Выяснилось, почему у Юпитера больше крупных спутников, чем у Сатурна

Две крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, также могут похвастаться наибольшим количеством спутников. Сегодня у Юпитера их более сотни, а у Сатурна — более 280. Однако не все эти спутники одинаковы. Есть четыре крупных члена семейства Юпитера — галилеевы спутники, включая самый крупный в Солнечной системе — Ганимед. Среди спутников Сатурна безраздельно властвует второй по величине Титан, остальные гораздо скромнее.

Поскольку обе планеты являются газовыми гигантами, причины различий в их спутниковых системах уже давно озадачивают астрономов. Существующие теории формирования спутников предлагали некоторые варианты, но недавние исследования магнитных полей звезд привели к пересмотру этих теорий. Кроме того, продолжаются споры о магнитной аккреции и рождении лун: в частности, могла ли в околопланетном диске Юпитера возникнуть полость — скопление материи, послужившей материалом для спутников.

Если бы существовала физически непротиворечивая модель, объясняющая строение сразу нескольких систем — например, систем-спутников Юпитера и Сатурна, — ее можно было бы применить к другим планетам и спутникам за пределами Солнечной системы. Именно это побудило группу исследователей из Японии и Китая построить такую ​​модель. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

"Проверить теорию формирования планет довольно сложно, ведь в нашем распоряжении есть только собственная Солнечная система. Но рядом есть несколько спутниковых систем, подробные характеристики которых мы можем наблюдать", - говорит астрофизик Фуджи Юри из Киотского университета, первый автор работы.

Чтобы понять, как менялся тепловой режим Юпитера и Сатурна и как менялись их магнитные поля с течением времени, мы провели численное моделирование внутреннего строения молодых газовых гигантов. Мы смоделировали околопланетные диски обеих планет и выполнили моделирование N тел, чтобы отслеживать формирование спутников и изменения их орбит. Расчеты проводились на кластере ПК в Центре вычислительной астрофизики Национальной астрономической обсерватории Японии.

Результаты показали, что разницу между системами крупных спутников Юпитера и Сатурна можно объяснить разным строением их дисков, которое, в свою очередь, определяется силой магнитного поля. Короче говоря, мощное магнитное поле Юпитера привело к образованию магнитосферной полости в околопланетном диске молодого гиганта – и эта полость, судя по всему, захватила спутники Ио, Европу и Ганимед. Магнитное поле молодого Сатурна было слишком слабым, чтобы создать полость, поэтому мигрирующие спутники просто не могли оставаться в диске.

Исследование закладывает основу для будущих наблюдений экзолун и околопланетных дисков газовых гигантов. Судя по новой модели, вокруг газовых гигантов размером с Юпитер и больше формируются компактные системы из множества спутников, а планеты размером с Сатурн приобретают один-два крупных спутника. В будущем ученые намерены распространить свою теорию на другие спутники и возможные системы экзолуны.