Газовые гиганты Солнечной системы

В Солнечной системе четыре газовых гиганта (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), которые, по мнению ученых, некогда находились гораздо ближе к Солнцу, чем сейчас. Дэвид Несворни из Юго-Западного исследовательского института (США) и Алессандро Морбиделли из Обсерватории Лазурного берега (Франция) считают, что гигантов было больше — пять или шесть.

Фото:

Согласно существующей так называемой модели Ниццы, на заре Вселенной газовые гиганты вращались по более правильным круговым орбитам, а расстояние от них до Солнца не превышало 17 астрономических единиц. При этом за орбитой крайней из этих планет располагался большой плотный диск, состоящий из каменных и ледяных планетезималей, простиравшийся на дистанцию до 35 астрономических единиц от Солнца — то есть дальше нынешней орбиты Нептуна.

Читайте также: Сатурн и Юпитер сформировали планеты

Планетезимали на внутреннем крае этого диска периодически входили в гравитационное взаимодействие с самым удаленным из гигантов, изменявшим их орбиты и увлекавшим ближе к Солнцу. Это сопровождалось обменом планеты и небольших ледяных тел импульсами. Чтобы компенсировать переданный импульс, планета-гигант слегка сдвигалась от Солнца, начиная еще чаще "подталкивать" планетезимали к светилу.

Таким образом, орбиты Урана, Нептуна и Сатурна последовательно перемещались, пока планетезимали не приблизились к Юпитеру. Через несколько сот миллионов лет Юпитер и Сатурн вошли в орбитальный резонанс 1:2 (или 2:3), что привело к резкому увеличению эксцентриситета их орбит и дестабилизировало всю систему. Под действием Юпитера Сатурн начал удаляться от Солнца, попутно выталкивая оттуда также Нептун и Уран.

Хотя эта модель объясняет многие вещи, включая тяжелую позднюю бомбардировку нашей системы, попытки смоделировать эти процессы на компьютере пока не удавались: один из четырех гигантов оказывается выброшенным из системы, землеподобные планеты начинают сталкиваться между собой, или же орбита Юпитера становится неправильной, что приводит к дестабилизации орбит остальных тел.

Несворни и Морбиделли предположили, что модель верна, просто планет-гигантов, оказавших самое сильное влияние на формирование Солнечной системы в ее нынешнем виде, было более четырех. В таком случае наличие пятого гиганта смогло бы защитить землеподобные планеты от частых столкновений между собой и одновременно стабилизировать систему в период миграции гигантов к внешним орбитам. Но в итоге "лишний" гигант был выброшен гравитацией Юпитера из Солнечной системы.

Была также проанализирована модель с участием шестого гиганта. Но вероятность эволюции такой системы в ту, что мы наблюдаем сейчас, оказалась несколько меньше, чем в случае пяти гигантов, хоть и выше, чем в системе, где изначально существовали всего четыре гиганта.

Каким же был этот гипотетический "пятый элемент"? Как полагают исследователи, по массе и плотности он являлся чем-то средним между Нептуном и Ураном. Если же все же гигантов было шесть, то их масса должна была составлять половину от массы Нептуна (8-9 земных), что позволяет отнести их к классу "суперземель". Кстати, это легко объясняет отсутствие планет данного класса в Солнечной системе, несмотря на то, что вообще в нашей Галактике они встречаются довольно часто.

Сразу же возникает другой вопрос — насколько эта модель, предполагающая изгнание из системы планет-гигантов, может быть распространена во Вселенной? Интересно, что пока ученым нигде не удалось обнаружить подобного взаимодействия между землеподобными планетами, астероидами, а также газовыми и ледяными гигантами. Более того, уже известны случаи, когда планеты-гиганты располагаются ближе к звезде, чем землеподобные планеты.

Читайте также: Горячие Юпитеры не терпят соседей

Проведя примерно 10 тысяч симуляций развития звездных систем из первоначального состояния, астрономы пришли к выводу, что это развитие могло протекать во множестве вариаций, предполагающих различное распределение планетных орбит, не совпадающее с нынешним. При этом вероятность образования системы, аналогичной нашей, составляет около 5 процентов, то есть лишь каждая двадцатая звездная система может обладать подобной структурой. Правда, современные данные о количестве планетных систем свидетельствуют о том, что только в пределах Млечного Пути должно быть по меньшей мере несколько миллиардов наших "двойников".

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"