Kosmos

Narodziny księżyców

Numer 8/2018
Księżyce, ­planetoidy i inne obiekty w Układzie Słonecznym. Księżyce, ­planetoidy i inne obiekty w Układzie Słonecznym. shooarts / Shutterstock
Księżyce obiegające planety w Układzie Słonecznym uformowały się w wyniku działania różnych mechanizmów. Dochodziło do zderzeń, przechwyceń i rozrywania grawitacyjnego. Nie są to martwe bryły. Na każdym z księżyców dzieje się coś ciekawego.
Porównanie wielkości Ziemi i różnych księżyców.Diego Barucco/Shutterstock Porównanie wielkości Ziemi i różnych księżyców.
Książka Elizabeth Tasker, „Fabryka planet. Egzoplanety i poszukiwania drugiej Ziemi”, Prószyński i S-ka.materiały prasowe Książka Elizabeth Tasker, „Fabryka planet. Egzoplanety i poszukiwania drugiej Ziemi”, Prószyński i S-ka.

Nasz Księżyc należy do grupy dość niezwykłych satelitów naturalnych. Ponieważ jego masa wynosi 1,2% masy Ziemi, jest on szczególnie ciężki w porównaniu ze swoją planetą. Odsetek ten jest większy (12%) tylko w przypadku Charona, gigantycznego księżyca Plutona. Dla porównania, masy księżyców Marsa, Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna nie przekraczają 0,025% masy ich planet. W jaki zatem sposób wokół małych planet, takich jak Ziemia i Pluton, pojawiły się tak wielkie satelity?

Kosmiczne kolizje

Okazuje się, że i Księżyc, i Charon powstały za sprawą potężnych kolizji. Naukowcy uważają, że nasz satelita utworzył się w wyniku zderzenia młodej Ziemi z obiektem wielkości Marsa. Uderzenie to było tak silne, że materia zarówno z uderzającego obiektu, jak i z Ziemi została wyrzucona na orbitę wokół naszej planety. Później skupiła się w jeden obiekt i utworzyła Księżyc. Właśnie dlatego skład Srebrnego Globu jest podobny do składu płaszcza Ziemi, z tą różnicą, że nie ma na nim lżejszych pierwiastków, które wyparowały podczas uderzenia i uciekły w przestrzeń kosmiczną.

Kolejnym satelitą odróżniającym się od pozostałych jest Tryton, największy z 14 znanych księżyców Neptuna i siódmy pod względem wielkości w Układzie Słonecznym. Jego średnica wynosi 2700 km. W przeciwieństwie do innych dużych księżyców Tryton obiega Neptuna w kierunku przeciwnym, niż obraca się planeta, co świadczy o tym, że nie powstały one razem. Obecnie dużą popularnością cieszy się teoria zakładająca, że Tryton był kiedyś jedną z dwóch planet karłowatych tworzących układ podwójny, podobny do tego, jaki tworzą Pluton i Charon. Obie planety poruszały się po orbicie wokół Słońca, okrążając jednocześnie wspólny środek masy. W wyniku tak złożonego ruchu każda z planet karłowatych tworzących ten układ poruszała się względem Neptuna z prędkością raz nieco większą, a raz nieco mniejszą od prędkości wypadkowej całego układu. Gdy Neptun zbliżał się do układu podwójnego, jego silne przyciąganie grawitacyjne wywierało potężny wpływ na obie planety karłowate i w końcu doszło do ich rozdzielenia. Gazowy olbrzym przechwycił tę z nich, która akurat wtedy poruszała się nieco wolniej niż cały układ podwójny, natomiast druga z planet została wyrzucona w kosmos. Przechwycona planeta karłowata została Trytonem. Nowy olbrzymi księżyc zderzał się z mniejszymi, istniejącymi tam wcześniej satelitami Neptuna i w końcu stał się największym księżycem, zawierającym 99,5% masy wszystkich obiektów obiegających tego gazowego olbrzyma.

Narodziny w dysku

Większość księżyców w Układzie Słonecznym nie powstała jednak w wyniku potężnego zderzenia ani przechwycenia. Obiekty te uformowały się w dyskach gazu i pyłu otaczających młode gazowe olbrzymy. Taki pył w dysku okołoplanetarnym odczuwa przyciąganie grawitacyjne zarówno planety, jak i gwiazdy. Wzajemny wpływ obu tych oddziaływań prowadzi do powstania szczególnych obszarów, w których mogą się tworzyć księżyce. Jeśli satelita zacznie się formować zbyt blisko planety, siły pływowe jej pola grawitacyjnego szybko rozerwą go na strzępy. Jeśli będzie powstawał zbyt daleko, przyciąganie grawitacyjne gwiazdy sprowadzi go na niestabilną orbitę. Ścisłą granicę zewnętrzną obszaru, w którym mogą się formować księżyce, wyznacza promień Hilla planety, ponieważ w odległości większej od tego promienia grawitacja gwiazdy jest silniejsza od przyciągania planety. W praktyce księżyc powinien się utworzyć w odległości nieprzekraczającej jednej trzeciej tego promienia, by jego związek z macierzystą planetą był wystarczająco silny. Wewnętrzną granicą obszaru formowania się księżyców jest miejsce, w którym grawitacja planety zaczyna dominować w środku tworzącego się satelity i rozrywa go na kawałki.

