Die Erforschung der vielen Monde des Sonnensystems hat in den letzten Jahrzehnten eine Fülle von Informationen ans Licht gebracht. Dazu gehören die Monde des Jupiter – von denen 69 identifiziert und benannt wurden – Saturn (der 62 hat) und Uranus (27). In allen drei Fällen haben die Satelliten, die diese Gasriesen umkreisen, prograde Umlaufbahnen mit geringer Neigung. Innerhalb des neptunischen Systems stellten Astronomen jedoch fest, dass die Situation ganz anders war.
Im Vergleich zu den anderen Gasriesen hat Neptun weit weniger Satelliten, und der größte Teil der Masse des Systems konzentriert sich auf einen einzigen Satelliten, von dem angenommen wird, dass er eingefangen wurde (d. h. Triton ). Laut einer neuen Studie eines Teams der Weizmann Institute of Science in Israel und die Südwestforschungsinstitut (SwRI) in Boulder, Colorado, hatte Neptun möglicherweise einst massivere Satellitensysteme, die durch die Ankunft von Triton möglicherweise gestört wurden.
Die Studie mit dem Titel „ Tritons Evolution mit einem ursprünglichen neptunischen Satellitensystem “, erschien vor kurzem inDas Astrophysikalische Journal.Das Forschungsteam bestand aus Raluca Rufu, einem Astro- und Geophysiker vom Weizmann-Institut, und Robin M. Canup – dem Associate VP des SwRI. Gemeinsam betrachteten sie Modelle eines ursprünglichen neptunischen Systems und wie es sich dank der Ankunft von Triton verändert haben könnte.
Neptun und sein großer Mond Triton, gesehen von Voyager 2 am 28. August 1989. Bildnachweis: NASA
Viele Jahre lang waren Astronomen der Meinung, dass Triton einst ein Zwergplanet war, der aus dem Kuipergürtel geworfen und von der Gravitation Neptuns eingefangen wurde. Dies basiert auf seiner retrograden und stark geneigten Umlaufbahn (156,885° zum Äquator des Neptun), die aktuellen Modellen zur Entstehung von Gasriesen und ihren Satelliten widerspricht. Diese Modelle legen nahe, dass sich ihre Monde aus einer umgebenden Trümmerscheibe bilden, wenn riesige Planeten Gas ansammeln.
Im Einklang mit den anderen Gasriesen hätte der größte dieser Satelliten prograde, regelmäßige Umlaufbahnen, die relativ zum Äquator ihres Planeten nicht besonders geneigt sind (normalerweise weniger als 1°). In dieser Hinsicht soll Triton einst Teil eines Binärsystems gewesen sein, das aus zwei transneptunischen Objekten (TNOs) bestand. Als sie an Neptun vorbeischwangen, wäre Triton von seiner Schwerkraft erfasst worden und wäre allmählich in seine aktuelle Umlaufbahn gefallen.
Wie Dr. Rufu und Dr. Canup in ihrer Studie feststellen, hätte die Ankunft dieses massiven Satelliten wahrscheinlich eine Menge Störungen im neptunischen System verursacht und seine Entwicklung beeinflusst. Dies bestand darin, dass sie untersuchten, wie Wechselwirkungen – wie Streuung oder Kollisionen – zwischen Tritons und Neptuns früheren Satelliten die Bahn und Masse von Triton sowie das System insgesamt verändert hätten. Wie sie erklären:
„Wir bewerten, ob die Kollisionen zwischen den Ursatelliten störend genug sind, um eine Trümmerscheibe zu erzeugen, die die Zirkularisierung von Triton beschleunigen würde, oder ob Triton zuerst einen störenden Aufprall erfahren würde. Wir versuchen, die Masse des ursprünglichen Satellitensystems zu finden, die die aktuelle Architektur des neptunischen Systems ergeben würde.“
Montage von Neptuns größtem Mond Triton und dem Planeten Neptun, die die sublimierende Südpolkappe des Mondes (unten) und das rätselhafte „Melonen-Gelände“ zeigen. Bildnachweis: NASA
Um zu testen, wie sich das neptunische System entwickelt haben könnte, betrachteten sie verschiedene Arten von ursprünglichen Satellitensystemen. Dazu gehörte einer, der mit dem aktuellen System von Uranus übereinstimmte und aus prograden Satelliten mit einem ähnlichen Massenverhältnis wie die größten Monde von Uranus – Ariel, Umbriel, Titania und Oberon – bestand, sowie einen, der entweder mehr oder weniger massiv war. Anschließend führten sie Simulationen durch, um festzustellen, wie die Ankunft von Triton diese Systeme verändert hätte.
Diese Simulationen basierten auf Disruptionsskalierungsgesetzen, die berücksichtigten, wie Einschläge ohne Hit-and-Run zwischen Triton und anderen Körpern zu einer Umverteilung der Materie im System geführt hätten. Nach 200 Simulationen fanden sie heraus, dass ein System mit einem Massenverhältnis, das dem aktuellen Uran-System ähnlich (oder kleiner) war, höchstwahrscheinlich das aktuelle Neptun-System erzeugt hätte. Wie sie sagen:
„Wir stellen fest, dass ein früheres Satellitensystem mit einem Massenverhältnis ähnlich dem des Uransystems oder kleiner eine erhebliche Wahrscheinlichkeit hat, das aktuelle Neptun-System zu reproduzieren, während ein massiveres System eine geringe Wahrscheinlichkeit hat, zu der aktuellen Konfiguration zu führen.“
Sie fanden auch heraus, dass die Wechselwirkung von Triton mit einem früheren Satellitensystem auch eine mögliche Erklärung dafür bietet, wie seine anfängliche Umlaufbahn schnell genug hätte verringert werden können, um die Umlaufbahnen kleiner unregelmäßiger Satelliten zu erhalten. Diese Nereiden-ähnlichen Körper wären sonst aus ihrer Umlaufbahn geworfen worden, da die Gezeitenkräfte zwischen Neptun und Triton dazu führten, dass Triton seine aktuelle Umlaufbahn einnahm.
Die Monde von Uranus und Neptun, wie sie während der Oppositionssaison 2011 aufgenommen wurden. Bildnachweis: Rolf Wahl Olsen.
Letztlich bietet diese Studie nicht nur eine mögliche Erklärung dafür, warum sich das Satellitensystem von Neptun von denen anderer Gasriesen unterscheidet; es weist auch darauf hin, dass Neptuns Nähe zum Kuipergürtel dafür verantwortlich ist. Einst hatte Neptun möglicherweise ein Mondsystem, das denen von Jupiter, Saturn und Uranus sehr ähnlich war. Aber da es gut gelegen ist, um Objekte von der Größe eines Zwergplaneten aufzuheben, die aus dem Kuipergürtel geworfen wurden, änderte sich dies.
Mit Blick in die Zukunft weisen Rufu und Canup darauf hin, dass zusätzliche Studien erforderlich sind, um die frühe Entwicklung von Triton als neptunischer Satellit zu beleuchten. Im Wesentlichen sind noch Fragen offen, welche Auswirkungen das System bereits vorhandener Satelliten auf Triton hatte und wie stabil seine irregulären prograden Satelliten waren.
Diese Ergebnisse wurden auch von Dr. Rufu und Dr. Canup während der 48. Mond- und Planetenwissenschaftskonferenz , das im vergangenen März in The Woodlands, Texas stattfand.
Weiterlesen: Das astronomische Journal , USRA