木星和土星是太阳系中最大的两个行星，它们都被巨大的卫星家族所环绕。木星目前报告有超过100颗卫星，而土星则围绕着一个广泛的环系统，拥有超过280颗卫星。这些卫星系统的组成截然不同。木星有四颗尤其大的卫星，包括太阳系中最大的卫星——甘尼美德。相比之下，土星则以太阳系第二大卫星泰坦为主。\n\n长久以来的卫星形成之谜\n由于木星和土星都是气体巨行星，天文学家一直努力解释为什么它们的主要卫星发展如此不同。现有的卫星形成理论提供了几种可能的答案，但近期关于恒星磁场的研究表明，其中一些观点可能需要重新考虑。一个未解决的问题涉及磁性累积和卫星形成。研究人员辩论木星的环行盘是否可能发展出一个空的内区。环行盘是年轻行星周围旋转的物质集合体，从中可以形成卫星。一个能够同时解释木星和土星卫星系统的单一致性理论，可能也有助于科学家理解太阳系以外的行星和卫星。这种可能性促使来自日本和中国、包括京都大学的研究人员创建了一个新模型。\n\n“测试行星形成理论有些困难，因为我们只有自己的太阳系作为参考，但在我们附近有多个卫星系统，其详细特征我们可以观察，”第一作者藤井有志说。\n\n模拟年轻的木星和土星\n研究人员使用数值模拟方法检验了年轻木星和土星的内部结构和热演化。这使他们能够估计行星的磁场随时间的变化。他们还对围绕这两个星球的环行盘进行了建模。此外，团队运行了N体模拟以追踪卫星的形成及其轨道的逐步运动。这些计算是在日本国立天文台计算天体物理中心的PC集群上进行的。\n\n木星的磁场创造了一个安全区\n模拟结果表明，木星和土星不同的卫星系统可能源于其环行盘结构的差异。而这些差异又似乎受到了每个行星磁场强度的控制。年轻木星拥有强大的磁场，创造了一个磁气腔体在其环行盘内部。这个内腔可能有助于在卫星穿过环行盘时捕获和保存木卫一、木卫二与甘尼美德。年轻土星的磁场不够强，无法形成类似的腔体。没有那个保护区域，迁移的卫星无法在土星的环行盘中生存。\n\n预测太阳系以外的卫星系统\n这些发现可能有助于指导未来对系外卫星和围绕年轻气体巨行星的环盘的观测。根据模型，与木星一样大或更大的行星倾向于发展出包含多个卫星的紧凑系统。然而，接近土星大小的气体行星通常可能只会有一到两颗卫星。研究人员现在计划将他们的理论应用于其他卫星以及围绕遥远行星的潜在系外卫星系统。