Les lunes se présentent sous plusieurs formes.
Dans notre système solaire Nous avons des lunes rocheuses (par exemple Atterrirc’est lune), les lunes océaniques (par exemple L’Europe Et Encelade) et les lunes de glace gelées (par exemple Triton) Mais il n’y a pas de lunes gazeuses. Sommes-nous malchanceux de ne pas avoir de lunes gazeuses, ou y a-t-il des raisons physiques pour lesquelles elles n’existent pas ?
En fait, il y a des lunes à gaz ! Même s’ils ne font pas partie de notre système solaire. Bien que plus de 5 500 Exoplanètes Jusqu’à présent, seuls deux ont été découverts possibles com.exomoons Ils ont été observés, et aucun d’entre eux n’est encore confirmé à 100 %. Ce qui est étrange à propos de ces deux « exomoons », c’est qu’elles sont des géantes gazeuses et qu’elles orbitent beaucoup plus grandes. Géantes gazeuses! Mais, comme nous le verrons, ils constituent l’exception qui confirme la règle.
à propos de: Les 10 lunes les plus étranges du système solaire
Pour comprendre pourquoi il n’y a pas de lunes gazeuses, du moins dans notre système solaire, il est préférable de comprendre d’abord comment se forment les planètes géantes gazeuses.
Il existe deux scénarios pour la formation de la planète géante gazeuse. L’une est appelée formation « ascendante », l’autre « descendante ».
Formation de mondes gazeux de bas en haut
de bas en haut, ou « Accumulation de base« La formation est la façon dont les planètes gazeuses géantes de notre système solaire se sont formées. Si nous pouvions remonter 4,5 milliards d’années en arrière, nous verrions un jeune soleil entouré d’un disque de gaz et de poussière. C’est le disque protoplanétaire à partir duquel toutes les planètes Tout d’abord, il s’est accumulé en corps rocheux qui se sont développés à mesure que la poussière, le gravier et les astéroïdes s’accumulent. Certains n’ont fait qu’augmenter en taille. Mars ou Planète VénusMais d’autres ont continué à croître, formant des corps rocheux géants pouvant atteindre 10 fois la masse de la Terre.
Une fois qu’ils avaient cette masse massive, ils disposaient d’une gravité suffisamment forte pour commencer à balayer de grandes bandes de gaz hors du disque protoplanétaire. La quantité exacte de gaz qu’ils volent et la quantité qu’ils produisent dépendent de leur gravité et de la quantité de gaz disponible.
Mais en fin de compte, notre système solaire s’est retrouvé avec quatre planètes géantes gazeuses – Jupiter Et SaturneEt les « géants de glace » plus cool. Uranus Et Neptune. NASA Junon La mission vers Jupiter a permis de trouver des preuves soutenant le modèle d’accrétion du noyau en détectant la gravité d’un noyau rocheux large mais diffus avec une masse environ dix fois supérieure à celle de la Terre au centre de Jupiter.
Formation de mondes gazeux de haut en bas
Dans le modèle descendant, les mondes gazeux se forment directement à partir d’une masse de gaz effondrée dans une nébuleuse, tout comme le font les étoiles. Il existe cependant une masse minimale que ce procédé peut produire.
Lorsqu’une grande masse de gaz se contracte sous l’influence de sa propre gravité, elle s’échauffe car le gaz est emballé dans un volume plus petit, et donc plus dense. Mais lorsque le gaz est chaud, il veut se dilater, donc, pour continuer à se contracter, la masse de gaz doit rayonner son excès de chaleur. En conséquence, nous voyons souvent des nuages de gaz s’effondrer et briller dans l’énergie thermique infrarouge.
Cependant, il existe un facteur limitant appelé « limite d’opacité de segmentation ».
« Le rayonnement de suffisamment de chaleur pour que le gaz puisse refroidir et continuer à s’effondrer dépend de l’opacité, de la température et de la densité de la poussière, et ce processus devient beaucoup moins efficace avec des objets plus petits au point où il atteint environ 3 masses de Jupiter. » « Il ne peut pas émettre suffisamment de chaleur pour continuer à s’effondrer », a déclaré Sam Pearson de l’Agence spatiale européenne dans une interview.
Plus le volume est petit, plus la poussière devient concentrée et opaque, et le processus de rayonnement de la chaleur excessive résultant de la contraction gravitationnelle devient de plus en plus inefficace. Ainsi, rien de plus petit que 3 blocs de Jupiter ne peut être formé dans le processus descendant.
Pourquoi le système solaire n’a-t-il pas de lunes gazeuses ?
Comme leurs planètes mères, la plupart des lunes de notre système solaire se sont formées grâce à un processus ascendant d’accrétion de noyaux en disques de matière restante entourant leurs planètes mères. Comme les planètes avaient déjà accumulé la majeure partie de la matière disponible, il n’y en avait pas assez pour former une lune suffisamment massive pour avoir suffisamment de gravité pour contenir beaucoup de gaz. En fait, il n’y a qu’une seule lune dans le système solaire qui possède une atmosphère, et c’est la plus grande lune de Saturne. Titan.
