Varför Jupiter har fler stora månar än Saturnus

 

Bild Wikipedia Saturnus har mer än 270 bekräftade månar. Titan är den största. Jupiter har över 95 kända månar och bland dessa de fyra stora galileiska månarna (Io, Europa, Ganymedes, Callisto, månarna Gelilei upptäckte).

De två största planeterna i vårt solsystem, Jupiter och Saturnus, har också flest månar. För närvarande är Jupiters rapporterade månantal över 100 st (troligen är inte alla ännu upptäckta) och tillsammans med sina många ringar har Saturnus mer än 280 rapporterade månar. Alla dessa månar är dock inte lika. Jupiters månfamilj består av fyra stora medlemmar, inklusive den största månen i solsystemet, Ganymedes, medan Saturnus månfamilj domineras av en stor måne, Titan, solsystemets näst största.

Båda planeterna är gasjättar därför har orsakerna till skillnaderna av månar och dessas storlek länge förbryllat astronomer. Teorier om satellitbildning har föreslagit vissa lösningar men nyare studier av stjärnors magnetfält har antytt behovet av att ompröva dessa teorier. Det pågår också en långvarig debatt kring magnetisk ackretion (tillväxt) och satellitbildning. Specifikt frågan om en inre hålighet kan bildas i Jupiters cirkumplanetära skiva (en skiva av gas och stoft som omger en exoplanet och är den plats där månar bildas), ansamlingen av material som kretsar kring en planet och från vilket månar kan bildas.

En fysiskt konsekvent modell som kan förklara flera system, som satellitsystemen runt Jupiter och Saturnus, kan vara tillämplig även på exoplaneter. Detta motiverade ett samarbetsinriktat forskarteam från institutioner i Japan och Kina, inklusive Kyoto University att utveckla en sådan modell.

"Att testa teorin om planetbildning är svårt eftersom vi bara har vårt eget solsystem som referens. Men det finns flera satellitsystem nära oss vars detaljerade egenskaper vi kan observera," säger huvudförfattaren Yuri I. Fujii.

För att förstå Jupiters och Saturnus termiska utveckling och hur deras magnetfält har varierat över tid, utförde teamet numeriska simuleringar av de inre strukturerna hos unga gasjättar. Teamet modellerade också numeriskt de skivorna på båda planeterna och utförde N-kroppssimuleringar för att följa satellitbildning och omloppsmigration med PC-klustret vid Center for Computational Astrophysics, National Astronomical Observatory of Japan.

Resultaten visade att skillnaden mellan de stora satellitsystemen runt Jupiter och Saturnus kan förklaras av deras olika skivstrukturer, som härrör från styrkan i deras magnetfält. Specifikt orsakade Jupiters starka magnetfält bildandet av en magnetosfärisk hålighet i skivan runt den unga gasjätten som troligen fångade in månarna Io, Europa och Ganymedes. I kontrast var den unga Saturnus magnetfält för svagt för att bilda en hålighet så de migrerande månarna kunde inte bli kvar i skivan (de större månarna eller asteroiderna).

En publikation över arbetet har gjorts av  Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori (2026). Different architecture of Jupiter and Saturn satellite systems from magnetospheric cavity formation. Nature Astronomy.

Studien utgör en grund för framtida observationer av exomånar och  skivor runt gasjättar. Teamets modell förutspår att gasjättar i storlek med Jupiter eller större skulle utveckla kompakta system med flera månar, medan en eller två månar skulle bildas runt gasplaneter i Saturnus storlek. Nu är teamet intresserade av att utvidga sin teori till andra månar och potentiella exomånsystem.