Có ba kịch bản hình thành chính cho các mặt trăng hành tinh.
Giả thuyết tác động khổng lồ: Vệ tinh hình thành như một sự đồng thuận của một tác động giữa hành tinh một hành tinh lớn . Mặt trăng là một ví dụ và một trong những lập luận là thành phần hóa học của Mặt trăng khớp với Trái đất với độ chính xác đáng kể cho thấy nó là một phần của hành tinh chúng ta và một phần là tác nhân ban đầu ( Theia). Chúng ta cũng biết rằng Mặt trăng đang ở cách xa Trái đất hơn bởi vì chúng ta có bằng chứng cho thấy nó có được năng lượng quỹ đạo bằng cách hấp thụ nó từ năng lượng quay của Trái đất. Chúng ta biết điều này bởi vì những ngày không phải là 24 giờ cách đây vài triệu năm và chúng ta có thể theo dõi những thay đổi đó trong thời kỳ quay của Trái đất bằng cách sử dụng các vòng trong san hô hóa thạch (những thứ này có hình dạng như vòng cây nhưng là những thứ tạo ra hàng ngày ). Sau đó chúng ta có thể thấy rằng mặt trăng ở rất gần Trái đất khoảng một tỷ năm trước (chúng ta có thêm bằng chứng về điều này từ thực tế là thủy triều rất lớn trong thời gian đó và dẫn đến bằng chứng địa chất về lũ lụt hàng ngày trên hành tinh được hình thành gần đây). Nếu bạn tiếp tục quay ngược thời gian, bạn sẽ thấy rằng Mặt trăng cơ bản đang nổi lên từ Trái đất. Có nhiều bằng chứng về kịch bản này cho mặt trăng của chúng ta.
Kịch bản bồi tụ: Vệ tinh kết hợp từ một đĩa vật chất xung quanh hành tinh mới sinh ra (giống như hành tinh được bồi tụ từ đĩa hành tinh), được gọi là đĩa quanh hành tinh. Lấy ví dụ, chúng ta có bốn mặt trăng galilean xung quanh Sao Mộc (Io, Europa, Ganymede và Callisto). Vì đĩa tương đối phẳng, các mặt trăng được hình thành trong cùng một mặt phẳng quỹ đạo, chúng cũng di chuyển cùng hướng với hành tinh quay (điều này có ý nghĩa vì cả hai đều được tạo ra từ cùng một vật liệu có cùng một động lượng góc nhất định). Đây là kịch bản thường xuyên nhất cho các mặt trăng lớn. Mặt trăng của chúng ta không thể hình thành như thế này bởi vì kích thước dự kiến của đĩa quanh hành tinh không lớn bằng mặt trăng của chúng ta ngày nay (Trái đất là một hành tinh nhỏ và nó có một mặt trăng rất lớn về mặt tương đối).
Kịch bản chụp: Vệ tinh hình thành ở những nơi khác trong Hệ mặt trời với tư cách là một cơ quan nhỏ độc lập. Theo thời gian, một số tương tác linh hoạt có thể đã khiến vật thể ở gần một hành tinh và cả hai đều bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn. Một ví dụ về điều này là Triton, mặt trăng lớn nhất của sao Hải Vương. Quỹ đạo ngược là không thể giải thích được về mặt kịch bản bồi tụ và năng lượng cần thiết cho kịch bản tác động không gian để hoạt động trên Sao Hải Vương là quá lớn. Triton đã bị bắt (chúng tôi nghĩ rằng nó được hình thành như một hành tinh khác trong Vành đai Kuiper vì nó có nhiều đặc điểm hóa học của Sao Diêm Vươngvà các đối tượng khác của khu vực). Không có quá nhiều mặt trăng trên Sao Hải Vương có lẽ vì chúng biến mất (đâm vào hành tinh hoặc bị đẩy ra) ngay khi Triton đến hệ thống và tự động làm mất ổn định quỹ đạo của chúng. Một ví dụ rõ ràng khác là các vệ tinh nhỏ không đều của Sao Mộc . Kịch bản này là rất khó khăn đối với Trái đất vì việc chụp một mặt trăng to như của chúng ta và tạo ra vòng tròn quỹ đạo sẽ là một kỳ công về việc các tham số chèn quỹ đạo phải được điều chỉnh chính xác như thế nào. Kịch bản tác động khổng lồ dẫn đến tình trạng hiện tại trong các mô phỏng cho một phạm vi lớn hơn của các tham số tác động, do đó có nhiều khả năng hơn về mặt thống kê.
Có một số ít thường xuyên hơn và một số tình huống đầu cơ cũng:
Các mảnh Eyecta từ các mặt trăng khác: Một số vệ tinh có thể có nguồn gốc trên các vệ tinh khác. Một tác động lớn có thể đẩy vật liệu vào quỹ đạo. Một ví dụ sẽ là Hippocamp (một mặt trăng sao Hải Vương) hiện được coi là một mảnh được tách ra từ Proteus (một mặt trăng lớn hơn).
