Самая большая луна вокруг нашей последней планеты образовалась не от Нептуна.
Когда дело доходит до спутников Солнечной системы, есть только одна планета, которая не соответствует нашим ожиданиям: Нептун. Для любой другой планеты есть два основных способа получить свои луны:
- Либо спутники возникли в результате гигантского удара, подняв обломки, которые либо упали обратно на основной мир, либо слились в один или несколько спутников,
- или их луны остались от формирования Солнечной системы, образовавшись из околопланетного диска вокруг газового гиганта.
Земля и Марс, вероятно, получили свои спутники в результате гигантских столкновений, наряду с крупными объектами пояса Койпера с такими спутниками, как Плутон, Хаумеа, Эрида и Макемаке. На самом деле предполагается, что гигантские удары - это основной способ, благодаря которому земные каменистые миры получают свои луны.
Но что касается газовых гигантских миров, их луны в основном сформировались из околопланетного диска на ранней стадии, в комплекте с большими лунами, которые все вращаются в одной плоскости, и системой колец, которая следует за ними. Юпитер, Сатурн и Уран соответствуют этой картине, но Нептун - исключение. Это один большой спутник, Тритон, кажется захваченным объектом пояса Койпера, и в процессе он уничтожил почти всю систему Нептуна. Вот что мы знаем сегодня.
Если вы посмотрите на три «типичных» газовых гиганта, все они рассказывают одну и ту же историю. У Юпитера четыре больших спутника: галилеевские спутники Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Внутри Ио есть четыре маленьких луны; за пределами Каллисто, примерно в четыре раза дальше, вокруг Юпитера вращается множество маленьких внешних спутников. Все основные спутники вращаются примерно в одной плоскости, которая совпадает с плоскостью орбиты самого Юпитера.
Сатурн имеет только один огромный спутник, Титан, но имеет в общей сложности 7 спутников, которые по крайней мере на 10% массивнее земного спутника: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет.. За пределами этой последней большой луны, Япета, нет никаких дополнительных лун, пока вы не уйдете чуть более чем в три раза дальше, а затем вокруг Сатурна вращается множество маленьких лун. Спутники, находящиеся внутри Япета - , а их 23 - , все вращаются в одной плоскости друг с другом, которая является той же плоскостью, что и вращение Сатурна и его впечатляющая система колец.
Следующая планета, Уран, имеет пять больших массивных спутников: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Внутри Оберона находится в общей сложности 17 спутников Урана, и только Миранда, чья орбита наклонена на 4,2° по отношению к вращению Урана, наклонена более чем на 1°. Помимо Оберона, на данный момент известно девять небольших спутников, причем ближайший из них примерно в семь раз дальше от Урана, чем Оберон.
Но потом мы подошли к Нептуну. Среди спутников Нептуна доминирует один массивный спутник: Тритон, который в настоящее время занимает седьмое место по величине в Солнечной системе (после четырех галилеевых спутников Юпитера, Титана Сатурна и Луны Земли). Внутри Нептуна остальные его спутники выглядят нормально: их семь, и в то время как самая внутренняя Наяда наклонена на 4,7° по отношению к вращению Нептуна, остальные шесть наклонены менее чем на 1°.
Но когда вы посмотрите на Тритон и дальше, он не похож ни на одну из других известных лунных систем.
Начнем с того, что орбита Тритона совершенно неверна. Любая другая известная нам крупная луна - Луна Земли, а также все крупные массивные луны Юпитера, Сатурна и Урана - вращаются примерно в той же плоскости, что и планета, на которой они вращаются. Более того, все они вращаются в том же направлении, что и планеты: против часовой стрелки, если смотреть «вниз» с северного полюса Солнца.
Но не Тритон.
Тритон вращается в том, что мы называем ретроградным направлением: он вращается вокруг Нептуна по часовой стрелке, в то время как Нептун и все другие планеты (а также все спутники внутри Тритона) вращаются в противоположном (прямом) направлении.) направление. Кроме того, Тритон даже не находится в той же плоскости или близко к ней , вокруг которой вращается Нептун. Он наклонен примерно на 23° по отношению к плоскости, в которой Нептун вращается вокруг своей оси, в дополнение к вращению в неправильном направлении. Это большой красный флаг, который говорит нам, что Тритон не образовался из того же околопланетного диска, из которого образовались внутренние спутники (или спутники других газовых гигантов).
Еще одним интересным свойством Тритона является его плотность. Другие массивные спутники Солнечной системы демонстрируют широкий диапазон плотностей, но в основном находятся в диапазоне от 2,0 до 3,0 граммов на кубический сантиметр, что сравнимо с плотностью слоя земной коры. На верхнем конце находятся самые внутренние большие спутники Юпитера: Ио и Европа; на нижнем уровне находятся Титан, Ганимед и Каллисто. По мере того, как вы уходите все дальше и дальше, к спутникам Урана, их плотность падает примерно до 1,5 грамма на кубический сантиметр. Другие спутники Нептуна и Урана состоят в основном из водяного льда, плотность которого указывает на это.
Но есть и Тритон.
При плотности около 2,06 грамма на кубический сантиметр плотность Тритона аномально велика. Он покрыт различными льдами: замороженным азотом поверх двуокиси углерода (сухой лед) и мантией из водяного льда, аналогичного составу Плутона. Однако у него должно быть более плотное ядро из камня и металла, что придает ему значительно более высокую плотность, чем у Плутона. Единственный известный нам объект, сравнимый с Тритоном? Эрида, самый массивный объект пояса Койпера: на 27% массивнее Плутона, но почему-то все же меньше.
