Έχουμε βραχώδη φεγγάρια, ωκεάνια φεγγάρια και φεγγάρια από πάγο, αλλά πού είναι όλα τα αέρια φεγγάρια;
Τα φεγγάρια έρχονται σε πολλές μορφές.
Στο ηλιακό μας σύστημα έχουμε βραχώδη φεγγάρια (π.χ. το φεγγάρι της Γης), ωκεάνια φεγγάρια (π.χ. Ευρώπη και Εγκέλαδος) και φεγγάρια με πάγο (π.χ. Τρίτωνας), αλλά δεν υπάρχουν φεγγάρια αερίου. Είμαστε απλώς άτυχοι που δεν έχουμε φεγγάρια αερίου ή υπάρχουν φυσικοί λόγοι που δεν μπορούν να υπάρξουν;
Στην πραγματικότητα, υπάρχουν φεγγάρια αερίου! Αν και δεν βρίσκονται στο ηλιακό μας σύστημα. Αν και μέχρι στιγμής έχουν ανακαλυφθεί περισσότεροι από 5.500 εξωπλανήτες, έχουν εντοπιστεί μόνο δύο πιθανοί εξωπλανήτες και κανένας από τους δύο δεν έχει επιβεβαιωθεί ακόμη 100%. Το περίεργο με αυτά τα δύο «εξωφεγγάρια» είναι ότι είναι γίγαντες αερίου, που περιφέρονται γύρω από ακόμη μεγαλύτερους γίγαντες αερίου! Ωστόσο, όπως θα δούμε, είναι η εξαίρεση που αποδεικνύει τον κανόνα.
Για να καταλάβουμε γιατί δεν υπάρχουν φεγγάρια αερίου, 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. Ο ένας αναφέρεται ως σχηματισμός «από κάτω προς τα πάνω», ο άλλος είναι «από πάνω προς τα κάτω».
Σχηματισμός κόσμων αερίου από κάτω προς τα πάνω.
Ο σχηματισμός από κάτω προς τα πάνω, ή «πυρήνας προσαύξησης», είναι ο τρόπος με τον οποίο σχηματίστηκαν οι αέριοι γίγαντες πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος. Αν μπορούσαμε να ταξιδέψουμε πίσω στο χρόνο 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, θα γινόταν μάρτυρας ενός νεαρού ήλιου 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, που αυξάνονταν καθώς μάζευαν σκόνη, βότσαλα και αστεροειδείς. Μερικά μεγάλωσαν τόσο όσο ο Άρης ή η Αφροδίτη, άλλα άλλα συνέχισαν να μεγαλώνουν, σχηματίζοντας γιγάντια βραχώδη σώματα με μάζα έως και 10 φορές τη μάζα του Δία.
Μόλις απέκτησαν αυτή τη μάζα, είχαν αρκετά ισχυρή βαρύτητα ώστε να αρχίσουν να σαρώνουν μεγάλες λωρίδες αερίου από τον πρωτοπλανητικό δίσκο. Το πόσα ακριβώς αέρια έκλεψαν και πόσο μεγάλωσαν εξαρτιόταν από τη βαρύτητα τους και από το πόσο αέριο ήταν διαθέσιμο.
Αλλά στο τέλος, το ηλιακό μας σύστημα έμεινε με τέσσερις γίγαντες πλανήτες αερίου, τον Δία και τον Κρόνο, και τους ψυχρότερους «γίγαντες πάγου» Ουρανό και Ποσειδώνα. Η αποστολή Juno της NASA στον Δία βοήθησε να βρεθούν στοιχεία που να 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.
Σχηματισμός κόσμων αερίου από πάνω προς τα κάτω.
Στο μοντέλο από πάνω προς τα κάτω, οι κόσμοι αερίων σχηματίζονται απευθείας από μια συστάδα αερίου που καταρρέει σε ένα νεφέλωμα, όπως ακριβώς κάνουν τα αστέρια. Ωστόσο, υπάρχει μια ελάχιστη ποσότητα μάζας που μπορεί να παράγει αυτή η διαδικασία.
