الأقمار تأتي في أشكال عديدة.
عندنا نظام شمسي لدينا أقمار صخرية (على سبيل المثال. أرضإنها قمر)، أقمار المحيطات (على سبيل المثال. أوروبا و إنسيلادوس) وأقمار الجليد المجمدة (على سبيل المثال. تريتون) ولكن لا توجد أقمار غازية. هل نحن غير محظوظين لعدم وجود أقمار غازية، أم أن هناك أسباب فيزيائية لعدم وجودها؟
في الواقع، هناك أقمار غازية! على الرغم من أنهم ليسوا في نظامنا الشمسي. رغم أن أكثر من 5500 الكواكب الخارجية تم اكتشافها حتى الآن، اثنان فقط ممكنان com.exomoons تم رصدها، ولم يتم تأكيد أي منها بنسبة 100٪ حتى الآن. الشيء الغريب في هذين “القمرين الخارجيين” هو أنهما عمالقة غازية، ولهما مدارات أكبر. عمالقة الغاز! ولكنهم، كما سنرى، هم الاستثناء الذي يثبت القاعدة.
متعلق ب: أغرب 10 أقمار في النظام الشمسي
لفهم سبب عدم وجود أقمار غازية، على الأقل في نظامنا الشمسي، من الأفضل أن نفهم أولاً كيفية تشكل الكواكب الغازية العملاقة.
هناك سيناريوهان لتشكيل كوكب غازي عملاق. أحدهما يسمى التدريب “من أسفل إلى أعلى”، والآخر يسمى “من أعلى إلى أسفل”.
تشكيل عوالم الغاز من الأسفل إلى الأعلى
من الأسفل إلى الأعلى، أو”تراكم مركزي“التكوين هو الطريقة التي تشكلت بها الكواكب الغازية العملاقة في نظامنا الشمسي. إذا تمكنا من العودة بالزمن 4.5 مليار سنة، فسنشهد شمسًا شابة محاطة بقرص من الغاز والغبار. هذا هو القرص الكوكبي الأولي الذي تشكلت منه جميع الكواكب. أولاً، تراكمت على شكل أجسام صخرية، وتزايدت مع التقاط الغبار والصخور والكويكبات. وصل البعض فقط إلى الخصر المريخ أو كوكب الزهرةلكن بعضها الآخر استمر في النمو، مكونًا أجسامًا صخرية عملاقة تصل كتلتها إلى 10 أضعاف كتلة الأرض.
بمجرد وصولهم إلى هذه الكتلة، كان لديهم جاذبية قوية بما يكفي لبدء مسح مساحات كبيرة من الغاز من قرص الكواكب الأولية. تعتمد الكمية الدقيقة للغاز الذي سرقوه وحجمه على جاذبيته وكمية الغاز المتاحة.
لكن في النهاية، انتهى نظامنا الشمسي بأربعة كواكب غازية عملاقة – كوكب المشتري و زحلو”عمالقة الجليد” الأكثر برودة أورانوس و نبتون. من وكالة ناسا جونو وجدت البعثة إلى كوكب المشتري أدلة تدعم نموذج التراكم الأساسي من خلال الكشف عن جاذبية نواة صخرية كبيرة ولكنها منتشرة تبلغ كتلتها حوالي عشرة أضعاف كتلة الأرض في مركز كوكب المشتري.
تشكيل عوالم الغاز من الأعلى إلى الأسفل
في النموذج التنازلي، تتشكل العوالم الغازية مباشرة من عنقود غازي ينهار متحولا إلى سديم، تماما كما تفعل النجوم. ومع ذلك، يمكن لهذه العملية إنتاج الحد الأدنى من الكتلة.
