Сейчас основной теорией эволюции Солнечной системы считается модель Ниццы.
Она предполагает, что после рассеивания изначального протопланетного
диска четыре гиганта — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — обращались по
почти круговым орбитам на удалении в 5,5–17 а. е. от Солнца, а не в
5–30, как сейчас. За орбитой крайней из этих планет находился большой
плотный диск из каменных и ледяных планетезималей. И простирался он до 35 а. е. от Солнца — дальше нынешней орбиты Нептуна.
На внутреннем крае этого диска планетезимали периодически гравитационно
взаимодействовали с самым удалённым гигантом, который изменял их орбиты.
Планета захватывала маленькие ледяные тела, увлекая их ближе к Солнцу,
при этом обмениваясь моментами импульса с планетезималями. Для
компенсации переданного момента гигант слегка сдвигался от Солнца,
начиная ещё чаще подбирать планетезимали и отправлять их к светилу, и
так далее... Таким образом, орбиты Урана, Нептуна и Сатурна
последовательно перемещались вовне, пока планетезимали не оказались
вблизи Юпитера. Через несколько сотен миллионов лет Юпитер и Сатурн, две
внутренних планеты-гиганта, вошли в орбитальный резонанс 1:2 (или 2:3),
что резко увеличило эксцентриситет их орбит, дестабилизируя всю
систему. Под действием Юпитера Сатурн перемещается к его нынешнему
положению, попутно выталкивая от Солнца Нептун и Уран.
Пока
ни одно моделирование, исходящее из наблюдаемого в Солнечной системе
количества планет-гигантов, не показывает возможности складывания
устойчивых орбит планет: какая-то из них обязательно страдает.
(Иллюстрация Southwest Research Institute.) |
Модель хорошо объясняет множество деталей истории нашей планетной
системы, включая тяжёлую позднюю бомбардировку. Но у неё есть
недостатки. В частности, все попытки точно смоделировать вышеописанные
процессы заканчиваются провалом: один из четырёх гигантов оказывается
выброшенным бродягой; землеподобные планеты начинают сталкиваться между
собой — или, того хуже, орбита Юпитера становится неправильной, попутно
дестабилизируя орбиты остальных тел.
Почему мы не видим ничего подобного на практике? Дэвид Несворни из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере (США) и Алессандро Морбиделли из Обсерватории Лазурного берега
(Франция) попытались решить проблему, предположив, что модель верна,
просто в её развитии принимало участие больше компонентов, чем
предполагалось.
Итак, вот что вышло. Наличие пятого гиганта смогло защитить
землеподобные планеты от частых столкновений между собой (что несколько
неожиданно) и одновременно стабилизировало систему в период миграции
планет-гигантов к внешним орбитам. Стабилизация произвела негативное
воздействие только на саму планету — в итоге она была выброшена
гравитацией Юпитера из Солнечной системы, приобретя скорость выше
третьей космической.
Нынешнее положение вещей также было проверено на соответствие сценарию с
изначальной шестой гигантской планетой. Но вероятность эволюции такой
системы в современную оказалась несколько меньше, чем с пятью гигантами,
хотя и значительно выше, нежели в фундаментально неспособной прийти к
сегодняшней картине системе, вовсе не имеющей дополнительных гигантов.
Согласно исследователям, по свойствам планета-изгнанник была чем-то
средним между Нептуном и Ураном, при сходной массе и плотности. В то же
время, если верна модель с шестью гигантами, из которых два позднее были
изгнаны, то масса обоих изгнанников должна была составлять половину от
массы Нептуна (8–9 земных), что помещает их в класс «суперземель».
Такой вариант, кстати, до некоторой степени объясняет отсутствие планет
такого рода в нынешней Солнечной системе — при их весьма частом
обнаружении вообще.
Хотя
предположительно выброшенный Солнечной системой газовый гигант и
скитается, видимо, в межзвёздном пространстве без звезды, он мог быть
захвачен одной из них и теперь вращаться вокруг другого солнца.
(Иллюстрация NASA, ESA, G. Bacon.) |
Насколько модель Ниццы с изгнанием планет-гигантов может быть типичной
для Вселенной? Пока нам не удалось обнаружить сходную систему нигде.
Схема «землеподобные планеты — пояс астероидов — газовые гиганты —
ледяные гиганты», да ещё и с большим разрывом между планетами, весьма
отличается от известного нам о других системах; более того, уже известны
случаи, когда гиганты размещаются ближе к звезде, чем землеподобные
планеты.
После проведения примерно 10 тыс. симуляций развития системы астрономы
пришли к выводу, что из её первичного состояния вытекает множество
вариантов с различным распределением орбит планет, не совпадающим с
нынешним. При этом вероятность образования Солнечной системы в её
современном виде равна примерно 5%, то есть лишь каждая двадцатая
звёздная система будет иметь столь редкое распределение планет в
соответствующей иерархии. Правда, учитывая нынешние данные о количестве
планетных систем, это означает, что только в нашей Галактике исключений
должно быть по крайней мере несколько миллиардов.
Подготовлено по материалам arXiv.
Источник: http://computerra.ru |