How Neptune’s Triton Destroyed Nearly All Of Its Moons

Jeśli chodzi o księżyce naszego Układu Słonecznego, jest tylko jedna planeta, która nie pasuje do naszych oczekiwań: Neptun. W przypadku każdej innej planety istnieją dwa główne sposoby, w jakie uzyskały one swoje księżyce:

• albo księżyce powstały w wyniku gigantycznego uderzenia, wyrzucając gruz, który albo spadł z powrotem na główny świat, albo połączył się w jednego lub więcej satelitów,
• albo ich księżyce pozostały po formowaniu się Układu Słonecznego, tworząc się z dysku wokół gazowego olbrzyma.

Ziemia i Mars prawdopodobnie otrzymały swoje księżyce w wyniku gigantycznych uderzeń, wraz z dużymi obiektami pasa Kuipera z księżycami, takimi jak Pluton, Haumea, Eris i Makemake. W rzeczywistości, spekuluje się, że gigantyczne uderzenia są sposobem numer jeden, w jaki ziemskie, skaliste światy otrzymują swoje księżyce.

Ale dla światów gazowych olbrzymów, ich księżyce w większości uformowały się z dysku okołoplanetarnego na początku, wraz z dużymi księżycami, które wszystkie orbitują w tej samej płaszczyźnie i systemem pierścieni. Jowisz, Saturn i Uran pasują do tego obrazu, ale Neptun jest wyjątkiem. Jego jeden duży księżyc, Tryton, wydaje się być przechwyconym obiektem z pasa Kuipera i w procesie tym zatarł prawie cały system neptunowski. Oto co wiemy dzisiaj.

Jeśli spojrzysz na trzy „typowe” planety gazowe olbrzymy, wszystkie one opowiadają podobną historię. Jowisz ma cztery duże księżyce: galileuszowe satelity Io, Europa, Ganymede i Callisto. Wewnątrz Io znajdują się cztery małe księżyce; poza Kallisto, około cztery razy dalej, wokół Jowisza krąży cały szereg małych, zewnętrznych księżyców. Wszystkie główne księżyce krążą mniej więcej w tej samej płaszczyźnie, która pokrywa się z płaszczyzną orbity samego Jowisza.

Saturn ma tylko jeden ogromny księżyc, Tytana, ale posiada w sumie 7 księżyców, które są przynajmniej w 10% tak masywne jak ziemski księżyc: Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Tytan i Iapetus. Poza tym ostatnim dużym księżycem, Iapetusem, nie ma żadnych dodatkowych księżyców, aż do momentu, gdy znajdziemy się nieco ponad trzy razy dalej, a wtedy jest wiele małych księżyców, które krążą wokół Saturna. Księżyce, które znajdują się wewnątrz Iapetusa – a jest ich 23 – wszystkie orbitują w tej samej płaszczyźnie, która jest tą samą płaszczyzną, co rotacja Saturna i jego imponujący system pierścieni.

Następna planeta, Uran, ma pięć głównych, masywnych księżyców: Mirandę, Ariel, Umbriel, Tytanię i Oberona. Wewnątrz do Oberona, jest w sumie 17 księżyców Urana, i tylko Miranda, której orbita jest nachylona o 4,2° w stosunku do rotacji Urana, jest nachylona o więcej niż 1°. Poza Oberonem, istnieje dziewięć znanych małych księżyców, z których najbliższy jest około siedem razy bardziej oddalony od Urana niż Oberon.

Ale potem dochodzimy do Neptuna. Satelity Neptuna są zdominowane przez jeden masywny księżyc: Tryton, który obecnie plasuje się jako siódmy co do wielkości księżyc w Układzie Słonecznym (za czterema księżycami galileuszowymi Jowisza, Tytanem Saturna i Księżycem Ziemi). Wewnątrz Neptuna reszta jego satelitów wygląda normalnie: jest ich siedem i podczas gdy najbardziej wewnętrzny Naiad jest nachylony pod kątem 4,7° w stosunku do obrotu Neptuna, pozostałe sześć jest nachylonych o mniej niż 1°.

Ale kiedy patrzysz na Trytona i dalej, nie wygląda to jak żaden z innych znanych systemów księżycowych.

Na początek, orbita Trytona jest zła. Każdy inny duży księżyc, o którym wiemy – Księżyc Ziemi, jak również wszystkie główne, masywne księżyce Jowisza, Saturna i Urana – wszystkie orbitują mniej więcej w tej samej płaszczyźnie, co planeta, którą okrążają. Co więcej, wszystkie one krążą w tym samym kierunku, co planety: przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, jeśli patrzysz „w dół” od północnego bieguna Słońca.

Ale nie Tryton.

