Król w kosmosie. Wyjątkowe odkrycie naukowców

Największa planeta w Układzie Słonecznym ma teraz największą rodzinę księżyców. Od 20 grudnia Minor Planet Center (MPC) opublikował orbity dla dwunastu wcześniej niezidentyfikowanych księżyców Jowisza. Oczekuje się kolejnych publikacji – mówi Scott Sheppard (Instytut Carnegie dla nauki), który niedawno przesłał obserwacje układu joviańskiego wykonane między 2021 a 2022 rokiem. Odkrycia te zwiększyły listę księżyców Jowisza do 92, co stanowi pokaźny wzrost o 15% w stosunku do poprzedniego zestawienia, które liczyło 80. Obliczenia orbitalne MPC potwierdzają, że nowe obiekty krążą wokół Jowisza. Inne dane z obserwacji Shepparda umożliwiły nawet odnalezienie ostatniego "brakującego" księżyca Jowisza, S/2003 J 10; najnowsze obserwacje przedłużyły tor jego orbity do 18 lat.

Poniższy diagram przedstawia orbity księżyców wokół Jowisza: kolor fioletowy oznacza księżyce galileuszowe, żółty dotyczy grupy Themisto, niebieski grupy Himalii, cyjanowy i zielony grupy Carpo i Valetudo, a czerwony grupy dalekich księżyców wstecznych. Uwaga: liczba księżyców na tym diagramie nie jest aktualna.

Nowe odkrycia pozwoliły ustalić, że liczba księżyców Jowisza przewyższa 83 potwierdzone księżyce Saturna. Jednak podczas gdy Jowisz może obecnie posiadać najwięcej księżyców, Saturn może "nadrobić" straty. Poszukiwanie obiektów o rozmiarach do około 3 kilometrów, poruszających się wraz z gazowymi olbrzymami, wykazało trzy razy więcej obiektów blisko Saturna niż blisko Jowisza. Liczniejsze obiekty saturnowe mogą pochodzić z kolizji, która zakłóciła większy księżyc kilka milionów lat temu. Jednak fragmenty nie zostały jeszcze wyśledzone wystarczająco dokładnie, aby można je było uznać za księżyce.

Gdybyśmy mogli zliczyć wszystkie księżyce o średnicy przynajmniej 3 km, "Saturn miałby więcej księżyców niż reszta Układu Słonecznego" – mówi Brett Gladman (University of British Columbia, Kanada), który pomógł zidentyfikować nowe obiekty saturnowe.

Diagram ten, choć nie jest aktualny dla wszystkich 92 znanych księżyców Jowisza, pomaga zwizualizować grupowanie księżyców według ich orbit: księżyce galileuszowe są najbardziej wewnętrznymi i najbardziej masywnymi księżycami (fioletowe). Księżyce planety w ruchu postępowym (fioletowe, niebieskie) krążą stosunkowo blisko Jowisza, podczas gdy jego księżyce w ruchu wstecznym (czerwone) znajdują się dalej. Jedynym wyjątkiem jest Valetudo (zielony), ciało poruszające się w przód, które jest daleko.

Wszystkie nowo odkryte księżyce są małe oraz odległe i potrzebują ponad 250 dni na obieg wokół Jowisza. Dziewięć z 12 należy do 71 najbardziej oddalonych księżyców Jowisza, których orbity trwają ponad 550 dni. Jowisz prawdopodobnie przechwycił te księżyce, o czym świadczą ich wsteczne orbity, przeciwne kierunkowo w stosunku do wewnętrznych księżyców. Tylko pięć ze wszystkich ruchów wstecznych jest większych niż 8 kilometrów. Sheppard mówi, że mniejsze księżyce prawdopodobnie powstały, gdy zderzenia spowodowały fragmentację większych obiektów.

Trzy z nowo odkrytych księżyców znajdują się wśród trzynastu innych, które orbitują w kierunku postępującym i leżą pomiędzy dużymi, bliskimi księżycami galilejskimi a odległymi księżycami wstecznymi.