De même, un processus descendant n’aurait pas pu se produire parce qu’il n’y avait pas assez de gaz, et si cela s’était produit, cela aurait été de loin le plus grand monde du système solaire.
Des lunes étranges
Par conséquent, nous ne pouvons pas former de lunes gazeuses via les deux processus plus conventionnels de production de mondes gazeux. Cependant, il existe de nombreuses anomalies dans le système solaire qui se sont formées d’une manière différente.
Dans le cas de la Terre, la Lune s’est probablement formée à partir de matériaux libérés par la Terre après A. Collision géante La taille de Mars Protoplanète. Ces débris ont formé un anneau qui a formé la lune terrestre par accrétion du noyau. Une collision avec une planète géante gazeuse pourrait-elle rejeter suffisamment de gaz pour former une lune gazeuse ?
Malheureusement non. « Les planètes rocheuses peuvent avoir des effets comme celui-ci, mais rappelez-vous quand il s’agit d’une comète Cordonnier – Levi 9 Frappé par Jupiter [in 1994]? « C’est complètement disparu. Les géantes gazeuses mangent n’importe quoi », a déclaré Jesse Christiansen du California Institute of Technology à Space.com dans une interview.
Tout ce qui entre en collision avec une géante gazeuse s’incruste dans la géante gazeuse et en fait partie, plutôt que de rejeter des débris dans l’espace.
Une autre bizarrerie concerne les lunes capturées. Par exemple Mars Deux lunes Phobos Et Déimos Ils ont été arrêtés Astéroïdes. Phoebe, la lune extérieure de Saturne, est un corps cométaire capturé, et Triton, la lune de Neptune, est un corps cométaire capturé. Ceinture de Kuiper But. Ils ne se sont pas formés autour d’une planète, ils se sont formés seuls dans l’espace, puis se sont trop rapprochés et ont été attrapés par la gravité de la planète.
Cela soulève la question suivante : une planète gazeuse plus petite peut-elle être capturée par une planète gazeuse plus grande ? Après tout, les mondes gazeux peuvent avoir jusqu’à douze fois la masse de Jupiter, donc en principe ils pourraient facilement entrer en collision avec, par exemple, un monde gazeux ayant la masse de Neptune.
Lunes gazeuses exogènes
Et il semblerait qu’ils le puissent ! « Il pourrait y avoir des lunes de la taille de Neptune autour d’exoplanètes géantes », a déclaré Christiansen.
Les exmoons candidats ont été mentionnés au début de cet article – Kepler 1625b-i Et Kepler 1708b-i -Les deux sont des géantes gazeuses à part entière, mais semblent être subordonnées à des géantes gazeuses plus grandes.
« Je confirmerai que les deux sont candidats », a déclaré Christiansen. « Nous voyons quelque chose dans les données qui correspond à la Lune, mais il y a d’autres éléments qui pourraient également l’expliquer. »
En supposant qu’il s’agisse d’une vraie lune, Kepler 1625b-i a une masse de 19 fois la masse de la Terre (environ 6 % de la masse de Jupiter), ce qui la rend similaire en masse à Neptune, et une planète gazeuse compagne 30 fois la masse et le diamètre de la Terre. La moitié de celle de Jupiter.
Kepler-1708b-i est probablement moins massif que Kepler-1625b-i, avec un diamètre environ cinq fois plus grand que la Terre (environ la moitié du diamètre de Kepler-1625b-i) et en orbite autour d’une planète géante 4,6 fois plus grande que Jupiter.
« Ils remettent en question de nombreuses théories », a déclaré Christiansen. « Il est difficile de comprendre comment ils se sont formés ainsi, ils ont donc dû être capturés. »
La nature des objets capturés les rendrait similaires, en principe, aux lunes capturées dans notre système solaire. Ils auraient pu se former comme des planètes à partir de noyaux d’accrétion dans le disque, puis avoir été capturés lors de leur migration vers leur étoile.
La migration semble être un processus courant dans les jeunes systèmes planétaires. C’est ainsi que les astronomes expliquent les « Jupiters chauds », des géantes gazeuses qui sont très proches de leur étoile mais qui se sont probablement formées à cette proximité. Dans le cas des exolunes Kepler 1625b-i et 1708b-i, lors de leur migration, elles ont été capturées par des planètes plus grandes situées devant elles.
Cependant, malgré tout cela, ce ne sont probablement pas de vraies lunes ! Au lieu de cela, ce sont tous deux des exemples probables de planètes doubles plutôt que d’exolunes. Une planète double, c’est lorsque les deux mondes tournent autour d’un centre de masse commun dans l’espace qui les sépare, au lieu que l’un tourne autour de l’autre. Nous avons une planète double dans notre système solaire, en forme de planète Pluton Et son plus grand ami Sharon.
Il existe donc des sortes de lunes à gaz, mais pour les fabriquer, la nature doit tricher !
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