***

Więcej w książce Elizabeth Tasker, „Fabryka planet. Egzoplanety i poszukiwania drugiej Ziemi”, Prószyński i S-ka

***

Chropowaty i gładka

Jowisz ma przynajmniej 67 księżyców. Cztery największe z nich to Io, Europa, Ganimedes i Kallisto. Kallisto jest jednym z najbardziej poznaczonych kraterami ciał niebieskich w całym Układzie Słonecznym, a powierzchnia Europy jest jedną z najgładszych. Europa może być pierwszym światem poza Ziemią, i być może Merkurym, na którym istnieją dowody świadczące o ruchu płyt tektonicznych. Płyty pokrywające powierzchnię Europy nie są jednak zbudowane z krzemianów, ale z połaci lodu. Tam, gdzie odsuwają się od siebie, powstaje nowa świeża powierzchnia. Ruchliwość płyt tektonicznych na Ziemi świadczy o tym, że dolny płaszcz naszej planety jest plastyczny i przesuwa się w jej wnętrzu. Podobnie przemieszczanie się lodowych powierzchni Europy jest dowodem na to, że księżyc ten nie może być cały skuty lodem aż do samego środka. Wydaje się, że pod zamarzniętą powierzchnią kryje się głęboki ocean ciekłej wody. Czy rozwija się tam życie? Taka możliwość jest obecnie poważnie brana pod uwagę i zarówno Unia Europejska, jak i Stany Zjednoczone planują przeprowadzenie w najbliższym dziesięcioleciu misji, których celem będzie dokładniejsze zbadanie lodowych księżyców.

***

Dręczony Tytan

Eliptyczność orbity Tytana sprawia, że Saturn niezmordowanie rozciąga i ściska ten księżyc podczas każdego okrążenia trwającego 16 dni. Sonda Cassini dokonała pomiaru tych odkształceń powierzchni i okazało się, że są one o wiele większe, niż można by się spodziewać w przypadku twardego, skalistego ciała. Powierzchnia Tytana tworzy wybrzuszenie o wysokości 10 m. Dla porównania, Słońce i Księżyc powodują wybrzuszanie się skorupy ziemskiej na wysokość około 50 cm, a otwarte oceany podnoszą się o 60 cm.

Podobnie jak to jest na Wenus i Ziemi, atmosfera Tytana tworzy wokół księżyca otulinę gazów cieplarnianych, które podwyższają temperaturę na jego powierzchni mniej więcej o 10°C. To nie wystarcza jednak, by uchronić go przed zamarznięciem, ponieważ promieniowanie słoneczne docierające na tak dużą odległość stanowi zaledwie 1% tego, które ogrzewa Ziemię. Z tego powodu na powierzchni Tytana panują mrozy sięgające –180°C. W tak niskiej temperaturze nie może oczywiście istnieć woda w stanie ciekłym. Za to tworzące się na powierzchni księżyca jeziora wypełnione są ciekłym metanem i etanem.

***

Wybuchowa Io

Io, trzeci pod względem wielkości księżyc Jowisza, jest ciałem o największej aktywności wulkanicznej w całym Układzie Słonecznym. Działające na niej wulkany wyrzucają materię na wysokość ponad 300 km, a temperatura na powierzchni waha się od ponad 1500°C do –130°C. Pod wpływem zmiennego przyciągania grawitacyjnego (orbita Io jest nieco eliptyczna) Jowisza i dwóch sąsiednich księżyców, Europy i Ganimedesa, powierzchnia Io wygina się do tego stopnia, że odkształca się nawet o 100 m.

Ganimedes wytwarza własne pole magnetyczne, które prawdopodobnie powstaje, podobnie jak na Ziemi, w jego roztopionym żelaznym jądrze. Osłona magnetyczna tego księżyca kieruje naładowane cząstki w stronę biegunów i w związku z tym można na Ganimedesie podziwiać wspaniałe czerwone zorze polarne, powstające w wyniku zderzeń naładowanych cząstek z atomami tlenu (Ganimedes ma wątłą atmosferę tlenową, która powstała w wyniku rozbijania cząsteczek wody). Lód na powierzchni tego księżyca liczy sobie kilka miliardów lat i nic nie świadczy o tym, by na satelicie zachodziły jakieś procesy geologiczne, takie jak ruch płyt tektonicznych. Wydaje się, że pod grubą pokrywą lodową znajduje się ocean, mniej więcej na głębokości 150–300 km.

***

Rumba Charona i Plutona

Gdy dwa ciała krążące wokół wspólnego środka masy mają zbliżony rozmiar, może dojść do wzajemnej synchronizacji ich ruchu obrotowego. Właśnie tak jest w przypadku Plutona i jego największego księżyca, Charona. Oba ciała są zwrócone do siebie cały czas tą samą stroną niczym partnerzy tańczący rumbę.

***

Enceladus

Ten satelita Saturna, ze średnicą wynoszącą zaledwie 500 km, jest siedmiokrotnie mniejszy od naszego Księżyca i niemal cały mógłby się zmieścić w granicach Anglii. Jego powierzchnia jest bardzo błyszcząca, ponieważ nieustannie pokrywa się nową warstwą lśniącego lodu, powstającego z wyrzucanej wody. Dzięki temu jest to jeden z najbardziej odblaskowych obiektów w Układzie Słonecznym. Ponieważ odbija nawet najmniejszą ilość promieniowania docierającą w pobliże Saturna, na jego powierzchni panuje szczególnie dotkliwe zimno – przeciętna temperatura w południe wynosi tam –198°C.

Ponieważ wyrzucana z wnętrza Enceladusa woda jest łatwo dostępna, orbiter Cassini zdobył jej próbkę, gdy przelatywał przez jeden z pióropuszy. Okazało się, że pobrana ciecz jest mieszaniną wody, dwutlenku węgla, metanu, soli i kryształków amoniaku. W połączeniu z ciepłem, które zasila gejzery tego księżyca, taka mieszanka związków organicznych mogłaby doprowadzić do powstania środowiska sprzyjającego życiu.

01.08.2018 Numer 8/2018

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną