Το φεγγάρι είναι υποτιμημένο

Η Γη χωρίς το φεγγάρι της είναι σαν τα μακαρόνια χωρίς τυρί, ο Μπερτ χωρίς τον Έρνι, ο Μπάτμαν χωρίς τον Ρόμπιν. Το φεγγάρι βρισκόταν στο επίκεντρο της χρονομέτρησης για χιλιετίες - είναι στην αρχή των μηνών μας (πρώην «μήνη») και ορισμένα ημερολόγια εξακολουθούν να βασίζονται στη Σελήνη. Επιπλέον, το φεγγάρι έχει ισχυρή βαρυτική επίδραση στη Γη. Οι παλίρροιες του ωκεανού οφείλονται κυρίως στο φεγγάρι. Και η κλίση του άξονα περιστροφής του πλανήτη μας - ο οποίος είναι υπεύθυνος για τις εποχές - σταθεροποιείται από το φεγγάρι. Επομένως, είναι κάτι πολύ σημαντικό:Χωρίς ένα φεγγάρι τόσο μεγάλο όσο το δικό μας, είναι πιθανό η Γη να μην είχε το είδος του περιβάλλοντος που είναι ιδανικό για την ανάπτυξη και την εξέλιξη της ζωής.

Από εδώ κάτω στη Γη, συχνά θεωρούμε δεδομένο το φεγγάρι. Το φεγγάρι μας είναι το πιο ογκώδες φεγγάρι από οποιονδήποτε πλανήτη στο ηλιακό σύστημα σε σχέση με τον μητρικό του πλανήτη (η αναλογία μάζας μεταξύ Γης και Σελήνης είναι περίπου 80:1). Ο Άρης έχει δύο φεγγάρια αλλά το καθένα είναι αδύναμο. Μερικοί από τους γίγαντες αερίου έχουν πιο ογκώδη φεγγάρια (όπως το φεγγάρι του Δία Γανυμήδης και το φεγγάρι του Κρόνου, ο Τιτάνας), αλλά αυτά είναι εκατοντάδες φορές μικρότερης μάζας σε σύγκριση με τον πλανήτη υποδοχής τους. Ναι, ο Πλούτωνας έχει ένα φεγγάρι (Χάρων) που είναι το 1/8 της μάζας του, αλλά είναι πλανήτης;

Η προέλευση του φεγγαριού είναι ένα θέμα που έχει μελετηθεί πολύ στην πλανητική επιστήμη. Το 1879, ο Τζορτζ Δαρβίνος, γιος του Κάρολου, πρότεινε τη θεωρία της σχάσης - ότι το φεγγάρι αντιπροσωπεύει ένα κομμάτι της Γης που αποβλήθηκε νωρίς στην ιστορία της Γης λόγω της πολύ γρήγορης περιστροφής του. Αυτή η θεωρία χάθηκε στις αναλύσεις της αποστολής Apollo. Μια ανταγωνιστική θεωρία υποστήριζε ότι το φεγγάρι ήταν ο δικός του μικρός πλανήτης που επιπλέει γύρω από τον ήλιο, αλλά πιάστηκε σε τροχιά από την άτακτη νεαρή Γη. Αυτή η θεωρία δεν έχει εξαφανιστεί εντελώς, αλλά κανείς δεν έχει βρει έναν τρόπο για να λειτουργεί ομαλά ο μηχανισμός σύλληψης. (Αντίθετα, το μεγάλο φεγγάρι του Ουρανού ο Τρίτωνας πιστεύεται ότι έχει συλληφθεί, αλλά η πολύ πιο αργή τροχιακή ταχύτητα του Ουρανού γύρω από τον ήλιο καθιστά τη σύλληψη πιο αποτελεσματική).

Επί του παρόντος, η κυρίαρχη θεωρία είναι ότι το φεγγάρι σχηματίστηκε ως υποπροϊόν μιας κολοσσιαίας πρόσκρουσης. Τα τελευταία στάδια του σχηματισμού των επίγειων πλανητών χαρακτηρίστηκαν από συγκρούσεις μεταξύ μιας περιπλανώμενης ζώνης από μια ή δύο δωδεκάδες βραχώδη πλανητικά έμβρυα περίπου στο μέγεθος του Άρη. Η τελευταία γιγάντια πρόσκρουση στη Γη πιστεύεται ότι δημιούργησε έναν δίσκο από συντρίμμια και εξατμισμένο βράχο, μέσα στον οποίο το φεγγάρι συγχωνεύτηκε. Υπάρχει ακόμη συζήτηση για το πώς ακριβώς κατέβηκαν όλα - πόσο ενεργητική ήταν αυτή η τελική πρόσκρουση και πόσο μαζική ήταν η πρωτο-Γη και το κρουστικό κρουστικό, από τι ήταν κατασκευασμένα και πώς έμοιαζε ο δίσκος που σχηματίζει τη Σελήνη. Ωστόσο, η υπόθεση της γιγαντιαίας πρόσκρουσης έχει γίνει το παράδειγμα για το σχηματισμό της σελήνης (αν και ένα εναλλακτικό μοντέλο προτείνει μια σειρά από μικρότερες κρούσεις).