Trudniej je jednak znaleźć niż bardziej odległe wsteczne księżyce, mówi Sheppard. "Powodem jest to, że znajdują się bliżej Jowisza, a rozproszone światło z planety jest ogromne" – mówi. To światło zasłania je na niebie. Pięć zostało znalezionych przed 2000 rokiem, a od tego czasu odkryto tylko osiem.

Oprócz zainteresowania swoim pochodzeniem te postępujące księżyce mogą być odpowiednimi celami do przelotu z nadchodzącej misji. Trwają prace nad trzema misjami dla systemu Jowisza: sonda Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) Europejskiej Agencji Kosmicznej, której start zaplanowano na kwiecień; NASA’s Europa Clipper, wystrzelona pod koniec przyszłego roku, oraz chińska misja rozważana na lata 30. XXI wieku.

Obiekty prograde poza księżycami Galileusza dzielą się na dwie grupy: dziewięć księżyców z grupy Himalia orbituje od 11 do 12 milionów km od Jowisza, a bardziej odległy duet z grupy Carpo na 17 milionach km. Nowe odkrycia dodały dwa z obecnych dziewięciu Himalii i jedno z duetu Carpo.

Poszukiwania księżyców progresywnych poza tymi grupami nic nie dały.

W ziejącej szczelinie między Himaliami a księżycami Galileusza znany jest tylko jeden księżyc: Themisto, 9-kilometrowy obiekt odkryty przez Elizabeth Roemer i Charlesa Kowala w 1975 roku, ale odzyskany dopiero w 2000 roku. Krąży 7,5 miliona kilometrów (4,6 miliona mil) od Jowisza, mniej więcej w połowie drogi między Kallisto na 1,9 miliona km a grupą księżyców postępowych, zaczynającą się na 11 milionach km.

"Przeszukaliśmy bardzo głęboko obiekty w pobliżu Themisto i do tej pory nie znaleźliśmy nic innego" – mówi Sheppard. Blask Jowisza jest tak silny, że ukryłby wszystko, co ma mniej niż 3 kilometry średnicy.

Pojedynczy księżyc postępujący, 1-kilometrowy Valetudo, krąży poza grupą Carpo, w odległości 19 milionów km od Jowisza. Po odkryciu go w 2018 roku Sheppard nazwał Valetudo "dziwakiem", ponieważ jego orbita przecina orbity kilku wstecznych księżyców. Ta wysoce niestabilna sytuacja prawdopodobnie doprowadzi do zderzeń czołowych, które spowodują rozbicie jednego lub obu obiektów. Sheppard dodaje, że Valetudo może być wszystkim, co pozostało z większego księżyca, który ucierpiał w wyniku wcześniejszych kolizji. Do tej pory nie odnaleziono żadnych innych elementów tego systemu.

Odkrycia małych księżyców Jowisza lub Saturna są zwykle zgłaszane w Elektronicznych Biuletynach Centrum Małych Planet. Jednak takie raporty zajmują dużo czasu.

Analiza obserwacji i obliczanie trajektorii jest bardziej skomplikowane dla księżyców planetarnych niż dla asteroid czy komet, ponieważ orbita księżyca zależy zarówno od grawitacji jego planety, jak i Słońca. Obserwacje muszą również śledzić księżyc przez całą orbitę, aby pokazać, że faktycznie krąży on wokół planety, a zewnętrzne księżyce Jowisza potrzebują około dwóch lat, aby okrążyć planetę. Z kolei w przypadku asteroid i komet kilka tygodni obserwacji może wystarczyć, aby przewidzieć ich trajektorię, ponieważ ich orbita zależy tylko od Słońca.

Możemy oczekiwać więcej raportów, gdy Sheppard, Gladman i inni będą kontynuować poszukiwanie nowych księżyców w zewnętrznym Układzie Słonecznym.