Пять крупных спутников Урана сформировались в результате конденсации водяного пара в лед в околопланетном диске, который возник от столкновения с крупным телом, изменившего наклон оси вращения планеты. Теоретическую модель, которая объясняет этот процесс, разработала группа японских исследователей.
Статья ученых опубликована в Nature Astronomy.
Всего у Урана есть 27 спутников. Все они носят имена персонажей из произведений Александра Поупа и Уильяма Шекспира.
Из них принято выделять пять крупных, которые имеют форму, близкую к шарообразной — это Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Все они, за исключением практически полностью ледяной Миранды, состоят из примерно равного соотношения льда и горных пород.
Фото: Миранда (jpl.nasa.gov)
Существуют два возможных сценария образования этих спутников — эволюция околопланетного субдиска либо аккреция вещества, которое было выброшено в результате столкновения Урана с массивным телом. Однако первый сценарий не объясняет тот факт, что система спутников вращается в том же направлении, что Уран и имеет тот же наклон оси вращения — плоскость экватора Урана наклонена к плоскости орбиты почти на 98 градусов, он как будто лежит на боку. Ведь субдиск формируется в орбитальной плоскости планеты, притягивая водород и гелий из диска, окружающего звезду.
Второй сценарий — формирование спутников из диска, который образовался в результате столкновения Урана с другим небесным телом — гораздо лучше объясняет существующие сегодня параметры орбит лун этой планеты. Этот сценарий также объясняет значительный наклон оси вращения Урана.
Однако при моделировании этого процесса до сих пор получались околопланетные диски, которые на порядок меньше и на два порядка более массивны, чем система из пяти крупных спутников, и к тому же они очень бедны горными породами – ведь вещество из маленького каменного ядра Урана не так легко высвободить даже при условии столкновения с массивным объектом.
Фото: Титания (jpl.nasa.gov)
Авторы исследования под руководством Сигэру Ида из Токийского технологического института пришли к выводу, что это происходит потому, что ранее для моделирования использовали модель «гигантского столкновения» — как то, в результате которого у Земли образовалась Луна. При этом не принимались во внимание особенности эволюции околопланетного диска, состоящего, в основном, из водяного пара, а не из горных пород, как это было в случае с Землей.
Скорее всего, тело, с которым Уран столкнулся в ранний период своей истории, состояло большей частью из льдов — как, собственно, и сам Уран. Поскольку температура испарения водяного льда невелика, в результате столкновения выброшенное на орбиту планеты вещество, перешедшее в газообразное состояние, не улетело в межпланетное пространство, а осталось на орбите. Постепенно диск потерял значительную массу водяного пара и распределился по уровням существующей системы спутников, пока пар не охладился достаточно для того, чтобы началась конденсация льда на твёрдых, силикатных фрагментах и формирование из ледяных зерен более крупных тел.
Модель, предложенная японскими учеными, воспроизводит орбиты спутников Урана и их приблизительную массу в соответствии с наблюдаемыми в реальности параметрами. Она предлагает сценарий формирования спутников у ледяных гигантов в зависимости от массы и физического радиуса центральной планеты, который отличается от способа образования спутников у планет земной группы и газовых гигантов.
Авторы статьи уверены, что эту модель можно использовать для внутренней части системы спутников Нептуна, пренебрегая наличием Тритона, который мог быть захвачен планетой. Также ученые надеются, что таким образом можно будет объяснить возможное наличие у суперземель ледяных спутников. Уже сегодня наблюдения указывают на то, что многие открытые в экзопланетных системах суперземли могут быть богаты водяным льдом, даже находясь на близких к своим звездам орбитах.
Напомним, в 2018 году группа британских исследователей объяснила необычное вращение Урана.