Ποιες είναι οι πιθανότητες ένας πλανήτης να έχει ένα ωραίο μεγάλο φεγγάρι σαν το δικό μας; Η αντιμετώπιση αυτού του ερωτήματος είναι το αντικείμενο μιας νέας μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications με επικεφαλής τον Miki Nakajima, έναν πλανητικό επιστήμονα στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια σειρά από προσομοιώσεις σε υπολογιστή γιγαντιαίων κρούσεων για να αξιολογήσουν την πιθανότητα σχηματισμού μεγάλων φεγγαριών. Δοκίμασαν πλανήτες διαφορετικών μεγεθών και με δύο διαφορετικές συνθέσεις, αντιπαραβάλλοντας βραχώδεις πλανήτες με πλούσιους σε πάγο.

Οι ερευνητές προσομοίωσαν την πρόσκρουση υψηλής ενέργειας δύο τεράστιων πρωτοπλανήτων, εστιάζοντας σε σενάρια που δημιούργησαν έναν δίσκο γύρω από τον επιζώντα πλανήτη. Ο δίσκος αποτελούνταν από ατμό και υγρό:ατμούς βράχου και σταγονίδια μάγματος για την περίπτωση βραχωδών πλανητών (όμοια με τη Γη), ή σταγονίδια ατμού και μάγματος ή υγρού νερού για την περίπτωση πλανητών πλούσιων σε πάγο. Ένα βασικό κομμάτι της ανάλυσης ήταν να υπολογίσει τη σχετική ποσότητα ατμού σε σχέση με το υγρό σε διαφορετικές κρούσεις, επειδή είναι κεντρική για το μέγεθος των φεγγαριών που μπορούν να σχηματιστούν. Σε δίσκους που κυριαρχούν οι ατμοί το υγρό αισθάνεται έναν ισχυρό αντίθετο άνεμο από τον ατμό που το αναγκάζει να εισέλθει και να πέσει πάνω στον πλανήτη προτού έχει την ευκαιρία να στερεοποιηθεί και να αναπτυχθεί. Αυτό καταλήγει να σχηματίζει μικρά φεγγάρια, επειδή τα υγρά σταγονίδια είναι ουσιαστικά οι σπόροι των φεγγαριών. Σε δίσκους με λίγο ατμό, το φαινόμενο του αντίθετου ανέμου είναι πολύ πιο αδύναμο, έτσι ώστε ένα πολύ μεγαλύτερο μέρος του υγρού στο δίσκο μπορεί να επιβιώσει, να στερεοποιηθεί και να αναπτυχθεί σε μεγάλα φεγγάρια.

Το κύριο αποτέλεσμα της μελέτης είναι ότι τα μεγάλα φεγγάρια είναι λιγότερο πιθανό να σχηματιστούν γύρω από μεγάλους πλανήτες. Όταν οι κρούσεις είναι πολύ ενεργητικές, ο δίσκος καταλήγει πάντα πλούσιος σε ατμούς. Μεγάλα φεγγάρια δεν σχηματίστηκαν στις προσομοιώσεις των ερευνητών γύρω από βραχώδεις πλανήτες με μάζα μεγαλύτερη από 6 φορές τη μάζα της Γης ή γύρω από πλανήτες πλούσιους σε πάγο με μεγαλύτερη μάζα από τη Γη. Η διαφορά μεταξύ βραχωδών και πλούσιων σε πάγο πλανητών προέρχεται κυρίως από το απλό γεγονός ότι απαιτείται λιγότερη θερμότητα (και επομένως μικρότερη ενέργεια πρόσκρουσης) για την εξάτμιση του νερού από ότι ο βράχος.