Καθώς μια μεγάλη συστάδα αερίου συστέλλεται υπό τη δύναμη της δικής της βαρύτητας, θερμαίνεται επειδή το αέριο συσσωρεύεται σε έναν όλο και μικρότερο και επομένως πυκνότερο όγκο. Αλλά όταν το αέριο είναι ζεστό θέλει να διαστέλλεται, οπότε για να συνεχίσει να συστέλλεται, η συστάδα αερίου πρέπει να εκπέμπει την περίσσεια θερμότητάς του. 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 της σκόνης, τη θερμοκρασία και την πυκνότητα, και αυτή η διαδικασία γίνεται πολύ λιγότερο αποτελεσματική με μικρότερα αντικείμενα σε σημείο που περίπου στις 3 μάζες του Δία. δεν μπορεί να εκπέμψει αρκετή θερμότητα για να συνεχίσει να καταρρέει», δήλωσε ο Sam Pearson του Ευρωπαϊκού Διαστημικού Οργανισμού σε συνέντευξή του.
Όσο μικρότερος είναι ο όγκος, τόσο πιο συμπυκνωμένη και αδιαφανής γίνεται η σκόνη και η διαδικασία ακτινοβολίας της υπερβολικής θερμότητας της βαρυτικής συστολής γίνεται όλο και πιο αναποτελεσματική. Έτσι, 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 φεγγάρια αερίου.
Όπως οι μητρικοί τους πλανήτες, τα περισσότερα από τα φεγγάρια στο ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκαν μέσω της διαδικασίας συσσώρευσης πυρήνα από κάτω προς τα πάνω σε δίσκους υπολειπόμενου υλικού που δακτυλίωναν τους μητρικούς πλανήτες τους. Επειδή 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 κρατήσει πολύ αέριο. Στην πραγματικότητα, μόνο ένα φεγγάρι στο ηλιακό σύστημα έχει ακόμη και ατμόσφαιρα, και αυτό είναι το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, ο Τιτάνας.
Ομοίως, μια διαδικασία από πάνω προς τα κάτω δεν θα μπορούσε να συμβεί επειδή δεν είχε απομείνει αρκετό αέριο, και αν συνέβαινε, σε τουλάχιστον 3 μάζες του Δία θα ήταν ο μεγαλύτερος κόσμος στο ηλιακό σύστημα με αρκετά περιθώρια.
Περίεργα φεγγάρια.
Έτσι, δεν μπορούμε να σχηματίσουμε αέρια φεγγάρια μέσω των δύο πιο συμβατικών διαδικασιών παραγωγής κόσμων αερίου. Ωστόσο, υπάρχουν αρκετές παραξενιές στο ηλιακό σύστημα που σχηματίστηκαν με διαφορετικό τρόπο.
Στην περίπτωση της Γης, το φεγγάρι πιθανότατα σχηματίστηκε από υλικό που εκτοξεύτηκε από τη Γη μετά από μια γιγάντια σύγκρουση με έναν πρωτοπλανήτη στο μέγεθος του Άρη. 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 Shoemaker–Levy 9 χτύπησε τον Δία το 1994; Εξαφανίστηκε”, είπε η Jessie Christiansen του Caltech σε μια συνέντευξη στο Space.com. «Οι γίγαντες του φυσικού αερίου τρώνε οτιδήποτε».
Οτιδήποτε συγκρούεται με έναν γίγαντα αερίου απλώς υποτάσσεται στον γίγαντα του αερίου και γίνεται μέρος του, αντί να εκτοξεύει συντρίμμια στο διάστημα.
Ένα άλλο παράξενο είναι τα αιχμαλωτισμένα φεγγάρια. Για παράδειγμα, τα δύο φεγγάρια του Άρη ο Φόβος και ο Δείμος είναι αστεροειδείς αιχμαλωτισμένοι. Το εξώτατο φεγγάρι του Κρόνου, η Φοίβη, είναι ένα αιχμαλωτισμένο αντικείμενο κομήτη και το φεγγάρι του Ποσειδώνα, ο Τρίτωνας, είναι ένα αντικείμενο της Ζώνης Κάιπερ. Δεν σχηματίστηκαν γύρω από έναν πλανήτη, αλλά αντίθετα σχηματίστηκαν μόνα τους στο διάστημα και αργότερα περιπλανήθηκαν πολύ κοντά και πιάστηκαν από τη βαρύτητα ενός πλανήτη.
Αυτό θέτει ένα ερώτημα, θα μπορούσε ένας μικρότερος αέριος πλανήτης να συλληφθεί από έναν μεγαλύτερο πλανήτη αερίου; Σε τελική ανάλυση, οι αέριοι κόσμοι μπορούν να αποκτήσουν μάζα έως και δώδεκα φορές τη μάζα του Δία, επομένως κατ’ αρχήν θα μπορούσαν εύκολα να κολλήσουν έναν κόσμο αερίου με, ας πούμε, τη μάζα του Ποσειδώνα.
Τα αέρια εξωφεγγάρια.
Φαίνεται ότι όντως μπορούν! «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, το Kepler 1625b-i και το Kepler 1708b-i, είναι και οι δύο γίγαντες αερίου από μόνα τους, αλλά φαίνεται να είναι δορυφόροι για ακόμη μεγαλύτερους γίγαντες αερίου.
«Θα τονίσω ότι και οι δύο είναι υποψήφιοι», είπε ο Κρίστιανσεν. «Βλέπουμε κάτι στα δεδομένα που είναι συνεπές με ένα φεγγάρι, αλλά υπάρχουν και άλλα πράγματα που θα μπορούσαν να το εξηγήσουν επίσης».
Υποθέτοντας ότι είναι 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 μάζα και διάμετρο 30 φορές τη Γη το μισό από αυτό του Δία.
Ο Kepler 1708b-i είναι ακόμα 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.
«Αμφισβητούν πολλές θεωρίες», είπε ο Κρίστιανσεν. «Είναι δύσκολο να βρεις έναν τρόπο που σχηματίστηκαν έτσι, επομένως πρέπει να έχουν συλληφθεί».
Η σύλληψη αντικειμένων θα τα έκανε παρόμοια, κατ’ αρχήν, με τα συλλαμβανόμενα φεγγάρια στο ηλιακό μας σύστημα. Θα είχαν σχηματιστεί σαν πλανήτες από συσσώρευση πυρήνα σε έναν δίσκο και στη συνέχεια θα είχαν συλληφθεί λόγω της μετανάστευσης προς το άστρο τους.
Η μετανάστευση φαίνεται να είναι μια κοινή διαδικασία στα νεαρά πλανητικά συστήματα. Είναι ο τρόπος με τον οποίο οι αστρονόμοι εξηγούν τους “Καυτούς Δίες”, οι οποίοι είναι αέριοι γίγαντες πολύ κοντά στο άστρο τους, αλλά που θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί τόσο πολύ. Στην περίπτωση των εξωφεγγαριών Kepler 1625b-i και 1708b-i, καθώς μετανάστευσαν μέσα, πιάστηκαν από μεγαλύτερους πλανήτες που βρίσκονταν μπροστά τους.
Ωστόσο, παρόλα αυτά, μάλλον δεν είναι αληθινά φεγγάρια! Αντίθετα, και οι δύο είναι πιθανώς παραδείγματα διπλών πλανητών παρά εξωσεληνών. Διπλός πλανήτης είναι 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 δικό μας Ηλιακό Σύστημα, με το πρόσχημα του Πλούτωνα και του μεγαλύτερου συντρόφου του, του Χάροντα.
Ακολουθήστε μας και στο Google news. Διαβάστε μας για να ενημερώνεστε για όλα τα νέα, από την Ελλάδα και τον κόσμο, πατήστε το καμπανάκι για να ενημερώνεστε πρώτοι έγκαιρα και έγκυρα.
πηγή Αρχική εικόνα: NASA, ESA, and L. Hustak (STScI