عندما تنكمش كتلة كبيرة من الغاز تحت تأثير جاذبيتها، فإنها تسخن لأن الغاز يتجمع في حجم أصغر بشكل متزايد، وبالتالي أكثر كثافة. لكن عندما يكون الغاز ساخنًا، فإنه يرغب في التمدد، لذا لكي يستمر في الانكماش، يجب على العنقود الغازي إطلاق حرارته الزائدة. ولذلك، فإننا كثيرا ما نرى سحب الغاز المنهارة تتوهج في ضوء الطاقة الحرارية تحت الحمراء.
ومع ذلك، هناك عامل مقيد يسمى حد العتامة للتجزئة.
“إن إشعاع ما يكفي من الحرارة لتبريد الغاز وانهياره يعتمد على عتامة الغبار ودرجة حرارته وكثافته، وتصبح هذه العملية أقل كفاءة بكثير مع الأجسام الأصغر إلى درجة أنه” عند حوالي 3 كوكب المشتري، لا يمكن أن يطلق حرارة كافية للاستمرار في ذلك. وقال سام بيرسون من وكالة الفضاء الأوروبية في مقابلة: “الانهيار”.
كلما كان الحجم أصغر، أصبح الغبار أكثر تركيزًا ومعتمًا، وأصبحت عملية إشعاع الحرارة الزائدة بسبب انكماش الجاذبية غير فعالة على نحو متزايد. وبالتالي، لا يمكن تشكيل أي شيء أصغر من 3 كتل للمشتري في عملية الهبوط.
لماذا لا يحتوي النظام الشمسي على أقمار غازية؟
مثل الكواكب الأم، تتشكل معظم الأقمار في نظامنا الشمسي من خلال عملية تراكم النواة من أسفل إلى أعلى في أقراص المواد المتبقية التي تحيط بالكواكب الأم. نظرًا لأن الكواكب قد جرفت بالفعل معظم المواد المتاحة، فلم يتبق ما يكفي لتشكيل قمر ضخم بما يكفي ليكون له جاذبية كافية لاحتواء الكثير من الغاز. في الواقع، يوجد قمر واحد فقط في النظام الشمسي له غلاف جوي، وهو أكبر أقمار زحل. تيتان.
وبالمثل، لا يمكن أن تحدث عملية تنازلية لأنه لم يبق ما يكفي من الغاز، وإذا حدث ذلك، مع ما لا يقل عن 3 كتل المشتري، لكان أكبر عالم في النظام الشمسي بفارق كبير.
أقمار غريبة
لذلك لا يمكننا تشكيل أقمار غازية عبر العمليتين الأكثر تقليدية لإنتاج عوالم الغاز. ومع ذلك، هناك العديد من الشذوذات في النظام الشمسي التي تشكلت بطريقة مختلفة.
في حالة الأرض، من المحتمل أن يكون القمر قد تشكل من مادة تم قذفها من الأرض بعد أ الاصطدام العملاق بحجم المريخ كوكب أولي. شكل هذا الحطام حلقة شكلت قمر الأرض من خلال تراكم النواة. هل يمكن أن يؤدي الاصطدام بكوكب غازي عملاق إلى إخراج ما يكفي من الغاز لتكوين قمر غازي؟
للأسف لا. “يمكن للكواكب الصخرية أن يكون لها تأثيرات كهذه، لكن تذكر عندما يكون المذنب صانع الأحذية – عينة 9 ضرب كوكب المشتري [in 1994]؟ وقالت جيسي كريستيانسن من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا لموقع Space.com في مقابلة: “لقد اختفت للتو. سوف تأكل عمالقة الغاز أي شيء”.
أي شيء يصطدم بعملاق غازي يحيط به العملاق الغازي ببساطة ويصبح جزءًا منه، بدلاً من قذف الحطام إلى الفضاء.
غرابة أخرى تتعلق بالأقمار التي تم التقاطها. على سبيل المثال، كوكب المريخ قمرين فوبوس و ديموس تم القبض عليهم الكويكبات. فيبي، القمر الخارجي لزحل، هو جسم مذنب تم التقاطه، وتريتون، قمر نبتون، هو جسم مذنب تم التقاطه. حزام كويبر بالموضوع. لم يتشكلوا حول كوكب، بل تشكلوا من تلقاء أنفسهم في الفضاء، ثم تجولوا بالقرب جدًا ووقعوا في قبضة جاذبية الكوكب.
