Die Untersuchung der vielen Monde des Sonnensystems hat in den letzten Jahrzehnten eine Fülle von Informationen ergeben. Dazu gehören die Monde des Jupiter - 69 davon wurden identifiziert und benannt - Saturn (62) und Uranus (27). In allen drei Fällen haben die Satelliten, die diese Gasriesen umkreisen, progressive Umlaufbahnen mit geringer Neigung. Innerhalb des neptunischen Systems stellten Astronomen jedoch fest, dass die Situation ganz anders war.
Im Vergleich zu den anderen Gasriesen hat Neptun weitaus weniger Satelliten, und der größte Teil der Systemmasse konzentriert sich auf einen einzelnen Satelliten, von dem angenommen wird, dass er eingefangen wurde (d. H. Triton). Laut einer neuen Studie eines Teams des Weizmann Institute of Science in Israel und des Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder, Colorado, hatte Neptun möglicherweise einmal ein massiveres Satellitensystem, das durch die Ankunft von Triton möglicherweise gestört wurde.
Die Studie mit dem Titel "Tritons Evolution mit einem primordialen neptunischen Satellitensystem" erschien kürzlich in Das astrophysikalische Journal. Das Forschungsteam bestand aus Raluca Rufu, einer Astrophysikerin und Geophysikerin vom Weizmann-Institut, und Robin M. Canup - dem stellvertretenden Vizepräsidenten des SwRI. Gemeinsam betrachteten sie Modelle eines ursprünglichen neptunischen Systems und wie es sich dank der Ankunft von Triton verändert haben könnte.
Seit vielen Jahren sind Astronomen der Meinung, dass Triton einst ein Zwergplanet war, der aus dem Kuipergürtel geworfen und von Neptuns Schwerkraft erfasst wurde. Dies basiert auf seiner retrograden und stark geneigten Umlaufbahn (156,885 ° zum Neptunäquator), die aktuellen Modellen der Entstehung von Gasriesen und ihren Satelliten widerspricht. Diese Modelle legen nahe, dass sich ihre Monde, wenn Riesenplaneten Gas ansammeln, aus einer umgebenden Trümmerscheibe bilden.
In Übereinstimmung mit den anderen Gasriesen hätte der größte dieser Satelliten progressive, regelmäßige Umlaufbahnen, die relativ zum Äquator ihres Planeten nicht besonders geneigt sind (normalerweise weniger als 1 °). In dieser Hinsicht wird angenommen, dass Triton einst Teil einer Binärdatei war, die aus zwei transneptunischen Objekten (TNOs) besteht. Als sie an Neptun vorbeischwangen, wäre Triton von seiner Schwerkraft erfasst worden und allmählich in seine aktuelle Umlaufbahn gefallen.
Wie Dr. Rufu und Dr. Canup in ihrer Studie feststellten, hätte die Ankunft dieses massiven Satelliten wahrscheinlich viele Störungen im neptunischen System verursacht und dessen Entwicklung beeinflusst. Dies bestand darin, zu untersuchen, wie Wechselwirkungen - wie Streuung oder Kollisionen - zwischen Triton und Neptuns früheren Satelliten die Umlaufbahn und Masse von Triton sowie das gesamte System verändert hätten. Wie sie erklären:
„Wir bewerten, ob die Kollisionen zwischen den ursprünglichen Satelliten störend genug sind, um eine Trümmerscheibe zu erzeugen, die die Zirkularisierung von Triton beschleunigen würde, oder ob Triton zuerst einen störenden Aufprall erfahren würde. Wir suchen nach der Masse des ursprünglichen Satellitensystems, die die aktuelle Architektur des neptunischen Systems ergeben würde. “
Um zu testen, wie sich das neptunische System hätte entwickeln können, betrachteten sie verschiedene Arten von ursprünglichen Satellitensystemen. Dies beinhaltete eines, das mit dem derzeitigen System von Uranus übereinstimmte und aus fortschrittlichen Satelliten mit einer ähnlichen Massenration wie die größten Monde von Uranus - Ariel, Umbriel, Titania und Oberon - bestand, sowie eines, das entweder mehr oder weniger massiv war. Anschließend führten sie Simulationen durch, um festzustellen, wie Tritons Ankunft diese Systeme verändert hätte.
Diese Simulationen basierten auf Störungsskalierungsgesetzen, die berücksichtigten, wie nicht getroffene Auswirkungen zwischen Triton und anderen Körpern zu einer Umverteilung der Materie im System geführt hätten. Nach 200 Simulationen stellten sie fest, dass ein System mit einem Massenverhältnis, das dem aktuellen uranischen System (oder kleiner) ähnlich war, höchstwahrscheinlich das aktuelle neptunische System erzeugt hätte. Wie sie sagen:
"Wir stellen fest, dass ein früheres Satellitensystem mit einem Massenverhältnis ähnlich dem Uran-System oder kleiner eine erhebliche Wahrscheinlichkeit hat, das aktuelle Neptun-System zu reproduzieren, während ein massiveres System eine geringe Wahrscheinlichkeit hat, zur aktuellen Konfiguration zu führen."
Sie fanden auch heraus, dass die Wechselwirkung von Triton mit einem früheren Satellitensystem auch eine mögliche Erklärung dafür bietet, wie seine anfängliche Umlaufbahn schnell genug hätte verringert werden können, um die Umlaufbahnen kleiner unregelmäßiger Satelliten zu erhalten. Diese Nereiden-ähnlichen Körper wären sonst aus ihren Bahnen geworfen worden, da Gezeitenkräfte zwischen Neptun und Triton Triton veranlassten, seine aktuelle Umlaufbahn anzunehmen.
Letztendlich bietet diese Studie nicht nur eine mögliche Erklärung dafür, warum sich das Satellitensystem von Neptun von dem anderer Gasriesen unterscheidet. es zeigt auch, dass Neptuns Nähe zum Kuipergürtel dafür verantwortlich ist. Zu einer Zeit hatte Neptun möglicherweise ein System von Monden, das denen von Jupiter, Saturn und Uranus sehr ähnlich war. Aber da es gut gelegen ist, um zwergplanetengroße Objekte aufzunehmen, die aus dem Kuipergürtel geworfen wurden, hat sich dies geändert.
Mit Blick auf die Zukunft weisen Rufu und Canup darauf hin, dass zusätzliche Studien erforderlich sind, um die frühe Entwicklung von Triton als neptunischer Satellit zu beleuchten. Im Wesentlichen bleiben noch Fragen offen, welche Auswirkungen das System bereits vorhandener Satelliten auf Triton hatte und wie stabil seine unregelmäßigen progressiven Satelliten waren.
Diese Ergebnisse wurden auch von Dr., Rufu und Dr. Canup während der 48. Lunar and Planetary Science Conference vorgestellt, die im vergangenen März in The Woodlands, Texas, stattfand.
