Магнитное поле Юпитера и Сатурна: почему у первого четыре крупные луны, а у второго — одна

Юпитер и Сатурн — две крупнейшие планеты Солнечной системы, известные своими многочисленными спутниками. Однако системы этих газовых гигантов демонстрируют удивительное различие: у Юпитера четыре крупные луны, а у Сатурна — только одна.

Почему же при схожей природе газовых гигантов их спутниковые системы так разнятся? Ответ на этот вопрос долгое время ускользал от астрономов, несмотря на обилие наблюдательных данных.

Международная команда под руководством Юрия И. Фудзи из Киотского университета решила восполнить этот пробел. Учёные из Китая и Японии разработали физически непротиворечивую модель, основанную на магнитной аккреции. Их работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

Как пояснил Фудзи, проверка теорий формирования планет затруднена из-за того, что в качестве эталона доступна лишь наша Солнечная система. Однако множество близлежащих спутниковых систем позволяет детально наблюдать их характеристики и уточнять модели.

Исследователи провели численное моделирование внутренней структуры молодых Юпитера и Сатурна, а также эволюции их околопланетных дисков и орбитальной миграции спутников. Вычисления выполнялись на мощном компьютерном кластере Центра вычислительной астрофизики Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ).

Ключевым фактором, определяющим различия, оказалась сила магнитного поля. Юпитер обладает самым сильным полем в Солнечной системе — 417 микротесла. Оно создало в околопланетном диске магнитосферную полость, которая, вероятно, захватила и удержала три крупных спутника: Ио, Европу и Ганимед.

Магнитное поле Сатурна значительно слабее — всего 21 микротесла. Этого оказалось недостаточно для образования магнитосферной полости, поэтому мигрирующие спутники не смогли выжить в его диске. Так сформировалась система с одним доминирующим спутником — Титаном.

Предложенная модель также объясняет, почему Каллисто, четвёртый крупный спутник Юпитера, не участвует в орбитальном резонансе 1:2:4, характерном для Ио, Европы и Ганимеда. Кроме того, она закладывает основу для будущих исследований экзопланет и их лун.

Согласно выводам, газовые гиганты с массой, сравнимой с Юпитером (или больше), скорее всего, эволюционируют в компактные многолунные системы. Аналоги Сатурна образуют одну-две крупные луны и множество мелких. В перспективе команда планирует применить свою теорию к Урану, Нептуну и потенциальным экзолунным системам.