بعيدًا عن القمر الصناعي الوحيد للأرض (القمر) ، فإن النظام الشمسي مليء بالأقمار. في الواقع ، يمتلك كوكب المشتري وحده 79 قمرًا طبيعيًا معروفًا ، بينما يمتلك زحل أكثر الأقمار شهرة من أي جسم فلكي - وهو قوي يبلغ 82 قمرًا. ولأطول فترة ، افترض علماء الفلك أن الأقمار تتشكل من أقراص حول الكواكب حول الكوكب الأم وأن الأقمار والكوكب تشكل جنبا إلى جنب.
ومع ذلك ، فقد أجرى العلماء العديد من عمليات المحاكاة العددية التي أظهرت أن هذه النظرية معيبة. علاوة على ذلك ، فإن نتائج هذه المحاكاة غير متوافقة مع ما نراه في جميع أنحاء النظام الشمسي. لحسن الحظ ، أجرى فريق من الباحثين اليابانيين مؤخرًا سلسلة من المحاكاة التي أسفرت عن نموذج أفضل لكيفية تشكيل أقراص الغاز والغبار لأنواع أنظمة القمر التي نراها اليوم.
حول الكواكب مثل زحل ، تقترن أقمار كبيرة مثل تيتان بعدة أقمار أصغر ومئات من الأقمار الصغيرة. الوضع هو نفسه مع كوكب المشتري وأورانوس ، اللذان يمتلكان عددًا قليلاً من الأقمار الصناعية الكبيرة التي تمثل غالبية الكتلة في النظام بينما الباقي صغير أو حتى صغير بالمقارنة. لا يتوافق أي من هذه الأمثلة مع ما أظهرته النماذج السابقة لتشكيل القمر.
انطباع فنان عن قمر صناعي يتشكل حول كوكب غازي عملاق لا يزال هو نفسه يتشكل حول نجم. الائتمان: جامعة ناغويا
لمعالجة هذا التفاوت ، استعان الأستاذان المساعدان يوري فوجي وماساهيرو أوغيهارا - من جامعة ناغويا و المرصد الفلكي الوطني الياباني (NAOJ) ، على التوالي - قام بتشغيل نموذج جديد لتشكيل القمر يتضمن توزيعًا أكثر واقعية لدرجة الحرارة بناءً على درجات متفاوتة من الغبار والجليد في قرص الكواكب الأولية.
ثم أجروا سلسلة من عمليات المحاكاة باستخدام هذا النموذج والتي أخذت في الاعتبار الضغط من غاز القرص والتأثير الذي قد تحدثه قوة الجاذبية للأقمار الصناعية الأخرى. وفقًا لمحاكاتهم ، يسمح النموذج الذي طوره فوجي وأوجيهارا بتطوير نظام من الأقمار الصناعية يسيطر عليه قمر كبير واحد - كما نرى مع تيتان وزحل.
علاوة على ذلك ، وجدوا أن الغبار الموجود في قرص حول الكوكب يمكن أن يخلق 'منطقة أمان' من شأنها أن تمنع القمر الضخم من السقوط على الكوكب مع تطور النظام. السيناريو الذي يحدث فيه هذا (كما هو موضح أدناه) يتكون من أربع خطوات ، والثالث من الرابعة يحدث داخل محاكاة فوجي وأوجيهارا.
في الخطوة الأولى ، يدور قرص يحتوي على غاز وغبار حول الكوكب أثناء تشكله وتتكثف المواد الصلبة في القرص. في الخطوة الثانية ، تنمو المكونات الصلبة للقرص إلى حجم القمر الصناعي في القرص الكوكبي. في المرحلة الثالثة ، تتغير مدارات هذه الأقمار الصناعية تدريجيًا بسبب تأثير الغاز في القرص.
سيناريو لتشكيل قمر واحد كبير ، بناءً على محاكاة الفريق. الائتمان: NAOJ
من هذه النقطة فصاعدًا ، تقترب العديد من الأقمار الصناعية من الكوكب في مداراتها وتسقط فيه في النهاية. وفي الوقت نفسه ، فإن القمر الصناعي الكبير الذي يقع مداره في 'منطقة الأمان' قادر على الحفاظ على بعده عن الكوكب. في المرحلة الرابعة والأخيرة ، يتبدد الغاز الموجود في القرص ويبقى القمر الصناعي الذي يبقى في 'منطقة الأمان' في مدار مستقر.
قال فوجي في CFCA حديثًا: 'لقد أثبتنا لأول مرة أن نظامًا به قمر كبير واحد فقط حول كوكب عملاق يمكن أن يتشكل'. خبر صحفى . 'هذا معلم مهم لفهم أصل تيتان.'
ومع ذلك ، فإن النموذج له قيود عندما يتعلق الأمر بتيتان وأنظمة القمر الأخرى في نظامنا الشمسي - والتي تشكلت جميعها منذ مليارات السنين جنبًا إلى جنب مع الكواكب الشمسية. على الجانب الإيجابي ، قد يكون مفيدًا جدًا لعلماء الفلك الذين يدرسون حاليًا أنظمة الكواكب الخارجية التي لا تزال في طور التكوين. مثل Ogihara شرح :
سيكون من الصعب فحص ما إذا كان تيتان قد اختبر هذه العملية بالفعل. يمكن التحقق من السيناريو الخاص بنا من خلال البحث عن الأقمار الصناعية حول الكواكب خارج المجموعة الشمسية. إذا تم العثور على العديد من أنظمة القمر الخارجي المفرد ، فإن آليات تشكيل مثل هذه الأنظمة ستصبح مشكلة ساخنة '.
الدراسة التي تصف نتائجهم بعنوان ' تشكيل أنظمة أحادية القمر حول عمالقة الغاز '، ظهر مؤخرًا في المجلةعلم الفلك والفيزياء الفلكية. وتأكد من إطلاعك على هذا الفيديو
قراءة متعمقة: CFCA و NAOJ و علم الفلك والفيزياء الفلكية