Γιατί δεν υπάρχουν αέρια φεγγάρια;

By | December 5, 2023

Τα φεγγάρια έρχονται σε πολλές μορφές.

Στο δικό μας ηλιακό σύστημα έχουμε βραχώδη φεγγάρια (π.χ. Γησε φεγγάρι), ωκεάνια φεγγάρια (π.χ. Ευρώπη είναι Εγκέλαδος) και παγωμένα φεγγάρια (π.χ. Τρίτων) αλλά δεν υπάρχουν αέρια φεγγάρια. Είμαστε άτυχοι που δεν έχουμε αέρια φεγγάρια ή υπάρχουν φυσικοί λόγοι που δεν μπορούν να υπάρξουν;

Στην πραγματικότητα υπάρχουν αέρια φεγγάρια! Αν και δεν βρίσκονται στο ηλιακό μας σύστημα. Αν και πάνω από 5.500 εξωπλανήτες έχουν ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής, μόνο δύο πιθανές εξωφεγγάρια έχουν εντοπιστεί και κανένα από αυτά δεν είναι 100% επιβεβαιωμένο ακόμα. Αυτό που είναι περίεργο με αυτά τα δύο «εξωφεγγάρια» είναι ότι είναι γίγαντες αερίων, σε τροχιά ακόμη μεγαλύτερη γίγαντες αερίου! Ωστόσο, όπως θα δούμε, αποτελούν την εξαίρεση που επιβεβαιώνει τον κανόνα.

Σχετίζεται με: Τα 10 πιο παράξενα φεγγάρια στο ηλιακό σύστημα

Για να κατανοήσουμε γιατί δεν υπάρχουν αέριο φεγγάρια, τουλάχιστον στο ηλιακό μας σύστημα, είναι καλύτερο να καταλάβουμε πρώτα πώς σχηματίζονται οι γιγάντιοι πλανήτες αερίου.

Υπάρχουν δύο σενάρια για το σχηματισμό αέριων γιγάντων πλανητών. Η μία ονομάζεται εκπαίδευση «από κάτω προς τα πάνω», η άλλη «από πάνω προς τα κάτω».

Σχηματισμός αέριων κόσμων από κάτω προς τα πάνω

Από κάτω προς τα πάνω, ή ‘κεντρική προσθήκη», ο σχηματισμός είναι ο τρόπος με τον οποίο σχηματίστηκαν οι αέριοι γίγαντες πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα. Αν μπορούσαμε να ταξιδέψουμε πίσω στο χρόνο 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, θα βλέπαμε έναν νεαρό ήλιο που περιβάλλεται από έναν δίσκο αερίου και σκόνης. Αυτός είναι ο πρωτοπλανητικός δίσκος από τον οποίο σχηματίστηκαν όλοι οι πλανήτες. Πρώτον, συσσωρεύτηκαν ως βραχώδη σώματα, αυξάνοντας καθώς συσσώρευαν σκόνη, βότσαλα και αστεροειδείς. Μερικοί αυξήθηκαν μόνο όσο Άρης ή Αφροδίτηαλλά άλλα συνέχισαν να αναπτύσσονται, σχηματίζοντας γιγάντια βραχώδη σώματα έως και 10 φορές τη μάζα του Δία.

Μόλις έφτασαν σε αυτή τη μάζα, είχαν αρκετά ισχυρή βαρύτητα ώστε να αρχίσουν να σαρώνουν μεγάλες περιοχές αερίου από τον πρωτοπλανητικό δίσκο. Η ακριβής ποσότητα αερίου που έκλεψαν και το πόσο μεγάλωσαν εξαρτιόταν από τη βαρύτητα τους και την ποσότητα του διαθέσιμου αερίου.

Αλλά τελικά, το ηλιακό μας σύστημα έμεινε με τέσσερις γίγαντες πλανήτες αερίου — Ζεύς είναι Κρόνοςκαι οι πιο κρύοι «γίγαντες του πάγου» Ουρανός είναι Ποσειδώνας. από τη NASA Ήρα Η αποστολή στον Δία βοήθησε να βρεθούν στοιχεία που υποστηρίζουν το μοντέλο προσαύξησης του πυρήνα ανιχνεύοντας τη βαρύτητα ενός μεγάλου, βραχώδους αλλά διάχυτου πυρήνα περίπου δέκα φορές τη μάζα της Γης στο κέντρο του Δία.

