Bortsett från jordens enda satellit (månen) är solsystemet full av månar. I själva verket har Jupiter ensam 79 kända naturliga satelliter medan Saturnus har de mest kända månarna från någon astronomisk kropp - en robust 82. Under längsta tid har astronomer teoretiserat att månar bildas från circumplanetary diskar runt en moderplanet och att månarna och planeten bilda bredvid varandra.
Men forskare har genomfört flera numeriska simuleringar som har visat att denna teori är bristfällig. Dessutom är resultaten av dessa simuleringar inte förenliga med vad vi ser i hela solsystemet. Tack och lov genomförde ett team av japanska forskare nyligen en serie simuleringar som gav en bättre modell för hur skivor av gas och damm kan bilda de typer av månsystem som vi ser idag.
Runt planeter som Saturnus är stora månar som Titan parade med flera mindre månar och hundratals små. Situationen är densamma med Jupiter och Uranus, som har en handfull stora satelliter som står för huvuddelen av massan i systemet medan resten är små eller till och med små till jämförelse. Inget av dessa exempel är förenligt med vad tidigare modeller av månbildning har visat.
Genom att ta itu med denna skillnad körde assistentprofessorerna Yuri Fujii och Masahiro Ogihara - från Nagoya University och National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) en ny modell av månbildningen som inkluderade en mer realistisk temperaturfördelning baserad på olika grader av damm och is i den protoplanetära disken.
De körde sedan en serie simuleringar med den här modellen som tog hänsyn till trycket från skivans gas och det inflytande som andra satelliters gravitationskraft skulle ha. Enligt deras simuleringar möjliggör modellen som utvecklats av Fujii och Ogihara utvecklingen av ett satellitsystem som domineras av en enda stor måne - som vi ser med Titan och Saturn.
Dessutom fann de att dammet i en circumplanetary skiva kunde skapa en "säkerhetszon" som skulle förhindra den stora månen från att falla in i planeten när systemet utvecklas. Scenariot där detta inträffar (visas nedan) består av fyra steg, varav den tredje av fjärde inträffar inom Fujii och Ogiharas simulering.
I steg ett roterar en skiva som innehåller gas och damm runt planeten när den bildas och fasta material kondenseras i skivan. I steg två växer de fasta komponenterna på disken till storleken på satelliten i den circumplanetary disken. I steg tre förändras banorna på dessa satelliter gradvis på grund av påverkan av gas på disken.
Det är från denna punkt och framåt som många av satelliterna närmar sig planeten i sina banor och så småningom faller in i den. Samtidigt kan en stor satellit med en bana i en ”säkerhetszon” behålla sitt avstånd från planeten. I det fjärde och sista steget sprids gasen på disken och satelliten som överlever i ”säkerhetszonen” förblir i en stabil bana.
"Vi visade för första gången att ett system med bara en stor måne runt en jätteplanet kan bildas," säger Fujii i ett nyligen pressmeddelande från CFCA. "Detta är en viktig milstolpe för att förstå Titans ursprung."
Modellen har dock begränsningar när det gäller Titan och andra månesystem i vårt solsystem - som alla bildades för miljarder år sedan tillsammans med solplaneterna. På plussidan kan det vara mycket användbart för astronomer som för närvarande studerar exoplanetssystem som fortfarande håller på att bildas. Som Ogihara förklarade:
”Det skulle vara svårt att undersöka om Titan faktiskt upplevde denna process. Vårt scenario kan verifieras genom forskning av satelliter kring extrasolära planeter. Om många en-exomoon-system hittas kommer formationsmekanismerna för sådana system att bli en röd het fråga. ”
Studien som beskriver deras resultat, med titeln "Bildande av enmånssystem runt gasjättar", dykte nyligen upp i tidskriften Astronomi & astrofysik. Och se till att kolla in den här videon