Tryton krąży w kierunku, który nazywamy wstecznym: krąży zgodnie z ruchem wskazówek zegara wokół Neptuna, nawet gdy Neptun i wszystkie inne planety (jak również wszystkie księżyce wewnątrz Trytona) krążą w przeciwnym (wstecznym) kierunku. Dodatkowo, Tryton nie znajduje się nawet w tej samej płaszczyźnie – lub blisko niej – w której krąży Neptun. Jest przechylony o około 23° w stosunku do płaszczyzny, w której Neptun obraca się wokół własnej osi, w dodatku obraca się w złym kierunku. To duża, czerwona flaga, która mówi nam, że Tryton nie uformował się z tego samego dysku okołoplanetarnego, z którego uformowały się księżyce wewnętrzne (lub księżyce innych gazowych olbrzymów).

Inną interesującą właściwością Trytona jest jego gęstość. Inne masywne księżyce Układu Słonecznego wykazują szeroki zakres gęstości, ale w większości mieszczą się w przedziale od 2,0 do 3,0 gramów na centymetr sześcienny: porównywalnym do gęstości ziemskiej warstwy skorupy. W górnej części tego przedziału znajdują się najbardziej wewnętrzne duże księżyce Jowisza: Io i Europa; na niskim końcu znajdują się Tytan, Ganymede i Callisto. W miarę posuwania się coraz dalej, aż do satelitów Urana, ich gęstość spada do około 1,5 grama na centymetr sześcienny. Pozostałe satelity Neptuna i Urana są w większości pokryte lodem wodnym, o gęstości wskazującej na to, że.

Ale jest jeszcze Tryton.

Gęstość Trytona wynosi około 2,06 grama na centymetr sześcienny i jest anomalnie duża. Jest on pokryty różnymi lodami: zamrożonym azotem na szczycie dwutlenku węgla (suchy lód) i płaszczem wodno-lodowym, podobnym do składu Plutona. Jednak musi mieć gęstsze, skalisto-metalowe jądro, co daje mu znacznie większą gęstość niż Pluton. Jedyny znany nam obiekt, który jest porównywalny z Trytonem? Eris, najbardziej masywny obiekt pasa Kuipera: 27% bardziej masywny niż Pluton, ale jakoś wciąż mniejszy.

Wreszcie, Tryton jest skrajnym wyjątkiem, gdy spojrzymy na zewnętrzne księżyce Neptuna. Co prawda, jest możliwe, tak jak jest to możliwe w przypadku Urana, że istnieje ogromna ilość mniejszych księżyców, które krążą wokół tego zewnętrznego gazowego olbrzyma, a brak dedykowanej misji w ciągu ostatnich 30 lat uniemożliwił nam ich wykrycie. Ale kiedy spojrzymy na inne satelity, które istnieją poza ostatnim głównym satelitą planety gazowego olbrzyma, wszystkie one zaczynają pojawiać się gdzieś od 3 do 8 razy dalej niż ostatni główny księżyc.

Ale nie w przypadku Trytona i Neptuna.

Tryton jest stosunkowo blisko Neptuna, ze średnią odległością orbitalną wynoszącą zaledwie 355 000 km: około 10% bliżej Neptuna niż Księżyc jest do Ziemi. Ale następny księżyc, Nereida, jest oddalony o 5,5 miliona kilometrów, co daje stosunek odległości 15,5 do 1. Co gorsza, jeśli wybierzesz się na następny księżyc od Nereidy, trafisz na Halimede, który jest oddalony o 16,6 miliona kilometrów, co jest spektakularnie dużą odległością. Podsumowując, istnieje tylko 14 znanych księżyców Neptuna, najmniejsza liczba znana dla planety gazowego olbrzyma.

Co więcej, istnieją dodatkowe „dziwne” właściwości Trytona, które czynią go niepodobnym do żadnego innego księżyca. Jeśli chodzi o jego powierzchnię, posiada on lodowe kriowulkany, co czyni go jednym z czterech światów w Układzie Słonecznym (Ziemia, Wenus, Io i Tryton), o których wiadomo, że posiadają aktywną działalność wulkaniczną na powierzchni.

Jeśli chodzi o masę, jeśli zsumować wszystkie satelity Neptuna, Tryton stanowi 99,5% masy wszystkiego, co krąży wokół Neptuna: księżyców, księżyców i pierścieni. Jest to zdecydowanie największy stosunek masy jakiegokolwiek układu planetarnego z więcej niż jednym księżycem.

A jeśli chodzi o kolor, nie wygląda on jak żaden z innych księżyców Neptuna, Urana, Saturna czy Jowisza. Zamiast tego, pasuje do obiektów takich jak Pluton i Eris: dużych obiektów pasa Kuipera. W rzeczywistości, jeśli zbadamy zarówno atmosferę, jak i powierzchnię Trytona, ma on znacznie więcej wspólnego ze znanymi obiektami pasa Kuipera niż jakikolwiek inny księżyc w naszym Układzie Słonecznym.

