เหตุใดดาวพฤหัสบดีมีดวงจันทร์ใหญ่มากกว่าดาวเสาร์

ระบบสุริยะของเรามีดาวเคราะห์ยักษ์สองดวง คือดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ นอกจากมีขนาดใหญ่ที่สุดแล้ว ดาวเคราะห์ทั้งสองนี้ยังมีบริวารมากที่สุดอีกด้วย นับจนถึงปัจจุบัน (พฤษภาคม 2569) ดาวพฤหัสบดีมีบริวาร 115 ดวง ส่วนดาวเสาร์นับได้ 292 ดวงเข้าไปแล้ว

แม้ดาวเสาร์จะมีบริวารมากกว่าดาวพฤหัสบดีเป็นเท่าตัว แต่กลุ่มประชากรของดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งสองกลับต่างกันมาก ดาวพฤหัสบดีมีบริวารขนาดใหญ่หลายดวง ที่รู้จักกันดีก็คือดวงจันทร์กาลิเลโอ ได้แก่ ไอโอ ยูโรปา แกนีมีด และ คัลลิสโต นอกจากนี้แกนีมีดยังเป็นบริวารดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะอีกด้วย ในขณะที่ดาวเสาร์มีบริวารขนาดใหญ่เพียงดวงเดียวนั่นคือ ไททัน นอกนั้นล้วนแต่เป็นบริวารเล็กจิ๋ว ส่วนใหญ่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในระดับ 3-5 กิโลเมตรเท่านั้น



ทั้งดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีเป็นดาวเคราะห์ประเภทดาวเคราะห์แก๊สยักษ์เหมือนกัน นักดาราศาสตร์จึงเชื่อว่าดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีก็ควรมีต้นกำเนิดคล้ายกัน แต่การที่ดาวเคราะห์สองดวงนี้มีความแตกต่างกันมากในเรื่องของบริวารทั้งในแง่จำนวนและขนาดดูเป็นเรื่องไม่สมเหตุสมผล นี่เป็นปริศนาที่นักดาราศาสตร์พยายามหาคำตอบมาเป็นเวลานาน

คณะนักดาราศาสตร์จากญี่ปุ่นและจีนนำโดย ยูริ ฟูจิอิ จากมหาวิทยาเกียวโตและมหาวิทยาลัยนาโงยะ ร่วมกับ รศ.มาซาฮิโระ โองิฮะระ จากมหาวิทยาลัยซ่างไห่เจียวทง และ รศ. ยาซุโนริ โฮริ จากมหาวิทยาลัยโอกายามะ ได้ศึกษาเพื่อคำอธิบายสาเหตุของความแตกต่างนี้


ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์เริ่มพิจารณาสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ว่าอาจมีผลต่อพฤติกรรมการก่อตัวของจานรอบดาวเคราะห์ ซึ่งอาจเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้บริวารดาวเสาร์กับบริวารดาวพฤหัสบดีมีความแตกต่างกันมาก

คณะของฟูจิได้สร้างแบบจำลองการเกิดดาวเคราะห์แก๊สยักษ์ด้วยคอมพิวเตอร์ โดยให้เงื่อนไขด้านสนามแม่เหล็กต่างกัน เพื่อดูว่าจะมีผลอย่างไรต่อการสร้างจานรอบดาวเคราะห์และการกำเนิดดวงจันทร์บริวาร

ผลออกมาชัดเจนว่า สนามแม่เหล็กมีผลต่อการกำเนิดดาวบริวารของดาวเคราะห์จริง โดยพบว่าดาวเคราะห์ที่มีสนามแม่เหล็กเข้มข้นทำให้เกิดช่องว่างในในจานรอบดาวเคราะห์ ดาวพฤหัสบดีมีสนามแม่เหล็กเข้มข้นมากถึง 417 ไมโครเทสลา ซึ่งสูงที่สุดในระบบสุริยะ ในขณะที่สนามแม่เหล็กของดาวเสาร์มีกำลังอ่อนกว่ามากเพียง 21 ไมโครเทสลา ซึ่งอ่อนเกินกว่าจะสร้างช่องว่างในจานรอบดาวเคราะห์

จานรอบดาวเคราะห์ประกอบไปด้วยฝุ่นและแก๊สจำนวนมาก สสารเหล่านี้เป็นวัตถุดิบในการสร้างวัตถุดวงจันทร์บริวาร โดยจะจับกันเป็นก้อนเล็กก้อนน้อยและพอกพูนจนใหญ่ขึ้นเป็นดวงใหญ่ แต่ในขณะที่ดวงจันทร์ทารกกำลังเติบใหญ่ขึ้นเป็นดวงจันทร์ดวงโต วงโคจรก็จะขยับเข้ามาใกล้ดาวเคราะห์มากขึ้น สสารในจานรอบดาวเคราะห์ที่เคยเป็นสิ่งให้กำเนิดดวงจันทร์กลับกลายเป็นตัวหน่วงให้ดวงจันทร์โคจรช้าลงและสุดท้ายก็ตกลงสู่ดาวเคราะห์ไป ดวงจันทร์ของดาวเคราะห์จำนวนมากจึงต้องจบชีวิตก่อนได้เติบโตเป็นดวงใหญ่

ในดาวเคราะห์ที่ไม่มีช่องว่างในจาน ดวงจันทร์ที่จะอยู่รอดจนถึงปัจจุบันก็คือดวงจันทร์รุ่นท้าย ๆ ที่เกิดขึ้นมาในช่วงที่สสารในจานรอบดาวเคราะห์เหลือน้อยจนจวนหมดแล้ว ดวงจันทร์ที่เกิดขึ้นจึงมีโอกาสอยู่รอดถึงปัจจุบันได้ แต่ก็เป็นดวงจันทร์แคระ ดังเช่นบริวารของดาวเสาร์

ในดาวเคราะห์ที่มีช่องว่างในจาน เมื่อดวงจันทร์ขยับวงโคจรมาถึงช่องว่างนี้ สสารที่จะหน่วงรั้งให้ดวงจันทร์โคจรช้าลงจนตกลงสู่ดาวเคราะห์ก็จะไม่มี ช่องว่างในจานรอบดาวเคราะห์นี้จึงเป็นเขตปลอดภัยของดวงจันทร์ เปิดโอกาสให้ดวงจันทร์อยู่รอดและเติบโตจนเป็นดวงจันทร์ดวงใหญ่ขึ้นมาได้ ดังเช่น ไอโอ ยูโรปา แกนีมีด และคัลลิสโตของดาวพฤหัสบดี

การศึกษาของฟูจิในครั้งนี้ นอกจากจะไขปริศนาเกี่ยวกับดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีกับดาวเสาร์ที่มีความแตกต่างกันมากได้แล้ว ยังมีประโยชน์ในการศึกษาดวงจันทร์ของดาวเคราะห์ต่างระบบอีกด้วย