وهذا يثير سؤالاً: هل يمكن لكوكب غازي أصغر أن يلتقطه كوكب غازي أكبر؟ بعد كل شيء، يمكن للعوالم الغازية أن تصبح ضخمة بما يعادل اثنتي عشرة مرة كتلة كوكب المشتري، لذلك من حيث المبدأ يمكنهم بسهولة التقاط عالم غازي له كتلة نبتون على سبيل المثال.
الأقمار الغازية الخارجية
يبدو أنهم يستطيعون! وقال كريستيانسن: “قد تكون هناك أقمار بحجم نبتون حول الكواكب الخارجية العملاقة”.
المرشحان exmoon المذكوران في بداية هذا المقال – كيبلر 1625 ب-ط و كيبلر 1708 ب-ط – كلاهما عملاق غازي في حد ذاته، لكن يبدو أنهما تابعان لعمالقة غاز أكبر.
قال كريستيانسن: “سأشير إلى أن كلاهما مرشحان”. “نحن نرى شيئًا ما في البيانات يتطابق مع القمر، ولكن هناك أشياء أخرى يمكن أن تفسر ذلك أيضًا.”
وبافتراض أنه قمر حقيقي، فإن كبلر 1625b-ia له كتلة 19 مرة كتلة الأرض (حوالي 6% من كتلة المشتري)، مما يجعله مشابهًا في الكتلة لنبتون، ويرافق كوكبًا غازيًا كتلته 30 مرة. من الأرض وقطرها. نصف ذلك من كوكب المشتري.
من المحتمل أن يكون Kepler-1708b-i أقل كتلة من Kepler-1625b-i، حيث يبلغ قطره حوالي خمس مرات أكبر من قطر الأرض (حوالي نصف قطر Kepler-1625b-i) ويدور حول كوكب عملاق أكبر بـ 4.6 مرة من كوكب المشتري.
وقال كريستيانسن: “إنهم يتحدون الكثير من النظريات”. “من الصعب العثور على طريقة ليتشكلوا بهذا الشكل، لذلك كان لا بد من القبض عليهم”.
إن كونها أجسامًا ملتقطة سيجعلها مشابهة، من حيث المبدأ، للأقمار الملتقطة في نظامنا الشمسي. من الممكن أن تكون قد تشكلت ككواكب من تراكم النواة إلى القرص، ثم تم التقاطها بسبب هجرتها نحو نجمها.
يبدو أن الهجرة هي عملية شائعة في الأنظمة الكوكبية الشابة. هذه هي الطريقة التي يشرح بها علماء الفلك “كواكب المشتري الساخنة”، وهي عمالقة غازية قريبة جدًا من نجمها، لكنها لا يمكن أن تكون قد تشكلت بالقرب من نجمها. في حالة أقمار كيبلر الخارجية 1625b-i و1708b-i، أثناء هجرتهم، تم الاستيلاء عليهم من قبل الكواكب الأكبر التي كانت أمامهم.
ومع ذلك، وعلى الرغم من كل هذا، فمن المحتمل أنها ليست أقمارًا حقيقية! بدلًا من ذلك، من المحتمل أن يكونا كلاهما مثالين على الكواكب المزدوجة وليس الأقمار الخارجية. ويحدث الكوكب المزدوج عندما يدور العالمان حول مركز مشترك للكتلة في الفضاء بينهما، وليس حول بعضهما البعض. لدينا كوكب مزدوج في نظامنا الشمسي، على شكل بلوتو وصاحبه الأكبر شارون.
إذن هناك أقمار غازية، بطريقة ما، ولكن لتصنيعها، يجب على الطبيعة أن تغش!
