space

Движения Юпитера позволили родиться Земле

jupiter-orbitsПо каким-то причинам большинство наших более крупных планет находятся в отдалении от Солнца, тогда как те планеты, которые ближе к звезде, – это более мелкие и каменистые миры вроде Земли.

Оказалось, у многих других планетных систем все совсем не так. В некоторых исследованиях были обнаружены так называемые горячие юпитеры – гигантские газовые планеты, вращающиеся совсем рядом со своими звездами. В других исследованиях планеты размерами немного больше Земли находятся так близко к светилу, что не могут быть обитаемы. Выглядела ли так когда-то Солнечная система, или все началось как-нибудь иначе?

Поскольку примерно 4,5 миллиарда лет назад во время формирования нашей Солнечной системы свидетелей не было, лучший способ узнать о разворачивавшейся тогда мистерии – компьютерное моделирование. Согласно новым проигранным сценариям, Юпитер мог образоваться где-то в отдалении, после чего на какое-то время вторгнуться на орбиту рядом с нынешней орбитой Земли, а затем ретироваться. Это могло бы объяснить, почему космический телескоп «Кеплер» наблюдает у других звезд другие типы планетных систем, сказал ведущий научный сотрудник Константин Батыгин, доцент кафедры планетологии Калифорнийского технологического института.

«Новые планеты, открытые «Кеплером», вращаются близко к своим звездам, имеют типичный период обращения менее 100 дней и более массивны, чем Земля, – сказал Батыгин. – Но что на самом деле интересно, так это то, что они богаты водородом». Присутствие водорода на этих планетах предполагает, что они набрали его из первичного газового облака, из которого образовалась планетная система, добавил он.

«Это важный момент, который представляет разительный контраст с тем, что имеет место во внутренней части Солнечной системы. На планетах земного типа мало водорода, что может стать свидетельством истории их формирования со времен газового диска», – отметил он.

Статья на эту тему, озаглавленная «Определяющая роль Юпитера в ранней эволюции внутренней части Солнечной системы», была опубликована в мартовском номер журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

Вращаясь в газе

Солнце и планеты, как и другие планетные системы, образовались из большого количества газа и пыли. Считается, что, когда газ остыл и связанное с температурой внутреннее давление, которое мешало гравитации, упало, газ схлопнулся, и образовалось Солнце.

В течение долгого времени частицы пыли сталкивались между собой и слипались в камни, в результате чего образовались каменные ядра будущих планет. При этом окружающее облако газа сохранялось на протяжении как минимум нескольких миллионов лет, обеспечивая достаточно материала для того, чтобы гигантские газовые планеты могли создать из него атмосферу.

К этой теории, однако, есть вопросы. Раньше ученые считали, что каменистые планеты, вращающиеся ближе к Солнцу, сформировались одновременно с газовыми гигантами. Каким-то образом газ не попал на них и оказался на внешних планетах. Считалось, что солнечная энергия просто сдула газ, так что его не смогла удержать ни одна планета до Юпитера. Но почему тогда газ присутствует на внутренних планетах других систем?

Если верить сценарию, предложенному Батыгиным, – а это только одно из объяснений, – возникший первым Юпитер под влиянием приливных сил стал двигаться по направлению к Солнцу. Потом сформировался Сатурн, и в результате сложных гравитационных пертурбаций он оказался притянут Юпитером на ту орбиту, на которой находится сегодня.

«Скорее всего, Юпитер возник за ледяным поясом солнечной туманности, как минимум в три раза дальше от Солнца, чем теперь находится Земля, т.е. более чем в трех астрономических единицах (а.е.), – рассказывает Батыгин. – Затем он, однако, вероятно, приблизился на расстояние 1,5 а.е., после чего отлетел на 5,2 а.е.».

Такие возвратно-поступательные движения Юпитера, по мнению ученого, «произвели большие разрушения во внутренней части Солнечной системы». Газовый гигант зашвырнул часть планетезималей в Солнце, а орбиты остальных стали нестабильны, что привело к многочисленным столкновениям. Если бы в этот момент стали формироваться какие-нибудь суперземли, они тоже были бы уничтожены.

Когда Юпитер отступил из внутренних районов, на стабильных орбитах осталось не слишком много крупных камней, а огромная гравитация планеты препятствовала тому, чтобы что-то залетало во внутреннюю часть Солнечно системы и все там разрушало.

Формирование каменистых планет

Оставшиеся планетизимали вращались на орбитах, где почти нет газа. Постепенно они сталкивались друг с другом и формировали известные нам сегодня внутренние планеты – Меркурий, Венеру, Землю и Марс.

«Все это хорошо согласуется с ранней миграцией гигантских планет и их уходом со сцены, на которой образовались внутренние планеты и планеты земного типа», – сказал Батыгин.

Но этот сценарий требует наличия в одном и том же диске двух гигантских планет, и чтобы внешняя планета (в нашем случае Сатурн) была менее массивной, чем внутренняя (Юпитер). В результате совместного гравитационного воздействия эти планеты значительно сильнее влияли на внутренние части газового облака, чем на внешние, способствуя очистке и высвобождению пространства для менее крупных планет.

Брагин добавил, что требуется провести дополнительные исследования, поскольку описанные результаты получены на основании только трех высокодостоверных симуляций при размерах планетезималей в 1000, 100 и 10 км. В ходе дальнейшего моделирования будет предпринята попытка построить собственно Солнечную систему.

Поделиться с друзьями: