Принято считать, что луны вокруг планет формируются одним из трёх способов. Это либо гигантское столкновение, которое, как полагают в западном астрономическом сообществе, породило Луну, гравитационный захват близкого (и сформировавшегося независимо ранее) астероида или карликовой планеты, а также формирование одновременно с планетой из того же участка протопланетного облака.
Встречайте четвёртую теорию. Орелье́н Крида () из и Себастьян Шарно () из провели компьютерное моделирование развития колец вокруг планет Солнечной системы на протяжении их ранней истории и получили несколько неожиданных данных.
Уран и Нептун имели кольца, которым мог бы позавидовать даже нынешний Сатурн, то есть в 400 и 2 раза массивнее. (Здесь и ниже иллюстрации Frederic Durillon / animea.)
Во-первых, масса таких колец в начале истории нашей системы оказалась очень большой, несравнимой с нынешней. Например, Земля имела кольцо массой до 2,5% от её веса. Для сравнения можно напомнить, что масса Луны составляет лишь 0,0123 нынешней земной, то есть кольцо Земли на определённом этапе было вдове массивнее немаленького спутника. Однако на фоне других планет оно меркло. Особенно интересен Уран: его кольца некогда «весили» в 400 раз больше современных сатурновских, лидера Солнечной системы. Вдвое массивнее кольца, чем у последнего, были у Нептуна. Ну а сам Сатурн некогда «красовался» кольцами в 5 000 раз тяжелее нынешних. Даже Плутон имел кольцо массой до 20% от собственной, чего вполне достаточно для формирования из них Харона.
Почему французы вообще задумались о таком, казалось бы, нетривиальном происхождении спутников? Дело в том, что большинство спутников в нашей системе тем больше, чем дальше они от своей планеты. Для гипотезы одновременного формирования из протопланетного облака это большой минус: такая неравномерность размеров из неё не вытекает. Гипотеза гигантских столкновений не может отвечать за появление спутников у газовых гигантов — то есть за абсолютное большинство спутников вообще. Захват «пролетающих мимо» астероидов и прочих небесных тел также не должен приводить к упомянутой закономерности роста масс по мере удаления от планеты. Скажем, Фобос и Деймос, которые считаются полученными Марсом именно по этому механизму, выстроены наоборот: более массивный Фобос ближе к Красной планете.
Французские астрономы предлагают простое решение для этой «странности крупных планет». Спутники постепенно формировались из околопланетного кольца в районе неподалёку от . Происходило это именно там, потому что как раз у предела Роша взаимное притяжение обломков, составляющих кольцо, становилось более значимым, чем гравитация самой планеты. После накопления определённой массы за счёт снижения орбитальной скорости в столкновениях с притягиваемыми обломками кольца новообразовавшийся спутник мигрировал дальше от «зоны кормления» (предела Роша), и только после этого там мог начать формироваться следующий спутник. Если бы его формирование началось раньше, то при наличии массивного «предшественника» он был бы просто захвачен его гравитацией. После достижения конкретной массы вторым спутником тот тоже начинал удаляться от предела Роша, предоставляя возможность рождения следующему «претенденту». Идея в том, что каждый такой спутник оставлял следующему все меньше материи в околопланетных кольцах, одновременно значительно прореживая их. Поэтому те спутники, что сегодня находятся дальше от первичных колец гигантов, более массивны, нежели непосредственные соседи планет из числа спутников позднего формирования.
Хорошо видно, что у всех гигантов, кроме Юпитера, спутники тем больше, чем дальше они от планеты. Исключением можно считать разве что Япет (отсутствует на иллюстрации).
Строго говоря, из околопланетного кольца получилась и Луна, отмечают французы; после того как столкнулась с Землёй, будущий лунный материал был выброшен на орбиту и лишь затем, хотя и за короткое время, образовал Луну. Подобные процессы, по всей видимости, никогда не происходили с Венерой и Меркурием, которые, согласно модели, не могли сформировать значимых колец.
Впрочем, новая концепция не может претендовать на роль волшебной палочки, объясняющей все пробелы со спутниками нашей системы. Слабость модели в том, что она мало применима к Юпитеру: его спутники не соблюдают закономерность «чем дальше, тем больше». То же относится и к и Титану — спутникам Сатурна, которые, как полагают исследователи, могли сформироваться напрямую из протопланетного облака, а не из «протоспутниковых» колец Сатурна.
По мнению астрономов, чем массивнее планета-гигант (а именно таковы Юпитер и в меньшей степени Сатурн), тем быстрее она сформировалась, а следовательно, тем больше была вероятность для неё получить (захватить первой) спутники, которые, как и сами планеты, образовались именно из протопланетного диска.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале , а с рядом дополнительных материалов по нему можно ознакомиться .
