Существует три основных сценария формирования планетных лун.
Гипотеза о гигантском ударе: спутник образуется в результате столкновения планеты с большим планетезимальным . Луна является примером, и один из аргументов состоит в том, что химический состав Луны соответствует составу Земли со значительной точностью, предполагая, что она частично является нашей планетой, а частично - первоначальным ударником ( Тея). Мы также знаем, что Луна удаляется от Земли дальше, потому что у нас есть доказательства того, что она получила орбитальную потенциальную энергию, поглощая ее из энергии вращения Земли. Мы знаем это, потому что несколько миллионов лет назад дни были не 24 часа, и мы можем отслеживать эти изменения в периоде вращения Земли, используя кольца в окаменелых кораллах (у них есть ригоны, подобные кольцам деревьев, но те, которые генерируются ежедневно ). Затем мы видим, что Луна была очень близко к Земле несколько миллиардов лет назад (у нас есть больше доказательств этого из-за того, что в те времена приливы были огромными и привели к геологическим свидетельствам ежедневных наводнений на недавно сформированной планете). Если вы продолжите возвращаться во времени, то увидите, что Луна в основном появлялась с Земли. Есть еще много доказательств этого сценария для нашей луны.
Сценарий аккреции: спутник объединился с материальным диском вокруг новорожденной планеты (так же, как планета срослась с протопланетного диска), так называемый околопланетный диск. В качестве примера у нас есть четыре галилеевых спутника вокруг Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто). Поскольку диск был относительно плоским, луны образовались в одной и той же плоскости орбиты, и они также движутся в том же направлении, что и вращающаяся планета (что имеет смысл, поскольку оба они созданы из одного и того же материала, вращающегося с определенным угловым моментом). Это наиболее частый сценарий для больших лун. Наша луна не могла сформироваться таким образом, потому что ожидаемый размер околопланетного диска ни в коем случае не был таким большим, как наша луна сегодня (Земля - крошечная планета, и у нее огромная луна в относительном выражении).
Сценарий захвата: спутник сформировался в другом месте Солнечной системы как независимое второстепенное тело. Со временем некоторое динамическое взаимодействие могло привести объект близко к планете, и оба получили гравитационное связывание. Примером этого является Тритон, самая большая луна Нептуна. Ретроградная орбита необъяснима с точки зрения сценария аккреции, а энергия, необходимая для сценария гигантского воздействия для работы на Нептуне, слишком велика. Тритон был захвачен (мы думаем, что он сформировался как еще один планетезималь в поясе Койпера, поскольку он разделяет многие химические свойства Плутона).и другие объекты региона). Возможно, на Нептуне не так много лун, потому что они исчезли (врезались в планету или были изгнаны) как раз в тот момент, когда Тритон прибыл в систему и динамически дестабилизировал их орбиты. Другой яркий пример - крошечные неправильные спутники Юпитера . Этот сценарий очень трудно представить для Земли, так как захват массивной луны, подобной нашей, и создание круговой орбиты было бы подвигом с точки зрения того, насколько точно были бы настроены параметры вставки орбиты. Сценарий гигантского воздействия приводит к текущей ситуации при моделировании для более широкого диапазона параметров воздействия, поэтому он гораздо более вероятен в статистическом плане.
Есть некоторые менее частые, а также некоторые спекулятивные сценарии:
Фрагменты Eyecta от других лун: некоторые спутники могут иметь свое происхождение от других спутников. Большое воздействие может вывести материал на орбиту. Примером может служить Гиппокамп (нептунская луна), который теперь считается фрагментом, снятым с протея (большая луна).
Лагранжевы / Троянские спутники: это похоже на сценарий околопланетного диска, но здесь аккреция в диске планеты дополнительно стимулируется в определенных регионах из-за луны, которая образовалась немного раньше. Орбитальное тело может создать пять точек равновесия ( точек Лагранжа ), создавая гравитационный ландшафт. Две из этих точек равновесия (L4 и L5) являются устойчивыми точками равновесия; таким образом, они похожи на гравитационные ловушки, где материя может накапливаться до тех пор, пока не сформируется новая луна. В качестве потенциального примера у нас есть Телесто и Калипсо в системе Сатурна. Они оба лежат на точках Лагранжа L4 и L5 Тетиса(гораздо большая луна с сильным гравитационным воздействием). Они могли сформироваться как обычные объекты, а затем попасть в точки равновесия, или они могли фактически сформироваться там, как материя, сросшаяся в этих гравитационных ловушках.
Возникший в результате криовулканизма с другой луны : это звучит смешно, потому что это гипотетический сценарий, я просто думаю, что это может произойти где-то во вселенной. Посмотрите на Энцелад (большая активная луна Сатурна). У Энцелада есть водяные струи и струи, которые выбрасывают материал изнутри в пространство через трещины в ледяной коре (потому что приливные напряжения нагревают внутреннее пространство, как скороварка, и таким образом давление сбрасывается ). Все электронное кольцо на Сатурне было создано вращающимися по кругу льдом и пылевыми зернами, распыленными Энцеладом. Мы знаем, что электронное кольцо имеет массу почти12 ⋅ 108к ги мы знаем, что это так далеко от Сатурна, чтобы сделать возможным слияние этого вещества (приливные силы не нарушат его: см. предел Роша ). Таким образом, возможно, что материал из кольца мог сделать луну с плотностью Aegaeon (другая луна сатурна) и диаметром всего лишь162м(треть размера Aegaeon). Энцелад запрещает это из-за гравитационного влияния, которое он оказывает на E-кольцо, он также запрещает его рост (кольцо было бы более массивным, если бы материал не был непрерывно поглощен Enceladus). Но если Энцелад мигрировал на другую орбиту в относительно короткие сроки, то, по крайней мере, я думаю, что это возможно. Новолуние, смазанное материалом кольца, могло в итоге столкнуться с Энцеладом, поскольку оба они, вероятно, все еще взаимодействовали бы хаотично. Материал, когда-то распыленный из его внутренней части, вернулся бы домой.
Сценарий центробежного распада: это также гипотетически, но мы думаем, что это часто случается на астероидах. Легкие луны могут быть рублевыми кучами, как и многие кометы и астероиды. Слабо связанный материал с небольшим сцеплением. Если луна начнет вращаться все быстрее и быстрее (из-за какого-то механизма, такого как эффект Ярковского-О'Кифа-Радзиевского-Паддака ), она может в конечном итоге разбиться на две части из-за экстремальных центробежных сил (описанных, как видно из совместного вращения). система отсчета исходной луны). Считается, что астероиды, как1999КW4разделены на две части из-за этого эффекта. Я не вижу никакой причины, по которой луна не могла бы сделать то же самое, образуя новую независимую луну в процессе.
Луна сделана из кусков других разрушенных лун: как бы безумно это ни казалось, это одна из гипотез формирования относительно образования Миранды (одного из спутников Урана). Поверхность Миранды настолько сложна и разнообразна, что некоторые могут предположить, что она могла сформироваться, когда несколько кусков, которые вращались вокруг Урана, мягко пришли к нему. Эти фрагменты могли быть фрагментами из других лун или фрагментами более ранней итерации самой Миранды, фрагментированными после разрушительного события. Геология на каждом куске развивалась независимо, пока они не собрались вместе. Но это тоже довольно умозрительно.