитное изображение включает в себя крупнейших спутника Юпитера, которые известны как спутники Галилея. Впервые галилеевы спутники были замечены итальянским астрономом Галилео Галилеем в 1610 году. Слева направо в порядке увеличения расстояния от Юпитера ближе всего находится Ио, за которым следуют Европа, Ганимед и Каллисто. Фото: NASA/JPL/DLR

Это композитное изображение включает в себя крупнейших спутника Юпитера, которые известны как спутники Галилея. Впервые галилеевы спутники были замечены итальянским астрономом Галилео Галилеем в 1610 году. Слева направо в порядке увеличения расстояния от Юпитера ближе всего находится Ио, за которым следуют Европа, Ганимед и Каллисто. Фото: NASA/JPL/DLR

«Я бежал по холму и увидел, что на земле была бутылка, которая не катилась с холма, потому что ветер, идущий сзади меня, толкал ее вверх и удерживал в равновесии с гравитацией», - говорит он. «Простая аналогия пришла на ум: если бутылка пива, катящаяся по наклонной плоскости, похожа на орбитальный распад твердых зерен из-за гидродинамического сопротивления, то частицы определенного диапазона размеров должны найти эквивалентный баланс на орбите Юпитера!»

Модель исследователей предполагает, что благодаря этому балансу между внутренним сопротивлением и увлечением наружу, диск вокруг Юпитера стал богатым ледяными пылинками, каждый размером около одного миллиметра. В конце концов, это кольцо пыли стало настолько массивным, что под собственным весом оно распалось на тысячи «спутниковых частиц» - похожих на астероиды длиной около 100 км.

Согласно модели, когда сформировалась первая луна (Ио) и её масса достигла определенного порога, ее гравитационное влияние начало поднимать волны в газообразном диске материала, который окружал Юпитер. Взаимодействуя с этими волнами, луна мигрировала к Юпитеру, пока не достигла внутреннего края диска, рядом с его нынешней орбитой. Затем процесс начался снова со следующей луны.

Этот последовательный процесс формирования и внутренней миграции привел к тому, что Ио, Европа и Ганимед оказались в орбитальном резонансе - конфигурации, где на каждые четыре орбиты Ио приходится 2 орбиты Европы и одна Ганимеда. Этот так называемый резонанс Лапласа является одной из наиболее ярких и известных особенностей орбит спутника.

Наконец, модель предполагает, что солнечное излучение в конечном итоге сдуло оставшийся газ в диске вокруг Юпитера, оставив после себя остатки спутников, которые затем образовали четвертую и последнюю большую луну, Каллисто. Однако из-за отсутствия газа, способствующего миграции на большие расстояния, Каллисто не могла присоединиться к другим лунам в резонансе и оставалась без движения, чтобы совершать оборот вокруг Юпитера каждые 2 недели.

О спутниках Юпитера еще многое предстоит узнать. Миссия NASA Europa Clipper, стартующая в 2024 году, посетит Европу с целью выяснить, есть ли у нее условия, пригодные для жизни. Европейское космическое агентство также планирует отправить миссию под названием JUpiter ICy Moons Explorer (JUICE), сосредоточенную на Ганимеде, самом большом из спутников Юпитера.

Понравилась статья? Расскажи друзьям!