數值模擬表明，一顆年輕氣態巨行星周圍氣盤中的溫度梯度，可能對由單一大衛星主導的衛星系統演化起到關鍵作用，類似於土星系統中的土衛六。研究人員發現，環行星盤中的塵埃可以形成一個“安全區”，防止衛星在系統演化過程中落入行星。天文學家認為，我們在太陽系中看到的許多衛星，特別是大衛星，都是與母行星一起形成的。

在這種情況下，衛星是由圍繞仍在形成中的行星旋轉的氣體和塵埃形成。但之前的模擬結果要麼是所有大衛星都墜落到行星上並被吞噬，要麼是多個大衛星仍然存在。在土星周圍觀察到的情況，有許多小衛星，但只有一個大衛星，不適合這兩個模型中的任何一個。名古屋大學指定助理教授藤井由裡和日本國家天文臺(NAOJ)專案助理教授大原雅弘，通過研究包括灰塵和冰在內的多種不透明度來源：

（上圖所示）圍繞著一顆巨大氣體行星形成的衛星印象圖，而這顆行星本身仍在圍繞著一顆恆星形成。圖片：Nagoya University

建立了一個溫度分佈更逼真的繞行星盤新模型，然後，分析了盤狀氣體的壓力和其他衛星的重力等因素，模擬了衛星的軌道遷移。模擬顯示，有一個“安全區”，在那裡衛星會被推離行星。在這一區域，軌道內較熱的氣體將衛星向外推，防止它落入行星。研究第一次證明，一個只有一顆大衛星圍繞著一顆巨行星執行的系統是可以形成的，這是了解土衛六泰坦起源的一個重要里程碑。

（上圖所示）模擬結果顯示7顆有土衛六品質的假想衛星軌道半徑隨時間的變化，隨著模擬的進行，幾乎所有這些衛星都落入了這顆行星，然而，只有最外層的衛星倖存下來，直到圓盤氣體消散，這顆衛星暫時停留在“安全區”。圖片：Fujii & Ogihara, A&A

然而，很難檢驗土衛六是否真的經歷過這個過程。研究人員設想可以通過對太陽系外行星周圍衛星的研究來驗證，如果發現許多單行星系統，這種系統的形成機制將成為一個炙手可熱的問題。其研究成果《天文學與天體物理學》期刊上，本研究模擬使用的是NAOJ運營的超級計算機叢集。本研究已經提出了幾種機制來解釋衛星系統的形成過程，並認為相對較大的衛星誕生在行星盤中。

眾所周知，製造單衛星系統要比多衛星系統或無衛星系統困難得多。研究的目標是找到一種方法，形成一個只有一個大衛星的系統，比如土星周圍的土衛六，研究衛星的軌道遷移，衛星的方向和速度取決於環行星盤的性質。研究建立了考慮溫度結構影響的耗散環行星盤模型，並計算了土衛六品質衛星在各種環行星盤最終演化階段的軌道演化。

同時還對最初有多顆衛星的系統進行了N體模擬，看看最終是否仍有衛星系統。以塵埃不透明為特徵的盤溫結構的徑向斜率產生了一塊軌道，在此軌道上，土衛六品質的衛星在一定的盤粘度範圍內停止向內遷移，甚至向外遷移，幫助最初位於外軌道的衛星留在圓盤中，而那些位於內軌道的衛星落在行星上。首次證明，可以形成只有一個大衛星圍繞巨大行星執行的系統，研究的N體模擬表明，在環行星盤的外半徑內，衛星的形成效率不高。

參考期刊《天文學與天體物理學》

DOI: 10.1051/0004-6361/201937192