これらの月系の構造は大きく異なります。木星には、太陽系最大の衛星であるガニメデを含む、特に大きな衛星が 4 つあります。比較すると、土星は、太陽系で 2 番目に大きい衛星であるタイタンによって支配されています。

月の形成に関する長年の謎

木星と土星はどちらも巨大ガス惑星であるため、天文学者たちは、なぜそれらの主要な衛星がこれほど異なって発達したのかを説明するのに苦労してきました。衛星形成に関する既存の理論はいくつかの考えられる答えを提供していますが、恒星の磁場に関する最近の研究は、これらの考えのいくつかは再考する必要があるかもしれないことを示唆しています。

未解決の問題には、磁気降着と衛星の形成が含まれます。研究者らは、木星の周縁円盤に中空の内部領域が発達した可能性があるかどうかについて議論してきた。周惑星円盤は、衛星が形成される若い惑星の周りを回転する物質の集まりです。

木星と土星の両方の月系を説明できる単一の物理的に一貫した理論は、科学者が太陽系外の惑星や衛星を理解するのにも役立つ可能性がある。この可能性により、京都大学を含む日本と中国の研究機関の研究者は新しいモデルを作成しました。

「惑星形成理論を検証することは、私たちの太陽系しか基準として持っていないため、多少難しいですが、私たちの近くには、詳細な特徴を観察できる衛星系がいくつかあります」と筆頭著者のユーリ・I・フジイ氏は言う。

若い木星と土星のシミュレーション

研究者らは数値シミュレーションを使用して、木星と土星の惑星が若い頃の内部構造と熱の進化を調べた。これにより、惑星の磁場が時間の経過とともにどのように変化したかを推定することができました。

彼らはまた、両方の世界を取り囲む周惑星円盤もモデル化しました。さらに、チームは N 体シミュレーションを実行して、衛星の形成とその軌道の緩やかな動きを追跡しました。計算は国立天文台計算天体物理研究センターのPCクラスターを用いて行われました。

木星の磁場が安全地帯を作った

シミュレーションは、木星と土星の対照的な衛星系が、それらの惑星周円盤の構造の違いから生じた可能性があることを示しています。これらの違いは、それぞれの惑星の磁場の強さによって制御されているように見えます。

若い木星には強力な磁場があり、その周囲の円盤の内側に磁気圏空洞が形成されていました。この内部の隙間は、おそらくイオ、エウロパ、ガニメデが円盤内を移動する際に捕らえて保持するのに役立ったと考えられます。

若い土星の磁場は、同様の空洞を形成できるほど強くはありませんでした。この保護領域がなければ、移動する衛星は土星の円盤内で生き残ることができません。

太陽系を超えた月系の予測

この発見は、将来の外ムーンや若い巨大ガス惑星の周りの円盤の観測に役立つ可能性がある。このモデルによると、木星と同じかそれ以上の大きさの惑星は、複数の衛星を含むコンパクトなシステムを発達させる傾向があるはずです。

ただし、土星の大きさに近いガス惑星は通常、衛星の 1 つまたは 2 つ以内に来る可能性があります。

研究者らは現在、自分たちの理論をさらなる衛星や、遠く離れた惑星の周囲にある可能性のある系外月系に適用することを計画している。