Hiện nay, Sao Mộc được biết có hơn 100 vệ tinh, trong khi Sao Thổ sở hữu hơn 280 vệ tinh cùng hệ vành đai nổi bật. Dù vậy, cấu trúc hệ vệ tinh của hai hành tinh này lại rất khác nhau. Sao Mộc có bốn vệ tinh lớn, trong đó có Ganymede—vệ tinh lớn nhất Hệ Mặt Trời. Ngược lại, hệ vệ tinh của Sao Thổ nổi bật chủ yếu với Titan—vệ tinh lớn thứ hai.

Sự khác biệt này từ lâu đã khiến các nhà khoa học đặt câu hỏi: vì sao hai hành tinh có nhiều điểm tương đồng lại hình thành hệ vệ tinh khác nhau? Các mô hình hiện tại phần nào giải thích được, nhưng những nghiên cứu mới về từ trường cho thấy cần có cách tiếp cận sâu hơn.

Xây dựng mô hình thống nhất

Một nhóm nghiên cứu từ Nhật Bản và Trung Quốc, trong đó có các nhà khoa học từ Đại học Kyoto, đã phát triển một mô hình nhằm giải thích sự hình thành hệ vệ tinh của cả hai hành tinh dựa trên cùng nguyên lý vật lý.

Nhóm đã sử dụng mô phỏng số để tái hiện cấu trúc bên trong của Sao Mộc và Sao Thổ trong giai đoạn đầu hình thành, theo dõi sự thay đổi nhiệt độ và cường độ từ trường theo thời gian. Đồng thời, họ mô phỏng các đĩa vật chất quay quanh hành tinh—nơi các vệ tinh được hình thành—và sử dụng mô hình động lực học để nghiên cứu quá trình hình thành và di chuyển của các vệ tinh.

Vai trò quyết định của từ trường

Kết quả cho thấy sự khác biệt giữa hai hệ vệ tinh có thể bắt nguồn từ cấu trúc đĩa vật chất xung quanh mỗi hành tinh, vốn chịu ảnh hưởng mạnh từ từ trường.

Với Sao Mộc, từ trường mạnh đã tạo ra một “khoang từ quyển” trong đĩa vật chất. Khu vực này có thể đã giúp giữ lại và bảo toàn các vệ tinh lớn như Io, Europa và Ganymede, ngăn chúng bị mất đi trong quá trình di chuyển.

Trong khi đó, từ trường ban đầu của Sao Thổ được cho là yếu hơn, không đủ để tạo ra vùng bảo vệ tương tự. Điều này khiến các vệ tinh hình thành trong đĩa dễ bị mất ổn định hoặc không thể tồn tại lâu dài, dẫn đến hệ vệ tinh hiện nay chỉ có một số ít vệ tinh lớn nổi bật.

Hàm ý cho nghiên cứu ngoài Hệ Mặt Trời

Phát hiện này không chỉ giúp giải thích sự khác biệt giữa Sao Mộc và Sao Thổ mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới về các hệ vệ tinh ngoài Hệ Mặt Trời.

Theo mô hình này, các hành tinh có kích thước tương đương hoặc lớn hơn Sao Mộc có xu hướng hình thành hệ vệ tinh dày đặc với nhiều vệ tinh. Ngược lại, các hành tinh cỡ Sao Thổ có thể chỉ có một hoặc hai vệ tinh lớn.

Trong tương lai, các nhà khoa học dự định mở rộng nghiên cứu để tìm hiểu thêm về sự hình thành vệ tinh ở các hệ hành tinh xa xôi, góp phần làm sáng tỏ cách các “mặt trăng” hình thành và tiến hóa trong toàn vũ trụ.