Małe księżyce Neptuna ujawniają ślady katastrofy po przechwyceniu Trytona

Nowe badanie dostarcza kolejnych informacji na temat pochodzenia i ewolucji systemu Neptuna. Odkrycie charakterystycznych minerałów na dwóch małych satelitach oraz w pierścieniach planety może pomóc wyjaśnić, jak kształtowały się księżyce Neptuna i jak wyglądał ich układ przed przechwyceniem Trytona.

Małe księżyce Neptuna skrywają ślady dawnej historii

Jak twierdzą astronomowie, system księżyców i pierścieni Neptuna wyróżnia się na tle innych planet olbrzymów w Układzie Słonecznym niezwykłą dysproporcją między jednym bardzo dużym księżycem a licznymi niewielkimi satelitami. Największy z nich, Tryton, odpowiada za ponad 99 proc. masy wszystkich satelitów krążących wokół planety, a jego orbita jest wsteczna względem kierunku obrotu Neptuna. Dominująca teoria zakłada, że jest on przechwyconym obiektem z Pasa Kuipera, którego pojawienie się doprowadziło do poważnych zaburzeń we wczesnym systemie księżyców Neptuna. W ramach nowego badania, opublikowanego w czasopiśmie „Science Advances”, naukowcy m.in. z California Institute of Technology oraz Space Telescope Science Institute odkryli dowody wspierające tę teorię.

Naukowcy przeanalizowali nowe dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), uzyskane za pomocą spektrografu bliskiej podczerwieni (NIRSpec), i odkryli na dwóch małych księżycach Neptuna oraz w jego pierścieniach ślady minerałów przypominających iły. Zdaniem astronomów podobnej cechy nigdy wcześniej nie wykryto na żadnym obiekcie zewnętrznego Układu Słonecznego znajdującym się dalej od Słońca niż Jowisz.

Zdaniem badaczy to odkrycie jest szczególne, ponieważ te bogate w magnez minerały ilaste wskazują na rozległe zmiany zachodzące pod wpływem ciekłej wody. Jednak temperatura na dwóch księżycach, Larissie i Galatei, oraz w obrębie pierścieni Neptuna jest zdecydowanie zbyt niska, aby woda mogła występować tam w stanie ciekłym w pobliżu powierzchni. Naukowcy nie wykryli w tych miejscach również lodu wodnego, co sugeruje, że materiały te powstały w innym miejscu, na przykład we wnętrzu większego ciała, gdzie panowały wyższe temperatury.

Minerały mogą pochodzić z wnętrz większych ciał

Astronomowie wskazują, że zmiany zachodzące pod wpływem wody mogły być związane z rozmiarem tych ciał. W przypadku większych obiektów stopiony materiał mógł przemieszczać się we wnętrzu w trakcie ich wewnętrznego rozwoju, zwiększając tym samym stosunek wody do skał. Skład minerałów ilastych obecnych na wewnętrznych księżycach Neptuna przypomina skład Ceres i największych asteroid głównego pasa. Może to sugerować, że księżyce te powstały z większych ciał macierzystych, w których zachodziły procesy prowadzące do powstania warstw o różnym składzie i właściwościach.

Zdaniem naukowców najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że małe księżyce powstały ponownie z odsłoniętego materiału pochodzącego z wnętrz większych, starożytnych obiektów, które zostały zniszczone podczas gwałtownego przechwycenia Trytona. Oznaczałoby to, że przynajmniej jeden z pierwotnych księżyców Neptuna był wystarczająco duży, aby posiadać zróżnicowane i rozgrzane wnętrze, w którym mogły powstać tego rodzaju krzemiany warstwowe.

Sąsiedztwo Neptuna mogło w przeszłości przypominać systemy księżyców innych planet, a dopiero przechwycenie Trytona doprowadziło do jego obecnej, niezwykłej struktury. Oddziaływania grawitacyjne związane z pojawieniem się większego obiektu prawdopodobnie doprowadziły do rozerwania pierwotnych księżyców.

Co stało się z pierwotnymi księżycami Neptuna?

Astronomowie wskazują, że wewnętrzne księżyce Neptuna mogą umożliwić bezpośrednie zbadanie materiału pochodzącego z wnętrza większego, pierwotnego lodowego księżyca lub planety karłowatej. Jeśli zmiany zachodzące pod wpływem wody nastąpiły jeszcze przed powstaniem systemu Neptuna, materiał ten mógłby pochodzić z takiego ciała. Obecność podobnych minerałów pokazuje również, że materia z zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego po odpowiednim ogrzaniu może przechodzić zmiany mineralogiczne podobne do tych obserwowanych w asteroidach znajdujących się w Pasie Planetoid.

Choć najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest pochodzenie małych księżyców z pozostałości pierwotnych satelitów, naukowcy wskazują również na odmienną możliwość. Inny duży obiekt z Pasa Kuipera mógł zostać rozerwany w pobliżu Neptuna, dostarczając do jego systemu materiał z wnętrza zawierający krzemiany warstwowe. Wcześniejsze badanie innego księżyca Neptuna sugeruje jednak inne wyjaśnienie.

Obserwacje Nereidy, trzeciego co do wielkości księżyca Neptuna, wcześniej klasyfikowanego jako nieregularny satelita, wykonane za pomocą Teleskopu Webba dostarczyły dowodów na to, że przed przechwyceniem Trytona wokół Neptuna istniał pierwotny, regularny system księżyców. Widmo Nereidy w bliskiej podczerwieni pokazuje obecność krystalicznego lodu wodnego i różni się od widm obiektów z Pasa Kuipera oraz nieregularnych satelitów.

Emil Gołoś