Η αναζήτηση για φεγγάρια γύρω από εξωπλανήτες, ή «εξωφεγγάρια», βρίσκεται σε πλήρη εξέλιξη. Δύο υποψήφιοι εξωφεγγάρι, το Kepler-1625b I και το Kepler-1708b I, έχουν εντοπιστεί μέχρι σήμερα από την ανάλυση των λεπτομερών σχημάτων και του χρόνου των διακυμάνσεων της φωτεινότητας καθώς γιγάντιοι πλανήτες περνούν μπροστά από τα αστέρια που τους φιλοξενούν (δείτε εδώ για περισσότερα). Κάθε υποψήφιος αντιπροσωπεύει ένα πιθανό φεγγάρι σε μέγεθος γίγαντα πάγου που περιστρέφεται γύρω από έναν αέριο γίγαντα, ένα θεμελιωδώς διαφορετικό σενάριο από αυτό που μελετήθηκε στις προσομοιώσεις κρούσης του Nakajima και των συνεργατών του.

Οι ερευνητές έψαξαν για φεγγάρια περίπου 100 πλανήτες πιο κοντά στο μέγεθος της Γης (αλλά πολύ πιο κοντά στα αστέρια τους από ότι η Γη στον ήλιο). Δεν έχουν βρεθεί καλοί υποψήφιοι για εξωφεγγάρια. Ο λόγος για αυτήν την προφανή έλλειψη εξωφεγγαριών είναι ασαφής. Μια πιθανότητα είναι ότι οι ισχυρές παλίρροιες που αισθάνονται οι πλανήτες κοντά στα αστέρια τους δρουν για να αποσταθεροποιήσουν τις τροχιές μεγάλων φεγγαριών. Είναι επίσης πιθανό τα μεγάλα φεγγάρια απλά να μην σχηματίζονται τόσο εύκολα όσο θα περιμέναμε και η παρέκταση των συνθηκών της πρόσκρουσης που σχηματίζει η Γη δεν αποτυπώνει το τυπικό αποτέλεσμα του σχηματισμού εξωπλανητών.

Σε μια φιλοσοφική σημείωση, είναι ενδιαφέρον ότι τα δύο υποψήφια εξωφεγγάρια είναι τόσο διαφορετικά από οποιοδήποτε άλλο στο ηλιακό μας σύστημα. Όταν ψάχνετε για ένα αχνό σήμα, είναι συχνά τα εύκολα εντοπισμένα ακραία σημεία που ξεπηδούν πρώτα. Οι πρώτοι εξωπλανήτες που ανακαλύφθηκαν ήταν «θερμοί Δίας»—γίγαντες αερίων που περιφέρονται πολύ κοντά στα άστρα τους—αλλά τώρα γνωρίζουμε ότι αυτοί είναι σπάνιοι μεταξύ των εξωπλανητών. Ομοίως, τα φεγγάρια που μοιάζουν με τον Ποσειδώνα γύρω από τους εξω-Δία μπορεί να είναι ένα φρικτό αποτέλεσμα του σχηματισμού πλανητών, αλλά αυτό που μπορούμε να δούμε.

Την επόμενη δεκαετία θα πρέπει να έχουμε σωρεία νέων δεδομένων για να αναζητήσουμε εξωφεγγάρια που μοιάζουν περισσότερο με τα δικά μας. Σύμφωνα με τον Najakima και τους συνεργάτες του, θα πρέπει να περιμένουμε μόνο να βρούμε τα μεγάλα φεγγάρια γύρω από μικρότερους πλανήτες. Οποιοσδήποτε ζει στους μεγαλύτερους πλανήτες θα πρέπει να βρει έναν διαφορετικό τρόπο για να παρακολουθεί τους φεγγάριους του.

Ο Ο Sean Raymond είναι ένας Αμερικανός αστροφυσικός που εργάζεται στο Αστροφυσικό Εργαστήριο Μπορντό στη Γαλλία. Γράφει επίσης ένα ιστολόγιο στη διεπαφή επιστημονικής και φαντασίας ( planetplanet.net ) και δημοσίευσε πρόσφατα ένα βιβλίο με ποιήματα αστρονομίας .

Αναφορές

1. Rufu, R., Aharonson, Ο., &Perets, H.B. Μια προέλευση πολλαπλών κρούσεων για το φεγγάρι. Nature Geoscience 10 , 89-94 (2017).

2. Nakajima, M., Genda, H., Asphaug, E., &Ida, S. Οι μεγάλοι πλανήτες μπορεί να μην σχηματίζουν κλασματικά μεγάλα φεγγάρια. Φύση Επικοινωνίες 13 , 568 (2022).

3. Teachey, A. &Kipping, D.M. Στοιχεία για ένα μεγάλο εξωφεγγάρι σε τροχιά γύρω από το Kepler-1625b. Προόδους της Επιστήμης 4 (2018).

4. Kipping, D., et al. Μια έρευνα εξωφεγγαρίας σε 70 δροσερούς γιγάντιους εξωπλανήτες και τον νέο υποψήφιο Kepler-1708b-1. Αστρονομία της φύσης (2022).