ένας μεγάλος δίσκος αερίου και σκόνης περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο, ενώ οι πλανήτες αρχίζουν να σχηματίζονται ως βραχώδεις σταγόνες

ένας μεγάλος δίσκος αερίου και σκόνης περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο, ενώ οι πλανήτες αρχίζουν να σχηματίζονται ως βραχώδεις σταγόνες

Σχηματίζοντας αέριους κόσμους από πάνω προς τα κάτω

Στο μοντέλο από πάνω προς τα κάτω, οι αέριοι κόσμοι σχηματίζονται απευθείας από μια συστάδα αερίου που καταρρέει σε ένα νεφέλωμα, όπως ακριβώς κάνουν τα αστέρια. Ωστόσο, υπάρχει μια ελάχιστη ποσότητα ζύμης που μπορεί να παράγει αυτή η διαδικασία.

Καθώς μια μεγάλη συστάδα αερίου συστέλλεται υπό τη δύναμη της δικής της βαρύτητας, θερμαίνεται επειδή το αέριο συμπιέζεται σε έναν ολοένα μικρότερο και επομένως πιο πυκνό όγκο. Αλλά όταν το αέριο είναι ζεστό θέλει να διαστέλλεται, επομένως για να συνεχίσει να συστέλλεται, η συστάδα αερίου πρέπει να εκπέμπει την περίσσεια θερμότητάς της. Συνεπώς, βλέπουμε συχνά νέφη αερίου που καταρρέουν να λάμπουν υπό το φως της θερμικής υπέρυθρης ενέργειας.

Ωστόσο, υπάρχει ένας περιοριστικός παράγοντας που ονομάζεται «όριο αδιαφάνειας για κατακερματισμό».

«Η ακτινοβολία αρκετής θερμότητας ώστε το αέριο να μπορεί να κρυώσει και να καταρρέει εξαρτάται από την αδιαφάνεια, τη θερμοκρασία και την πυκνότητα της σκόνης, και αυτή η διαδικασία γίνεται πολύ λιγότερο αποτελεσματική με μικρότερα αντικείμενα, σε σημείο περίπου 3 μάζες του Δία. Δεν μπορεί να ακτινοβολήσει αρκετή θερμότητα για να συνεχιστεί να καταρρεύσει», είπε ο Sam Pearson της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας σε συνέντευξή του.

Όσο μικρότερος είναι ο όγκος, τόσο πιο συμπυκνωμένη και αδιαφανής γίνεται η σκόνη και η διαδικασία ακτινοβολίας περίσσειας θερμότητας από τη βαρυτική συστολή γίνεται ολοένα και πιο αναποτελεσματική. Επομένως, τίποτα μικρότερο από 3 μάζες του Δία δεν μπορεί να σχηματιστεί με τη διαδικασία από πάνω προς τα κάτω.

Γιατί το ηλιακό σύστημα δεν έχει αέρια φεγγάρια

Όπως οι μητρικοί τους πλανήτες, τα περισσότερα από τα φεγγάρια του ηλιακού μας συστήματος σχηματίστηκαν μέσω της διαδικασίας της κεντρικής συσσώρευσης από κάτω προς τα πάνω σε δίσκους με υπολειπόμενο υλικό που περιέβαλλε τους μητρικούς πλανήτες τους. Δεδομένου ότι οι πλανήτες είχαν ήδη σαρώσει το μεγαλύτερο μέρος του διαθέσιμου υλικού, απλά δεν είχε απομείνει αρκετό για να σχηματίσει ένα φεγγάρι με αρκετή μάζα ώστε να έχει αρκετή βαρύτητα για να συγκρατήσει μεγάλη ποσότητα αερίου. Στην πραγματικότητα, μόνο ένα φεγγάρι στο ηλιακό σύστημα έχει ατμόσφαιρα, και αυτό είναι το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου. Τιτάν.

Ομοίως, μια διαδικασία από πάνω προς τα κάτω δεν θα μπορούσε να συμβεί επειδή δεν είχε απομείνει αρκετό αέριο, και αν είχε συμβεί, με τουλάχιστον 3 μάζες του Δία, θα ήταν ο μεγαλύτερος κόσμος στο ηλιακό σύστημα με κάποιο περιθώριο.

