De ce lunile din Sistemul Solar nu au inele?

Avem o mulțime de sateliți neobișnuiți în Sistemul Solar: sateliți fierbinți, sateliți reci, o lună cu oceane lichide și multe altele acoperite de praf. Unele planete au luni cu forme bizare, asemănătoare nucilor sau cartofilor.

Totuși, din cele aproape 300 de luni descoperite până în prezent, niciuna nu are inele. Acest fapt este, într-adevăr, surprinzător.

Dintre cele opt planete din Sistemul Solar, jumătate au inele de praf și gheață în jurul ecuatorului. Marte, la un moment dat, se crede că a avut un inel. Chiar și unele planete pitice și asteroizi au inele, deși în unele cazuri astronomii nu pot explica pe deplin cum s-au format acestea.

Această absență a inelelor în jurul lunilor a început să-l preocupe pe astrofizicianul Mario Sucerquia de la Universitatea Adolfo Ibáñez din Chile și pe colegii săi, în timp ce studiau posibilitatea existenței sateliților cu inele din afara Sistemului Solar.

„Dacă planetele gigantice din Sistemul nostru Solar au inele și dacă centaurii (asteroizi aflați dincolo de orbita lui Jupiter) și obiectele transneptuniene au, de asemenea, inele, de ce lunile din Sistemul Solar nu au inele?. Această absență părea contraintuitivă, având în vedere prevalența inelelor în alte părți ale cosmosului, așa că am vrut să explorăm dacă există motive dinamice subiacente care să împiedice formarea sau stabilitatea pe termen lung a inelelor în jurul sateliților.”, a explicat Sucerquia pentru ScienceAlert.^[sursa]

De ce lunile din Sistemul Solar nu au inele?

Deși încă nu am detectat o lună în afara Sistemului Solar, Sucerquia și colegii săi au emis ipoteza în anul 2021 că, dacă una dintre aceste luni ar avea un sistem de inele suficient de mare, ar putea bloca suficientă lumină stelară pentru a deveni observabilă.

Dar apoi și-au dat seama că nu am observat niciodată o lună cu inele – ceea ce ridică posibilitatea reală ca acestea să nu poată exista.

Ca astronomi, atunci când ai la dispoziție o întrebare și instrumentele necesare pentru simulare, nu poți face decât un singur lucru: să creezi modele ale sistemelor cosmice și să vezi ce se întâmplă când le pui în mișcare.

Există o mulțime de materii prime din care s-ar putea forma inele în jurul sateliților din Sistemul Solar. Unele luni sunt acoperite de cratere; praful ejectat în timpul impactului ar putea forma un inel. Altele emană vapori sau gaze. Așadar, nu lipsesc resursele.

Presupunând că influența gravitațională a lunii, a planetei gazdă și, eventual, a altor luni ar putea fi prea puternică pentru ca inelele să se mențină, cercetătorii au conceput și testat această ipoteză folosind simulări de tip N-body.

„De exemplu, Enceladus, o lună a lui Saturn cu activitate geologică semnificativă, ejectează vapori de apă, particule de gheață și gaze din gheizerele din regiunea sa polară sudică. În loc să formeze un inel în jurul lunii, acest material este transferat pe orbita planetei datorită interacțiunilor intense cu lunile vecine, alimentând inelul E al lui Saturn. Cu alte cuvinte, în timp ce lunile generează o parte din materia primă pentru inele, mediul înconjurător asigură că planeta mai masivă o captează, împiedicând formarea de inele în jurul lunilor însele.”, a explicat Sucerquia.

Până în prezent, NASA a catalogat 293 de sateliți pe orbită în jurul planetelor din Sistemul nostru Solar, dintre care majoritatea sunt însoțitori ai lui Jupiter și Saturn. Există, de asemenea, luni care orbitează planete pitice și chiar asteroizi.

Sucerquia și echipa sa și-au conceput simulările pentru a imita evoluția pe un milion de ani a lunilor din Sistemul Solar, de la Pământ cu singura sa lună, până la sateliții mai mari ai lui Jupiter și Saturn. Aceştia au dorit să studieze stabilitatea acestor obiecte, mediul lor gravitațional, posibilele sisteme de inele și modul în care s-au schimbat în timp.^[sursa]

Rezultatele au fost surprinzătoare.

„Inițial, mă așteptam ca inelele să fie complet instabile, ceea ce ar fi răspuns direct la întrebare. Cu toate acestea, contrar așteptărilor noastre, am constatat că aceste structuri erau destul de stabile în multe cazuri. De fapt, demonstrasem deja într-o lucrare anterioară că sateliții izolați pot avea inele stabile, dar nu anticipasem că sateliții aflați într-un mediu gravitațional ostil, cu mulți alți sateliți și planete care le perturbă inelele, își vor menține totuși stabilitatea. Surpriza suplimentară a venit atunci când ne-am dat seama că aceste medii ostile, în loc să distrugă inelele, de fapt le-au înzestrat cu o mare frumusețe prin crearea unor structuri precum goluri și valuri, similare celor observate în inelele lui Saturn.”, a declarat Sucerquia.

Există unele caracteristici pe lunile Sistemului Solar care indică existența în trecut a unor inele. Simulările susțin ipoteza conform căreia resturile găsite pe orbita lunii Rhea a lui Saturn ar putea fi ultimele rămășițe ale unui sistem complet de inele. Și luna lui Saturn, Iapetus, are o creastă ecuatorială care ar putea fi rămășițele unui inel prăbușit pe lună, similar modului în care inelele lui Saturn „plouă” lent pe gigantul gazos.

Aceste descoperiri sugerează că motivul pentru care nu vedem inele lunare în Sistemul Solar ar putea fi o chestiune de circumstanțe temporale și spațiale. Presiunea radiațiilor solare, câmpurile magnetice, încălzirea internă și interacțiunile cu plasma magnetosferică ar fi putut contribui la dispariția inelelor care au existat cândva în jurul lunilor, susțin cercetătorii.

„Cred că am fost oarecum ghinioniști în această privință, deoarece am început să explorăm Universul într-o perioadă în care aceste structuri nu mai sunt prezente. După acest studiu, sunt convins că inelele lunare au existat probabil în trecut”, a declarat Sucerquia.

Este o ipoteză care poate părea descurajantă, dar este perfect plauzibilă. Studiile sugerează că singurul motiv pentru care vedem inelele lui Saturn astăzi este că ne aflăm într-un moment favorabil în istoria lor evolutivă. Același principiu se aplică și eclipselor pe care le observăm de pe Pământ: Luna se îndepărtează treptat de planeta noastră și, în timp, va fi prea departe pentru a bloca complet Soarele.

Cercetătorii sugerează că simulările ulterioare, care ar include mai mulți factori, cum ar fi presiunea radiațiilor și câmpurile magnetice, ne-ar putea oferi o înțelegere mai profundă a absenței inelelor lunare. De asemenea, Sucerquia a subliniat importanța studierii lunilor cu mai multă atenție, în căutarea unor dovezi ale existenței trecute a inelelor, cum ar fi creasta ecuatorială a lui Iapetus.

Între timp, el și colegii săi își extind cercetările, căutând potențiale luni cu inele care ar putea orbita în jurul unor planete din alte sisteme stelare.

„Nu pot să nu mă întreb despre mitologiile și poveștile care ar putea apărea pe lumi extraterestre, unde sateliții lor au inele. Cât de diferită ar fi fost istoria noastră culturală dacă Luna noastră ar fi avut inele? Posibilitățile sunt nelimitate.”, a declarat Sucerquia pentru ScienceAlert.