Wszystkie te dowody wskazują na jeden fascynujący wniosek: Tryton nie uformował się tak, jak inne duże księżyce gazowych olbrzymów; nie powstał z dysku okołoplanetarnego pochodzącego z wczesnych etapów istnienia Układu Słonecznego. Zamiast tego, wygląda na to, że Tryton był pierwotnie obiektem pasa Kuipera – większym i masywniejszym niż Pluton czy Eris – niegdysiejszy król pasa Kuipera. Tylko, że jakiś czas temu Tryton został grawitacyjnie przechwycony przez Neptuna, gdzie kontynuuje orbitowanie wokół tego masywnego świata nawet dzisiaj.

Jeśli to prawda, oznacza to, że Neptun bardzo prawdopodobnie miał bogaty system księżycowy, z serią masywnych, dużych księżyców orbitujących wokół niego w pewnym momencie. A potem, w ciągu setek milionów (a może nawet miliardów) lat, lekkie, powtarzające się holowanie obiektów w pasie Kuipera spowodowało, że największy obiekt w pasie znalazł się w sferze jego Wzgórza: w obszarze jego oddziaływania grawitacyjnego. To był początek procesu, który doprowadził do schwytania Trytona.

Siedem najbardziej wewnętrznych (małych) księżyców Neptuna, od Naiad do Proteus, są prawdopodobnie jedynymi neptuniańskimi księżycami pozostałymi po formacji Neptuna i jego oryginalnym dysku okołoplanetarnym. Wszystkie te księżyce są małe, o niskiej masie, wszystkie orbitują w tej samej płaszczyźnie co obrót Neptuna i wykonują jeden obrót wokół Neptuna w czasie poniżej 27 godzin. Są one niewiarygodnie blisko tego gazowego olbrzyma.

Poza tym, prawdopodobnie istniał bogaty system księżycowy, o którym nigdy się nie dowiemy. To dlatego, że Tryton, przechwycony obiekt pasa Kuipera, wyczyścił wszystko inne. Dzięki połączeniu oddziaływań grawitacyjnych, przeniesienia momentu pędu i sił pływowych Neptuna, Tryton ostatecznie:

• migrował do wewnątrz,
• wyrzucił wszystkie istniejące wcześniej zewnętrzne księżyce Neptuna,
• i został wprowadzony na zamkniętą, kołową orbitę wokół Neptuna.

Tryton, bardziej niż jakikolwiek inny czynnik, sprawia, że system księżycowy Neptuna jest unikalny wśród światów naszego Układu Słonecznego, ale implikacje są fascynujące.

Gdy złożymy wszystko, czego się nauczyliśmy, otrzymamy obraz, w którym Układy Słoneczne tworzą się z serią planet wokół nich: mieszanką planet ziemskich (skalistych) i gazowych olbrzymów (z otoczkami wodoru/helu). Poza ostatnią tworzącą się planetą – najdalszym światem o dużej masie, który może oczyścić swoją orbitę – powinna utrzymywać się seria lodowych ciał w analogu do naszego pasa Kuipera. Bardzo prawdopodobne, a może nawet nieuniknione, jest to, że jeden z najbardziej masywnych obiektów zostanie grawitacyjnie przechwycony, usuwając większość istniejącego wcześniej systemu satelitów wokół tego świata.

Neptun jest jedyną planetą w naszym Układzie Słonecznym, której oryginalny system księżycowy został w ten sposób zaburzony. Tryton, niegdyś „król pasa Kuipera”, został przez nią grawitacyjnie schwytany dawno temu, eliminując wszystkie, oprócz najbardziej wewnętrznych satelitów Neptuna, w tym procesie. Czy niektóre z nich nadal istnieją jako centaury lub komety długookresowe? Czy któryś z zewnętrznych księżyców Neptuna jest pozostałością jego pierwotnego dysku okołoplanetarnego? Czy istnieją dodatkowe księżyce, które czekają na odkrycie? I czy jego system księżycowy jest typowy dla najbardziej zewnętrznych planet w układach egzoplanetarnych?

To wszystko są otwarte pytania, a astronomowie planetarni czekają na dodatkowe dane i nowe misje, aby dowiedzieć się tego na pewno. W międzyczasie możemy być pewni, że Tryton zniszczył istniejący wcześniej system satelitów Neptuna. W chaotycznym grawitacyjnym tańcu naszego Układu Słonecznego tylko ci, którzy przeżyli, mogą opowiadać swoje historie.