Hogyan születtek a Jupiter nagy holdjai?

Egészen új elmélet készült, amelyet modellszámításokkal erősítettek meg a kutatók.

A négy nagy hold létezéséről Galilei óta tudunk, s számos hasonlóságuk ellenére mindegyik egy „egyéniség”, egészen eltérő világ. Miként alakultak ki? Erre a kérdésre kereste a választ a Caltech és az Université Côte d’Azur két kutatója egy új modell megalkotásával, az eredményeket az Astrophysical Journal szakfolyóirata közölte.
Az első elterjedt elmélet szerint a négy nagy hold össztömege a Jupiter körüli planetáris korong teljes szilárd anyagából adódott össze, a mennyiség a gázbolygó tömegének ötvened része lehetett, nagy volt benne a forróság, és gyorsan alakultak ki a holdak. Ezt kissé kiegészítették későbbi részletekkel, amelyek alapján a négy Galilei-hold kb. 1000 km átmérőjű holdcsírából alakult ki, a befelé vándorló tömegek hozzájuk csapódásával. Azonban számos modell szerint ez az elképzelés több buktatót is rejt magában, így mindenképp szükség volt új modellezésre. Ezt végezték most el, mégpedig új analitikai számításokkal és nagyszabású számítógépes modellezéssel együtt.
Az új elképzelés a következőképp néz ki: a Naprendszer első pár millió éves időszakában a protoplanetáris korongból a Jupiter megszületett, az óriásbolygó-kezdemény körül a saját porból és gázból álló korong is kialakult. Ez a Jupiter-körüli korong úgy jött létre, hogy a Jupiter sarkai felé a Nap körüli protoplanetáris korongból anyag kezdett áramolni, azonban ez a gravitációs hatások miatt a Jupiter egyenlítői régiója körüli pályára kényszerült. Itt azonban felmerül a kérdés: vajon elegendő anyag tud-e így összegyűlni a holdak formálódásához?
A két kutató által készített modellben a Jupiter-körüli korongban lévő por és gáz közti interakciókat is kiszámították. A porszemcséket egyrészt vonzza a Jupiter, másrészt viszont kifelé magával ragadja a Jupiter-körüli korongban lévő gáz s ezek a hatások bizonyos méretű porszemcsék esetében tökéletesen kioltják egymást, így a korong gyakorlatilag „porcsapdaként” működhet.
A kutatás egyik szerzője, Konstantin Batygin elmondta, hogy kocogás közben támadt egy ötlete: „Egy dombra futottam felfelé, és láttam a földön egy sörös palackot, ami nem gurult le a völgybe, mert a völgy felől fújó szél a gravitáció ellen hatott, így a szél és a tömegvonzás kiegyenlítették egymást. Eszembe jutott, hogy ami lejtőn egy sörös palackkal megtörténhet, az a Jupiter körüli korongban bizonyos méretű porszemcsékkel is ugyanígy lehet.”

Az elvégzett modellszámításokból azt az eredményt kapták, hogy e két egymás ellen ható erőnek köszönhetően a Jupiter-körüli korong gazdaggá vált jeges, 0,1-10 mm nagyságú porszemcsékben. Az így kialakult porgyűrű egy idő után olyan masszívvá vált, hogy saját tömege alatt összeroskadt, és sok ezer, kb. 100 km nagyságú csomó keringett így tovább. Ezek a jeges kisbolygószerű holdcsírák aztán, mindössze pár évezred alatt egymásba olvadtak, s így egyenként megszülettek a Jupiter nagy holdjai.
Elsőként az Io (ez a legbelső nagy hold) jött létre, s amint kialakult, a gravitációja zavarokat keltett a Jupiter-körüli korongban, és ennek hatására apránként a korong belső pereméig, nagyjából a jelenkori helyére vándorolt. A többi hold kialakulása és helyére vándorlása hasonló módon zajlott, s ennek hatására a három belső hold rezonáns keringésűvé is lett. Amíg az Io négyszer kerüli meg a Jupitert, addig az Europa kétszer, a Ganymedes pedig egyszer.
A legkülső Galilei-hold, a Callisto születése idejére azonban elfogytak a gázok a Jupiter-körüli korongból, mivel azt a Nap sugárzása elsodorta, így más erőviszonyok álltak fenn, ezért az a hold már egyrészt jóval lassabban alakult ki (millió éves nagyságrend), és már nem tudott rezonanciához megfelelő helyre vándorolni.

A számtalan modellfutás közt voltak tökéletesebbek és kevésbé tökéletesek, de alapvetően és sok részletben a ma fennálló rendszerre hasonlító eredményt adták. Szinte minden modellfutás a 3 belső Galilei-hold tömegére és pályájára hasonlító eredményt mutatta, volt olyan is, amelyben az Io formálódása során megmaradt kis holdcsírák az Io-n belüli pályára kerültek – ez pedig egészen úgy néz ki, mint a ma Amalthea-csoportként ismert, 10-100 km-es belső Jupiter-holdak.
A most felvázolt folyamatnak lehetnek vitatott pontjai, mégis magyarázatot adhat más rendszerek kialakulására is. Az elmélet több ponton hasonlít ahhoz az elképzeléshez is, amellyel a szuperföldek keletkezését és rendszerük belső régiójába vándorlását leírják.
Forrás: Égen – Földön – Föld alatt