Наконец, Тритон сильно выделяется, если смотреть на внешние спутники Нептуна. По общему признанию, возможно, как и в случае с Ураном, существует огромное количество меньших спутников, которые вращаются вокруг этого внешнего газового гиганта, и что отсутствие специальной миссии за последние 30 лет помешало нам их обнаружить. Но когда мы смотрим на другие спутники, существующие за последним крупным спутником газовой планеты-гиганта, все они начинают появляться где-то в 3-8 раз дальше, чем последний крупный спутник.
Но не в случае с Тритоном и Нептуном.
Тритон относительно близок к Нептуну, со средним расстоянием по орбите всего 355 000 км: примерно на 10% ближе к Нептуну, чем Луна к Земле. Но следующая луна, Нереида, находится на расстоянии колоссальных 5,5 миллионов километров, что соответствует соотношению расстояний 15,5 к 1. Хуже того, если вы отправитесь на следующую луну из Нереиды, вы придете к Галимеде, которая находится на расстоянии 16,6 миллиона километров, что является невероятно большим расстоянием. В общей сложности известно всего 14 спутников Нептуна, что является наименьшим известным числом для газовых планет-гигантов.
Более того, у Тритона есть дополнительные «странные» свойства, которые делают его непохожим на любой другой спутник. На его поверхности есть ледяные криовулканы, что делает его одним из четырех миров Солнечной системы (Земля, Венера, Ио и Тритон), на поверхности которых, как известно, наблюдается активная вулканическая активность.
С точки зрения массы, если сложить все спутники Нептуна, Тритон составляет 99,5% массы всего, что вращается вокруг Нептуна: лун, спутников и колец, включая все. Это, безусловно, самое большое соотношение среди всех планетарных систем, в которых задействовано более одной луны.
И по цвету он не похож ни на один из других спутников Нептуна, Урана, Сатурна или Юпитера. Вместо этого он идеально сочетается с такими объектами, как Плутон и Эрида: большими объектами пояса Койпера. На самом деле, если мы изучим как атмосферу, так и поверхность Тритона, у него гораздо больше общего с известными объектами пояса Койпера, чем у любого другого спутника в нашей Солнечной системе..
Все эти данные указывают на один увлекательный вывод: Тритон не формировался так, как другие большие спутники газовых гигантов; он не возник из околопланетного диска, относящегося к ранним стадиям Солнечной системы. Вместо этого создается впечатление, что Тритон изначально был объектом пояса Койпера - больше и массивнее, чем Плутон или Эрида - когда-то королем пояса Койпера. Только некоторое время назад Тритон был гравитационно захвачен Нептуном, где он продолжает вращаться вокруг этого массивного мира даже сегодня.
Если это правда, это означает, что у Нептуна, скорее всего, была собственная богатая лунная система с рядом массивных больших спутников, вращающихся вокруг него в одной точке. А затем, в течение сотен миллионов (а может быть, даже миллиардов) лет легкие повторяющиеся рывки объектов в поясе Койпера привели самый большой объект в нем в сферу его Хилла: область его гравитационного влияния. Это было началом процесса, который привел к поимке Тритона.
Семь самых внутренних (малых) спутников Нептуна, от Наяды до Протея, вероятно, единственные спутники Нептуна, оставшиеся от образования Нептуна и того первоначального околопланетного диска. Все эти спутники маленькие, с малой массой, все они вращаются в той же плоскости, что и вращение Нептуна, и совершают оборот вокруг Нептуна менее чем за 27 часов. Они невероятно близки к этому газовому гигантскому миру.
Кроме этого, вероятно, существовала богатая лунная система, о которой мы никогда не узнаем. Это потому, что Тритон, захваченный объект пояса Койпера, очистил все остальное. Благодаря сочетанию гравитационных взаимодействий, передачи углового момента и приливных сил от Нептуна Тритон в конечном итоге:
- мигрировал внутрь,
- выбросил все ранее существовавшие внешние спутники Нептуна,
- и был выведен на замкнутую приливом круговую орбиту вокруг Нептуна.
Тритон в большей степени, чем какой-либо другой фактор, делает лунную систему Нептуна уникальной среди миров нашей Солнечной системы, но последствия поразительны.
Когда мы соединим все, что мы узнали, у нас останется картина, в которой формируются Солнечные системы с рядом планет вокруг них: смесь земных (каменистых) и газовых гигантов (с водородом). /гелиевые оболочки) планеты. За пределами последней планеты, которая образует - самый дальний крупномассивный мир, который может очистить свою орбиту - ряд ледяных тел должен сохраняться в аналоге нашего пояса Койпера. И может быть очень вероятным событием, возможно, даже неизбежным, что один из самых массивных объектов станет гравитационно захваченным, очистив большую часть любой ранее существовавшей спутниковой системы, существовавшей в этом мире.
Нептун - единственная планета в нашей Солнечной системе, первоначальная лунная система которой была нарушена таким образом. Тритон, некогда «король пояса Койпера», был захвачен им давным-давно, уничтожив в процессе все, кроме самых внутренних спутников Нептуна. Существуют ли некоторые из них в виде кентавров или долгопериодических комет? Являются ли какие-либо внешние спутники Нептуна остатками его первоначального околопланетного диска? Есть ли дополнительные луны, ожидающие открытия? И является ли его лунная система типичной для самой удаленной планеты экзопланетных систем?
Это все открытые вопросы, и планетарные астрономы ждут дополнительных данных и новых миссий, чтобы знать наверняка. Тем временем мы можем быть уверены, что Тритон уничтожил ранее существовавшую спутниковую систему Нептуна. В хаотическом гравитационном танце нашей Солнечной системы только выжившие могут рассказать свои истории.