Các mặt trăng Lagrangian / Trojan : Điều này tương tự như kịch bản đĩa quanh hành tinh nhưng ở đây, sự bồi tụ trong đĩa của hành tinh được kích thích hơn nữa ở một số khu vực nhất định vì một mặt trăng hình thành sớm hơn một chút. Một cơ thể quay quanh có thể tạo ra năm điểm cân bằng ( điểm Lagrange ) bằng cách điêu khắc cảnh quan hấp dẫn. Hai trong số các điểm cân bằng đó (L4 và L5) là các điểm cân bằng ổn định; do đó, chúng giống như những cái bẫy hấp dẫn nơi vật chất có thể tích tụ cho đến khi một mặt trăng mới được hình thành. Như một ví dụ tiềm năng, chúng ta có Telesto và Calypso trong hệ thống Saturnian. Cả hai đều nằm trên điểm Lagrange L4 và L5 của Tethys(một mặt trăng lớn hơn nhiều với ảnh hưởng hấp dẫn lớn). Chúng có thể đã hình thành như những vật thể thông thường và sau đó bị mắc kẹt trên các điểm cân bằng hoặc chúng có thể thực sự hình thành ở đó khi vật chất kết lại trên những cái bẫy hấp dẫn đó.
Bị phun vào sự tồn tại của cryovolcanism từ một mặt trăng khác : Nghe có vẻ vô lý vì nó là một kịch bản giả định, tôi chỉ nghĩ có thể xảy ra ở đâu đó trong vũ trụ. Hãy nhìn vào Enceladus (một mặt trăng hoạt động lớn của Sao Thổ). Enceladus có các luồng nước và tia nước bắn vật chất từ bên trong vào không gian thông qua các cơn thèm trong lớp băng giá (vì thủy triều làm nóng bên trong như nồi áp suất và áp suất được giải phóng theo cách đó). Toàn bộ vòng E trên Sao Thổ được tạo ra bằng cách quay quanh các hạt băng và bụi do Enceladus phun ra. Chúng ta biết rằng vòng E có khối lượng gần12⋅108kgvà chúng ta biết rằng nó cách Saturn rất xa để có thể kết hợp được vấn đề này (lực thủy triều sẽ không phá vỡ nó: xem giới hạn Roche ). Do đó, có thể vật liệu từ chiếc nhẫn có thể tạo ra một mặt trăng với mật độ Aegaeon (một mặt trăng khác của saturnian) và có đường kính chỉ162m(một phần ba kích thước của Aegaeon). Enceladus cấm điều này vì ảnh hưởng của lực hấp dẫn mà nó tác động lên vòng E, nó cũng cấm nó phát triển (chiếc nhẫn sẽ lớn hơn nếu vật liệu không được Enceladus tái hấp thu liên tục). Nhưng nếu Enceladus di chuyển sang quỹ đạo khác trong khoảng thời gian tương đối ngắn thì ít nhất tôi nghĩ điều này có thể xảy ra. Mặt trăng mới tuyệt vời từ vật liệu của chiếc nhẫn sau đó có thể kết thúc với Enceladus vì cả hai có lẽ vẫn sẽ tương tác hỗn loạn. Các vật liệu một khi được phun ra khỏi nội thất của nó sẽ trở về nhà.
Kịch bản chia tay ly tâm: Đây cũng là giả thuyết nhưng chúng tôi nghĩ rằng điều này xảy ra rất nhiều trên các tiểu hành tinh. Các mặt trăng nhẹ có thể là đống rúp giống như nhiều sao chổi và tiểu hành tinh. Vật liệu bị ràng buộc với ít sự gắn kết. Nếu mặt trăng bắt đầu quay nhanh hơn và nhanh hơn (do một số cơ chế như hiệu ứng Paddack của Yarkovsky-O'Keefe kiếm RadzievskiiTHER ), cuối cùng nó có thể vỡ thành hai mảnh do lực ly tâm cực đoan (được mô tả như được nhìn thấy từ sự quay đồng khung tham chiếu của mặt trăng ban đầu). Người ta tin rằng các tiểu hành tinh như tách làm hai vì hiệu ứng này. Tôi không thấy bất kỳ lý do nào khiến mặt trăng không thể làm như vậy, tạo thành mặt trăng độc lập mới trong quá trình này.1999KW4
Mặt trăng được tạo thành từ các mặt trăng bị phá vỡ khác: Có vẻ điên rồ, đó là một trong những giả thuyết hình thành liên quan đến sự hình thành của Miranda (một trong những vệ tinh của Thiên vương tinh). Bề mặt của Miranda rất phức tạp và đa dạng đến nỗi một số người suy đoán nó có thể đã hình thành khi một số mảnh quay quanh Thiên vương tinh nhẹ nhàng xuất hiện. Những mảnh này có thể là khối từ các mặt trăng khác hoặc có thể là khối từ một lần lặp lại trước đó của chính Miranda, bị phân mảnh sau một sự kiện gây rối. Địa chất trên mỗi khối sẽ phát triển độc lập cho đến khi chúng được lắp ráp lại với nhau. Nhưng điều này cũng khá đầu cơ.