Esistono tre scenari di formazione principali per le lune planetarie.
L'ipotesi dell'impatto gigante: il satellite si forma come consistenza di un impatto tra il pianeta e un grande planetesimale . La Luna è un esempio e uno degli argomenti è che la composizione chimica della Luna combacia con quella della Terra con una precisione significativa, suggerendo che è in parte il nostro pianeta e in parte il dispositivo di simulazione originale ( Theia). Sappiamo anche che la Luna si sta allontanando ulteriormente dalla Terra perché abbiamo prove che ha guadagnato energia potenziale orbitale assorbendola dall'energia di rotazione della Terra. Lo sappiamo perché i giorni non erano lunghi 24 ore qualche milione di anni fa e possiamo tenere traccia di quei cambiamenti nel periodo di rotazione della Terra usando gli anelli nei coralli fossilizzati (quelli hanno le sembianze degli anelli degli alberi ma quelli che si generano su base giornaliera ). Possiamo quindi vedere che la luna era estremamente vicina alla Terra alcuni miliardi di anni fa (ne abbiamo più prove dal fatto che le maree erano enormi in quei tempi e hanno portato prove geologiche di inondazioni quotidiane sul pianeta recentemente formato). Se continui a tornare indietro nel tempo, vedi che la Luna stava praticamente emergendo dalla Terra. Ci sono molte altre prove di questo scenario per la nostra luna.
Lo scenario di accrescimento: il satellite si è coalizzato da un disco di materiale attorno al pianeta appena nato (proprio come il pianeta si è accumulato dal disco protoplanetario), il cosiddetto disco circumplanetario. Ad esempio, abbiamo le quattro lune galileane intorno a Giove (Io, Europa, Ganimede e Callisto). Poiché il disco era relativamente piatto, le lune si formavano nello stesso piano orbitale, inoltre si muovono nella stessa direzione in cui ruota il pianeta (il che ha senso poiché entrambi sono generati dallo stesso materiale che si unisce con un certo momento angolare). Questo è lo scenario più frequente per le grandi lune. La nostra luna non potrebbe formarsi in questo modo perché le dimensioni attese del disco circumplanetario non erano così grandi come la nostra luna oggi (la Terra è un piccolo pianeta e ha una luna enorme in termini relativi).
Scenario di acquisizione: il satellite si è formato altrove nel Sistema Solare come un corpo minore indipendente. Con il tempo alcune interazioni dinamiche potrebbero aver portato l'oggetto vicino a un pianeta ed entrambi sono stati legati gravitazionalmente. Un esempio di ciò è Tritone, la più grande luna di Nettuno. L'orbita retrograda è inspiegabile in termini di scenario di accrescimento e l'energia necessaria per far funzionare uno scenario a impatto giano su Nettuno è troppo grande. Tritone fu catturato (pensiamo che si sia formato come un altro planetesimale nella Cintura di Kuiper in quanto condivide molte caratteristiche chimiche di Plutonee altri oggetti della regione). Non ci sono così tante lune su Nettuno probabilmente perché sono scomparse (schiantandosi sul pianeta o sono state espulse) proprio quando Triton arrivò al sistema e destabilizzò dinamicamente le loro orbite. Un altro chiaro esempio sono i piccoli satelliti irregolari di Giove . Questo scenario è molto difficile da immaginare per la Terra, dal momento che catturare una luna enorme come la nostra e rendere circolare l'orbita sarebbe stata un'impresa in termini di precisione con cui avrebbero dovuto essere i parametri di inserimento dell'orbita. Lo scenario di impatto gigante porta alla situazione attuale nelle simulazioni per una gamma più ampia di parametri di impatto, quindi è molto più probabile in termini statistici.
Ci sono anche alcuni scenari meno frequenti e alcuni speculativi:
Frammenti di Eyecta di altre lune: alcuni satelliti potrebbero avere la loro origine su altri satelliti. Un forte impatto potrebbe espellere il materiale in orbita. Un esempio potrebbe essere Ippocamp (una luna nettuniana) che ora è considerato un frammento rimosso da Proteus (una luna più grande).
Lune lagrangiane / troiane : è simile allo scenario circonfanetario del disco, ma qui l'accrescimento nel disco del pianeta è ulteriormente stimolato in alcune regioni a causa di una luna che si è formata un po 'prima. Un corpo in orbita può generare cinque punti di equilibrio ( punti di Lagrange ) scolpendo il paesaggio gravitazionale. Due di quei punti di equilibrio (L4 e L5) sono punti di equilibrio stabili; quindi sono come trappole gravitazionali dove la materia può accumularsi fino a quando non si forma una nuova luna. Come potenziale esempio abbiamo Telesto e Calypso nel sistema saturniano. Si trovano entrambi sui punti Lagrange L4 e L5 di Tethys(una luna molto più grande con grande influenza gravitazionale). Potrebbero essersi formati come oggetti regolari e poi essere rimasti intrappolati nei punti di equilibrio o potrebbero essersi effettivamente formati lì mentre la materia si fondeva su quelle trappole gravitazionali.
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Luna fatta di pezzi di altre lune spezzate: per quanto possa sembrare folle, è una delle ipotesi di formazione riguardo alla formazione di Miranda (uno dei satelliti di Urano). La superficie di Miranda è così complessa e varia che alcuni ipotizzano che potrebbe essersi formata quando diversi pezzi che orbitavano attorno a Urano si unirono delicatamente. Questi pezzi potrebbero essere stati pezzi di altre lune o potrebbero essere stati pezzi di una precedente iterazione della stessa Miranda, frammentata dopo un evento dirompente. La geologia su ogni blocco si sarebbe evoluta in modo indipendente fino a quando non si sarebbero riuniti di nuovo insieme. Ma questo è anche abbastanza speculativo.