ένα πρασινωπό φεγγάρι με ανοιχτοπράσινα σύννεφαένα πρασινωπό φεγγάρι με ανοιχτοπράσινα σύννεφα

ένα πρασινωπό φεγγάρι με ανοιχτοπράσινα σύννεφα

παράξενα φεγγάρια

Επομένως, δεν μπορούμε να σχηματίσουμε αέρια φεγγάρια μέσω των δύο πιο συμβατικών διαδικασιών παραγωγής αέριων κόσμων. Ωστόσο, υπάρχουν αρκετές παραξενιές στο ηλιακό σύστημα που σχηματίστηκαν με διαφορετικό τρόπο.

Στην περίπτωση της Γης, η Σελήνη πιθανότατα σχηματίστηκε από υλικό που αποβλήθηκε από τη Γη μετά από α γιγαντιαία σύγκρουση το μέγεθος του Άρη πρωτοπλανήτης. Αυτά τα συντρίμμια σχημάτισαν έναν δακτύλιο που έχτισε το φεγγάρι της Γης μέσω της συσσώρευσης πυρήνα. Θα μπορούσε μια πρόσκρουση σε έναν γίγαντα αερίου πλανήτη να εκτοξεύσει αρκετό αέριο για να σχηματίσει ένα αέριο φεγγάρι;

Δυστυχώς δεν. «Οι βραχώδεις πλανήτες μπορούν να έχουν τέτοιες κρούσεις, αλλά θυμηθείτε πότε ο κομήτης Υποδηματοποιός – Levy 9 χτύπησε τον Δία [in 1994]? Απλώς εξαφανίστηκε», είπε η Jessie Christiansen από το Caltech σε συνέντευξή της στο Space.com. «Οι γίγαντες του φυσικού αερίου τρώνε οτιδήποτε».

Οτιδήποτε συγκρούεται με έναν γίγαντα αερίου περιλαμβάνεται απλώς στον γίγαντα αερίου και γίνεται μέρος του, αντί να εκτοξεύει συντρίμμια στο διάστημα.

Ένα άλλο παράξενο είναι τα αιχμαλωτισμένα φεγγάρια. Για παράδειγμα, ο Άρης δύο φεγγάρια Φόβος είναι Δείμος συλλαμβάνονται αστεροειδείς. Το εξώτατο φεγγάρι του Κρόνου, η Φοίβη, είναι ένα αιχμαλωτισμένο αντικείμενο κομήτη και το φεγγάρι του Ποσειδώνα, ο Τρίτωνας, είναι ένα αιχμαλωτισμένο αντικείμενο κομήτη. Ζώνη Κάιπερ αντικείμενο. Δεν σχηματίστηκαν γύρω από έναν πλανήτη, αλλά μάλλον μόνα τους στο διάστημα, και αργότερα περιπλανήθηκαν πολύ κοντά και πιάστηκαν από τη βαρύτητα ενός πλανήτη.

Αυτό εγείρει ένα ερώτημα: θα μπορούσε ένας μικρότερος πλανήτης αερίου να συλληφθεί από έναν μεγαλύτερο πλανήτη αερίου; Εξάλλου, οι αέριοι κόσμοι μπορούν να έχουν μάζα τόσο μεγάλη όσο μια ντουζίνα φορές τη μάζα του Δία, επομένως κατ’ αρχήν θα μπορούσαν εύκολα να συλλάβουν έναν αέριο κόσμο με, ας πούμε, τη μάζα του Ποσειδώνα.

Τα αέρια εξωφεγγάρια

Φαίνεται ότι μπορούν πραγματικά! «Μπορεί να υπάρχουν φεγγάρια στο μέγεθος του Ποσειδώνα γύρω από γιγάντιους εξωπλανήτες», είπε ο Κρίστιανσεν.

Τα δύο υποψήφια εξωφεγγάρια που αναφέρονται στην αρχή αυτού του άρθρου – Kepler 1625b-i είναι Kepler 1708b-i – είναι και οι δύο γίγαντες αερίου από μόνοι τους, αλλά φαίνεται να είναι δορυφόροι ακόμη μεγαλύτερων γιγάντων αερίου.

