Великі супутники Урану утворилися разом зі зміною нахилу осі обертання планети

П'ять великих супутників Урану сформувалися в результаті конденсації водяного пари в лід в навколопланетному диску, який виник від зіткнення з великим тілом, що змінив нахил осі обертання планети. Теоретичну модель, яка пояснює цей процес, розробила група японських дослідників, їх стаття опублікована в.

Серед 27 відомих до теперішнього часу природних супутників Урану (вони, до речі, носять імена персонажів з творів Олександра Поупа і Вільяма Шекспіра) прийнято виділяти п'ять великих, які мають форму, близьку до шароподібної - це Міранда, Аріель, Умбріель, Титанія і Оберон. Всі вони, за винятком практично повністю крижаної Міранди, складаються з приблизно рівного співвідношення льоду і гірських порід.

Існують два можливих сценарії утворення цих супутників - еволюція навколопланетного субдиска або аккреція речовини, яку було викинуто в результаті зіткнення Урану з масивним тілом. Однак перший сценарій не пояснює той факт, що система супутників обертається в тому ж напрямку, що Уран і має той же нахил осі обертання - площину екватора Урану нахилена до площини орбіти майже на 98 градусів, він ніби лежить на боці. Адже субдиск формується в орбітальній площині планети, притягуючи водень і гелій з диска, що оточує зірку.

Другий сценарій - формування супутників з диска, який утворився в результаті зіткнення Урану з іншим небесним тілом - набагато краще пояснює існуючі сьогодні параметри орбіт місяць цієї планети. Цей сценарій також пояснює значний нахил осі обертання Урану. Однак при моделюванні цього процесу досі виходили навколопланетні диски, які на порядок менше і на два порядку більш масивні, ніж система з п'яти великих супутників, і до того ж вони дуже бідні гірськими породами - адже речовина з маленького кам'яного ядра Урана не так легко вивільнити навіть за умови зіткнення з масивним об'єктом.

Автори дослідження під керівництвом Сігера Іда (Shigeru Ida) з Токійського технологічного інституту дійшли висновку, що це відбувається тому, що раніше для моделювання використовували модель «гігантського зіткнення» - як те, в результаті якого біля Землі утворився Місяць. При цьому не бралися до уваги особливості еволюції навколопланетного диска, що складається, в основному, з водяної пари, а не з гірських порід, як це було у випадку з Землею.

Швидше за все, тіло, з яким Уран зіткнувся в ранній період своєї історії, складалося здебільшого з льодів - як, власне, і сам Уран. Оскільки температура випаровування водяного льоду невелика, в результаті зіткнення викинута на орбіту планети речовина, що перейшла в газоподібний стан, не полетіла в міжпланетний простір, а залишилася на орбіті. Поступово диск втратив значну масу водяної пари і розподілився за рівнями існуючої системи супутників, поки пар не охолодився достатньо для того, щоб почалася конденсація льоду на твердих, силікатних фрагментах і формування з крижаних зерен більш великих тіл.

Модель, запропонована японськими вченими, відтворює орбіти супутників Урану і їх приблизну масу відповідно до параметрів, що спостерігаються в реальності. Вона пропонує сценарій формування супутників у крижаних гігантів залежно від маси і фізичного радіусу центральної планети, який відрізняється від способу утворення супутників у планет земної групи і газових гігантів.

Автори статті впевнені, що цю модель можна використовувати для внутрішньої частини системи супутників Нептуна, нехтуючи наявністю Тритона, який міг бути захоплений планетою. Також вчені сподіваються, що таким чином можна буде пояснити можливу наявність у суперземель крижаних супутників. Вже сьогодні спостереження вказують на те, що багато відкритих в екзопланетних системах суперземлі можуть бути багаті водяним льодом, навіть перебуваючи на близьких до своїх зірок орбітах. Раніше ми писали про те, як в атмосферах екзопланет виявили водяну пару.

Крім 27 супутників, Уран володіє цікавою системою кілець. вже розповідав про те, як супутники взаємодіють з кільцями і один з одним.