هریک از سیارات گازی خارجی منظومه‌شمسی منظومه‌هایی از چند قمر دارند که ساختارهایشان کاملا متفاوت است. قمرهای مشتری فعالیت‌های آتشفشانی شدیدی نشان می‌دهند (آیو) یا اقیانوس‌هایی زیرسطحی از آب دارند (اروپا) ؛ تایتان، قمر زحل تنها قمری است که جوی متراکم و مملو از مواد آلی دارد؛ میراندا چهارمین قمر اورانوس به‌آن شکل عجیب شکسته و دوباره شکل گرفته‌است؛ و تریتون در نپتون، سردترین جای منظومه شمسی است. اما جالب‌است که این منظومه‌های کاملا متفاوت شباهتی تکان‌دهنده دارند: نسبت مجموع جرم منظومه قمرها به جرم سیاره مادر تقریبا عددی ثابت است.
پژوهشگران موسسه تحقیقاتی سوث‌وست در مقاله خود که در جدیدترین شماره نشریه نیچر به‌چاپ رسیده‌است، توضیح داده‌اند که چرا چنین شباهتی در سیارات گازی وجود دارد و هم‌چنین، چرا ابعاد این قمرها نسبت به سیاره مادر بسیار کوچکتر از ابعاد قمر سیارات سنگی در مقایسه با سیارات میزبانشان است.
قمرهای گالیله‌ای مشتری تقریبا هم‌اندازه‌اند، اما زحل تنها یک قمر بزرگ دارد و بقیه جرم منظومه را تعداد زیادی قمر کوچک تشکیل می‌دهند. قمرهای اورانوس هم وضعیتی شبیه به مشتری دارند. در هر سه سیاره، نسبت جرم قمرها به جرم سیاره مادر تقریبا یک به ده‌هزار است. اما در سیارات سنگی این نسبت بسیار بالاتر است. جرم ماه، یک‌درصد جرم زمین است و جرم کارن، ده‌درصد جرم پلوتو.
روبین کان‌آپ و ویلیام وارد، سیاره‌شناسان دانشکده مطالعات فضایی موسسه تحقیقاتی سوث‌وست حدس می‌زنند وجود گازهایی مانند هیدروژن در فرآیند تشکیل این قمرها، رشد آنها را محدود و حد جرم آنها را تعیین کرده‌است.
وقتی سیارات گازی شکل گرفتند، گاز هیدروژن و مواد جامدی مانند یخ و سنگ را به‌هم انباشتند. مدل‌های فعلی شکل‌گیری این سیارات پیش‌بینی می‌کنند در آخرین مرحله تشکیل سیاره، جریانی از گازها و مواد جامد از مدار خورشیدی به مدار سیاره‌ای سرازیر می‌شود و قرصی از مواد جامد و گازی را در صفحه استوایی سیاره پدید می‌آورد. قمرها معمولا در این صفحه تشکیل می‌شوند.
کان‌آپ و وارد در مدل‌سازی خود فرض کردند گرانش قمر، امواجی مارپیچی را در قرص گازی اطراف پدید می‌آورد و اندرکنش‌های گرانشی این امواج با قمر، مدارش را کوچک می‌کند. با بزرگ‌تر شدن قمر، این امواج هم قوی‌تر می‌شوند و مدار مارپیچی قمر سریع‌تر به سیاره نزدیک می‌شود. تعادل بین این‌دو فرآیند، سرازیرشدن مواد خام به قرص اطراف سیاره و نابودی قمرها در برخورد با سیارات، موجب می‌شود ابعاد این قمرها محدود شود.
شبیه‌سازی‌های عددی و تحلیل‌های ریاضی این مدل نشان داد درطول فرآیندهای دوگانه تشکیل و نابودی قمرها، نسبت جرم قمرها به جرم سیاره در هر دوره زمانی تفاوت خاصی با مقدار 1 به ده‌هزار ندارد.
این مدل‌سازی هم‌چنین برای نخستین‌بار توانست منظومه قمرهای سیارات مشتری، زحل و اورانوس را برحسب تعداد قمرها، جرم بزرگ‌ترین قمر و فاصله بین مدار قمرها به‌درستی محاسبه کند. کان‌آپ در این‌مورد می‌گوید: نتایج ما نشان می‌دهند که قمرهای سیارات مشتری و زحل در آخرین مراحل تشکیل این سیارات و از همان قرص موادی شکل گرفتند که سیاره را به‌وجود آورد. اما درمورد سیاره اورانوس هنوز مطمئن نیستیم پاسخمان درست باشد، زیرا همه‌چیز به‌این بستگی دارد که اورانوس چگونه به زاویه تمایل مداری 98 درجه دست پیدا کرده، پرسشی که هنوز به پاسخ نرسیده‌است.
کان‌آپ و وارد در این شبیه‌سازی، وضعیت سیارات فراخورشیدی را هم بررسی کرده‌اند. مدل آنها پیش‌بینی می‌کند بزرگ‌ترین قمرهای سیارات مشتری‌مانند، بزرگ‌تر از ماه و کوچکتر از مریخ خواهند بود. بدین‌ترتیب بعید است قمری دراندازه‌های زمین دراطراف این سیارات وجود داشته‌باشد.
منبع : موسسه تحقیقاتی سوث‌وست
نويسنده : ذوالفقار دانشی