«Θα τονίσω ότι είναι και οι δύο υποψήφιοι», είπε ο Κρίστιανσεν. «Βλέπουμε κάτι στα δεδομένα που είναι συνεπές με ένα φεγγάρι, αλλά υπάρχουν και άλλα πράγματα που θα μπορούσαν επίσης να το εξηγήσουν».

Υποθέτοντας ότι είναι ένα πραγματικό φεγγάρι, τότε το Kepler 1625b-i έχει μάζα 19 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα της Γης (περίπου 6% της μάζας του Δία), καθιστώντας το παρόμοιο σε μάζα με τον Ποσειδώνα και συνοδεύει έναν αέριο πλανήτη με 30 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Δία. μάζα της Γης και διάμετρος μισή από αυτή του Δία.

Ο Kepler 1708b-i είναι ακόμη πιο βαρύς, ζυγίζει περίπου 37 φορές τη μάζα της Γης και βρίσκεται σε τροχιά γύρω από έναν γιγάντιο πλανήτη 4,6 φορές μεγαλύτερης μάζας από τον Δία.

ένα μικρό μπλε φεγγάρι περιφέρεται γύρω από έναν μεγάλο ροζ πλανήτη με δαχτυλίδιαένα μικρό μπλε φεγγάρι περιφέρεται γύρω από έναν μεγάλο ροζ πλανήτη με δαχτυλίδια

ένα μικρό μπλε φεγγάρι περιφέρεται γύρω από έναν μεγάλο ροζ πλανήτη με δαχτυλίδια

«Αψηφούν πολλές θεωρίες», είπε ο Κρίστιανσεν. «Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς σχηματίστηκαν έτσι, επομένως πρέπει να είχαν συλληφθεί».

Η σύλληψη αντικειμένων θα τα έκανε κατ’ αρχήν παρόμοια με τα συλλαμβανόμενα φεγγάρια στο ηλιακό μας σύστημα. Θα είχαν σχηματιστεί ως πλανήτες από τη συσσώρευση του πυρήνα σε έναν δίσκο και στη συνέχεια θα είχαν συλληφθεί λόγω της μετανάστευσης προς το άστρο τους.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΙΣΤΟΡΙΑ:

– Εξωφεγγάρια: δορυφόροι σε τροχιά γύρω από πλανήτες πέρα ​​από το ηλιακό μας σύστημα

– Οι άφιλοι εξωπλανήτες «Καυτός Δίας» μπορεί τελικά να μην είναι τόσο μόνοι

– Το κυνήγι για εξωφεγγάρια γύρω από εξωγήινους πλανήτες έχει ξεκινήσει και οι επιστήμονες μπορεί να έχουν μόλις βρει έναν

Η μετανάστευση φαίνεται να είναι μια κοινή διαδικασία στα νεαρά πλανητικά συστήματα. Έτσι εξηγούν οι αστρονόμοι τους «Καυτός Δίας», που είναι αέριοι γίγαντες πολύ κοντά στο άστρο τους, αλλά που δεν θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί τόσο κοντά. Στην περίπτωση των εξωφεγγαριών Kepler 1625b-i και 1708b-i, καθώς μετανάστευσαν, πιάστηκαν από μεγαλύτερους πλανήτες μπροστά τους.

Ωστόσο, παρόλα αυτά, μάλλον δεν είναι πραγματικά φεγγάρια! Αντίθετα, και τα δύο είναι πιθανά παραδείγματα διπλών πλανητών και όχι εξωφεγγαριών. Ένας διπλός πλανήτης εμφανίζεται όταν και οι δύο κόσμοι περιφέρονται γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας στο μεταξύ τους χώρο, αντί ο ένας να περιφέρεται γύρω από τον άλλο. Έχουμε έναν διπλό πλανήτη στο Ηλιακό μας Σύστημα, μεταμφιεσμένο σε Πλούτων και ο μεγαλύτερος σύντροφός σου, Ο Χάρων.

Υπάρχουν λοιπόν κάποιου είδους αέρια φεγγάρια – αλλά για να τα δημιουργήσει, η φύση πρέπει να απατήσει!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *