Вопрос о том, почему одни планеты окружены целыми роями спутников, в то время как другие одиноки в своем вращении, до сих пор будоражит умы ученых. Если бы существовал своего рода "лунный чемпионат", Сатурн, безусловно, стал бы его триумфатором.
Мы (земляне) привыкли к ночному сиянию Луны, нашего верного спутника, находящегося по космическим меркам на довольно близком расстоянии. Но картина кардинально меняется, стоит нам "отправиться" мысленно к Венере, планете лишенной небесных компаньонов. Этот контраст порождает закономерный вопрос: какие космические механизмы определяют такое разнообразие в "спутниковом хозяйстве" планет?
Если вы любитель астрономии, то вероятно внимательно следите за развитием современных теорий, стремящихся объяснить эту загадку. Следует отметить, что в основе всех теорий лежит термин "естественный спутник" – так астрономы называют любые космические объекты, вращающиеся вокруг более крупных тел, не созданные руками человека.
В настоящее время доминируют две основные гипотезы, объясняющие наличие спутников у планет. Первая – это гравитационный захват. Представьте себе невидимую границу вокруг планеты, так называемую сферу Хилла. Если пролетающий мимо объект попадает в эту область, гравитационное притяжение планеты оказывается достаточно сильным, чтобы "поймать" его и сделать своим спутником. Вторая гипотеза предполагает, что спутники формируются одновременно с самой планетой из того же протопланетного диска, окружающего молодую звезду.
Давайте углубимся в понятие сферы Хилла. Любое тело в космосе обладает гравитационным полем, притягивающим к себе другие объекты. Чем массивнее тело, тем сильнее его гравитационное влияние. Именно гравитация Земли удерживает нас на поверхности. В масштабах Солнечной системы доминирует притяжение Солнца, обеспечивающее орбитальное движение планет. Однако, чтобы спутник вращался именно вокруг планеты, а не был увлечен Солнцем, он должен находиться на определенном расстоянии, где гравитация планеты преобладает. Это минимальное расстояние и определяется радиусом сферы Хилла. Примером служит наша Луна: Земля вращается вокруг Солнца, но Луна, находясь внутри земной сферы Хилла, вращается вокруг Земли. Сравните, например, Землю и Меркурий. У Меркурия, из-за его меньшей массы, сфера Хилла значительно меньше. Потенциальные спутники просто не смогли бы удержаться на орбите и были бы притянуты Солнцем. Ученые не исключают, что в далеком прошлом даже у таких небольших планет могли быть временные спутники, "сбитые" с орбит космическими столкновениями.
Марс, например, имеет два небольших спутника – Фобос и Деймос. Происхождение этих спутников до сих пор вызывает споры. Согласно одной из версий, это астероиды, случайно оказавшиеся в сфере Хилла Марса и захваченные его гравитацией. В пользу этой гипотезы говорит близость Марса к поясу астероидов. Другая версия предполагает их формирование одновременно с планетой.
Планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – обладают гораздо большими сферами Хилла благодаря своим внушительным размерам и удаленности от Солнца. Их мощное гравитационное поле способно удерживать значительно больше естественных спутников. На сегодняшний день, Юпитер насчитывает десятки спутников, а Сатурн и вовсе является рекордсменом по их количеству.
Что касается второй теории – формирования спутников одновременно с планетами – она предполагает, что на ранних этапах существования Солнечной системы вокруг Солнца вращался газопылевой диск. Из этого диска впоследствии сформировались планеты, а вокруг них, по аналогии, могли образоваться и спутники, вращающиеся в том же направлении, что и планета. Однако, считается, что лишь немногие спутники в нашей системе возникли таким образом. Ученые предполагают, что внутренние спутники Юпитера и Сатурна сформировались на заре существования Солнечной системы, о чем свидетельствует их возраст. Большинство же спутников, особенно внешние, скорее всего, были именно гравитационно захвачены.
Особое место занимает Луна нашей родной Земли. Согласно наиболее распространенной гипотезе, она образовалась в результате древнего столкновения Земли с протопланетой Тейей, размером с Марс. Выброшенное в результате этого столкновения вещество сформировало околоземную орбиту и, со временем, скоагулировало в наш единственный естественный спутник. Подтверждением этой теории служит схожий состав горных пород – базальтов – на поверхности Луны и в недрах Земли.
В заключение стоит отметить, что вопрос о причинах столь неравномерного распределения спутников между планетами остается открытым и является предметом активных научных исследований. Размер планеты, ее гравитационное влияние, радиус сферы Хилла и особенности формирования конкретной планетной системы – все эти факторы, вероятно, играют свою роль в этой космической загадке.