A négy nagy hold létezéséről Galilei óta tudunk, s számos hasonlóságuk ellenére mindegyik egy „egyéniség”, egészen eltérő világ. Miként alakultak ki? Erre a kérdésre kereste a választ a Caltech és az Université Côte d’Azur két kutatójának új modellje.

Az első elterjedt elmélet szerint a négy nagy hold össztömege a Jupiter körüli planetáris korong teljes szilárd anyagából adódott össze, a mennyiség a gázbolygó tömegének ötvened része lehetett, nagy volt benne a forróság, és gyorsan alakultak ki a holdak. Ezt kissé kiegészítették későbbi részletekkel, amelyek alapján a négy Galilei-hold kb. 1000 km átmérőjű holdcsírából alakult ki, a befelé vándorló tömegek hozzájuk csapódásával. Azonban számos modell szerint ez az elképzelés több buktatót is rejt magában, így mindenképp szükség volt kiegészítésekre, illetve új modellezésre. Ezt utóbbit végezték most el, mégpedig új analitikai számításokkal és nagyszabású számítógépes modellezéssel együtt.

Az új elképzelés a következőképp néz ki: a Naprendszer első pár millió éves időszakéban a protoplanetáris korongból a Jupiter megszületett, az óriásbolygó-kezdemény körül annak saját porból és gázból álló korongja is alakult. Ez a Jupiter-körüli korong úgy jött létre, hogy a Jupiter sarkai felé a Nap körüli protoplanetáris korongból anyag kezdett áramolni, azonban ez a gravitációs és hidrodinamikai hatások miatt a Jupiter egyenlítői régiója körüli pályára kényszerült. Itt azonban bejön a kérdés: vajon elegendő anyag tud így összegyűlni a holdak formálódásához?

A két kutató által készített modellben a Jupiter-körüli korongban lévő por és gáz közti interakciókat is kiszámították. A porszemcséket egyrészt vonzza a Jupiter, másrészt viszont kifelé magával ragadja a Jupiter-körüli korongban lévő gáz s ezek a hatások bizonyos méretű porszemcsék esetében tökéletesen kioltják egymást, így a korong gyakorlatilag „porcsapdaként” működhet.
A kutatás egyik szerzője, Konstantin Batygin elmondta, hogy kocogás közben támadt az ötlete erre az elméletre. „Egy dombra futottam felfelé, és láttam a földön egy sörös palackot, ami nem gurult le a völgybe, mert a völgy felől fújó szél a gravitáció ellen hatott, így a szél és a tömegvonzás kiegyenlítették egymást. Eszembe jutott, hogy ami lejtőn egy sörös palackkal megtörténhet, az a Jupiter körüli korongban bizonyos méretű porszemcsékkel is ugyanígy folyhat.”
Az elvégzett modellszámításokból azt az eredményt kapták, hogy e két egymás ellen ható erőnek köszönhetően a Jupiter-körüli korong gazdaggá vált jeges, 0,1-10 mm nagyságú porszemcsékben. Az így kialakult porgyűrű olyan masszívvá vált egy idő után, hogy saját tömege alatt összeroskadt, és sok ezer, kb. 100 km nagyságú csomó keringett így tovább. Ezek a jeges kisbolygószerű holdcsírák aztán, mindössze pár évezred alatt egymásba olvadtak, s egyenként megszülettek így a Jupiter nagy holdjai.
Elsőként az Io (ez a legbelső nagy hold) jött létre, s amint kialakult, a gravitációja zavarokat keltett a Jupiter-körüli korongban, amelyek hatására apránként annak belső pereméig, nagyjából a jelenkori helyére vándorolt. A többi hold kialakulása és helyére vándorlása hasonló módon zajlott, s ennek hatására a három belső hold rezonáns keringésűvé is lett. Amíg az Io négyszer kerüli meg a Jupitert, addig az Europa kétszer, a Ganymedes pedig egyszer.
A legkülső Galilei-hold, a Callisto születése idejére azonban elfogytak a gázok a Jupiter-körüli korongból, mivel azt a Nap sugárzása elsodorta, így más erőviszonyok álltak fenn, ezért az a hold már egyrészt jóval lassabban alakult ki (millió éves nagyságrend), és már nem tudott rezonanciához megfelelő helyre vándorolni.
A számtalan modellfutás közt voltak tökéletesebbek és kevésbé tökéletesek, de alapvetően és sok részletben a ma fennálló rendszerre hasonlító eredményt nyújtók. Szinte minden modellfutás a 3 belső Galilei-hold tömegére és pályájára hasonlító eredményt adott, volt olyan is, amelyben az Io formálódása során megmaradt kis holdcsírák az Io-n belüli pályára kerültek – ez pedig egészen úgy néz ki, mint a ma Amalthea-csoportként ismert, 10-100 km-es belső Jupiter-holdak.
A most felvázolt folyamat, bár távolról sem tökéletes, és számtalan támadható pontja van, azonban akár általános is lehet, más rendszerek kialakulására is hasonló hatások és ellenhatások adhatnak magyarázatot. Az elmélet több ponton hasonlít ahhoz az elképzeléshez is, amellyel a szuperföldek keletkezését és rendszerük belsőbb régiójába vándorlását leírják.

A kutatást az Astrophysical Journal tette közzé május 18-án, a Caltech oldalán a teljes cikk olvasható, továbbá a Caltech ismertetője itt.

Landy-Gyebnár Mónika
(További fordítások a szerzőtől facebookon:  Égen – Földön – Föld alatt)