Il existe trois principaux scénarios de formation pour les lunes planétaires.
L'hypothèse de l'impact géant: Le satellite se forme comme une conséquence d'un impact entre la planète et un grand planétésimal . La Lune est un exemple, et l'un des arguments est que la composition chimique de la Lune correspond à celle de la Terre avec une précision significative suggérant qu'elle est en partie notre planète et en partie l'impacteur d'origine ( Theia). Nous savons également que la Lune s'est éloignée de la Terre parce que nous avons la preuve qu'elle a gagné de l'énergie potentielle orbitale en l'absorbant de l'énergie de rotation de la Terre. Nous le savons parce que les jours ne faisaient pas 24 heures il y a quelques millions d'années et nous pouvons suivre ces changements dans la période de rotation de la Terre en utilisant des anneaux dans les coraux fossilisés (ceux-ci ont des règles comme les anneaux des arbres mais ceux qui se produisent quotidiennement ). Nous pouvons alors voir que la lune était extrêmement proche de la Terre il y a quelques milliards d'années (nous en avons plus de preuves du fait que les marées étaient énormes à cette époque et ont donné des preuves géologiques des inondations quotidiennes sur la planète récemment formée). Si vous continuez à remonter dans le temps, vous voyez que la Lune émergeait essentiellement de la Terre. Il existe de nombreuses autres preuves de ce scénario pour notre lune.
Le scénario d'accrétion: le satellite s'est fusionné à partir d'un disque de matière autour de la planète nouveau-née (tout comme la planète s'est agrandie du disque protoplanétaire), le soi-disant disque circumplanétaire. À titre d'exemple, nous avons les quatre lunes galiléennes autour de Jupiter (Io, Europa, Ganymède et Callisto). Étant donné que le disque était relativement plat, les lunes se sont formées dans le même plan orbital, elles se déplacent également dans la même direction que la planète tourne (ce qui est logique car les deux sont générées à partir du même matériau épineux avec un certain moment angulaire). C'est le scénario le plus fréquent pour les grandes lunes. Notre lune ne pouvait pas se former comme ça parce que la taille attendue du disque circumplanétaire n'était en aucun cas aussi massive que notre lune est aujourd'hui (la Terre est une petite planète et elle a une énorme lune en termes relatifs).
Scénario de capture: le satellite s'est formé ailleurs dans le système solaire en tant que corps mineur indépendant. Avec le temps, une interaction dynamique a pu rapprocher l'objet d'une planète et les deux se sont liés par gravitation. Un exemple de cela est Triton, la plus grande lune de Neptune. L'orbite rétrograde est inexplicable en termes de scénario d'accrétion et l'énergie nécessaire pour qu'un scénario à impact gian fonctionne sur Neptune est trop importante. Triton a été capturé (nous pensons qu'il s'est formé comme un autre planétésimal dans la ceinture de Kuiper car il partage de nombreuses caractéristiques chimiques de Plutonet autres objets de la région). Il n'y a pas tellement de lunes sur Neptune probablement parce qu'elles ont disparu (s'écraser sur la planète ou ont été éjectées) juste au moment où Triton est arrivé dans le système et a déstabilisé dynamiquement leurs orbites. Un autre exemple clair est les minuscules satellites irréguliers de Jupiter . Ce scénario est très difficile à imaginer pour la Terre car capturer une lune massive comme la nôtre et rendre l'orbite circulaire aurait été un exploit en termes de précision avec laquelle les paramètres d'insertion de l'orbite devraient être ajustés. Le scénario à impact géant conduit à la situation actuelle dans les simulations pour une plus large gamme de paramètres d'impact, est donc beaucoup plus probable en termes statistiques.
Il existe également des scénarios moins fréquents et spéculatifs:
Fragments d'Eyecta provenant d'autres lunes: Certains satellites pourraient avoir leur origine sur d'autres satellites. Un impact important pourrait éjecter du matériel en orbite. Un exemple serait Hippocamp (une lune neptunienne) qui est maintenant considéré comme un fragment dépouillé de Protée (une lune plus grande).
Lunes lagrangiennes / troyennes : Ceci est similaire au scénario du disque circumplanétaire mais ici, l'accrétion dans le disque de la planète est encore stimulée dans certaines régions à cause d'une lune qui s'est formée un peu plus tôt. Un corps en orbite peut générer cinq points d'équilibre ( points de Lagrange ) en sculptant le paysage gravitationnel. Deux de ces points d'équilibre (L4 et L5) sont des points d'équilibre stables; ils sont donc comme des pièges gravitationnels où la matière peut s'accumuler jusqu'à la formation d'une nouvelle lune. Comme exemple potentiel, nous avons Telesto et Calypso dans le système saturnien. Ils se trouvent tous les deux sur les points Lagrange L4 et L5 de Tethys(une lune beaucoup plus grande avec une grande influence gravitationnelle). Ils auraient pu se former en tant qu'objets réguliers, puis se seraient piégés sur les points d'équilibre ou ils auraient pu s'y former en tant que matière fusionnée sur ces pièges gravitationnels.
12 ⋅ 108k g162m
1999KW4
Lune faite de morceaux d'autres lunes perturbées: Aussi fou que cela puisse paraître, c'est l'une des hypothèses de formation concernant la formation de Miranda (l'un des satellites d'Uranus). La surface de Miranda est si complexe et variée que certains spéculent qu'elle aurait pu se former alors que plusieurs pièces en orbite autour d'Uranus se sont rapprochées doucement. Ces morceaux pourraient avoir été des morceaux d'autres lunes ou pourraient avoir été des morceaux d'une itération antérieure de Miranda elle-même, fragmentés après un événement perturbateur. La géologie sur chaque morceau aurait évolué indépendamment jusqu'à ce qu'ils se soient réassemblés ensemble. Mais cela est également assez spéculatif.