Газові гіганти Сонячної системи

У Сонячній системі чотири газових гіганта (Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун), які, на думку вчених, колись знаходилися набагато ближче до Сонця, ніж зараз. Девід Несворни з Південно-Західного дослідницького інституту (США) і Алессандро Морбіделлі з Обсерваторії Лазурного берега (Франція) вважають, що гігантів було більше - п'ять або шість.

Відповідно до існуючої так званої моделі Ніцци, на зорі Всесвіту газові гіганти оберталися по більш правильним кругових орбітах, а відстань від них до Сонця не перевищувало 17 астрономічних одиниць. При цьому за орбітою крайней з цих планет розташовувався великий щільний диск, що складається з кам'яних і крижаних планетезималей, що тягнувся на дистанцію до 35 астрономічних одиниць від Сонця - тобто далі нинішньої орбіти Нептуна.

Читайте також: Сатурн і Юпітер сформували планети

Планетезимали на внутрішньому краї цього диска періодично входили в гравітаційна взаємодія з самим віддаленим з гігантів, зраджували їх орбіти і захоплюється ближче до Сонця. Це супроводжувалося обміном планети і невеликих крижаних тіл імпульсами. Щоб компенсувати переданий імпульс, планета-гігант злегка порушувався від Сонця, починаючи ще частіше "підштовхувати" планетезимали до світила.

Таким чином, орбіти Урана, Нептуна і Сатурна послідовно переміщалися, поки планетезимали не наблизилися до Юпітера. Через кілька сот мільйонів років Юпітер і Сатурн увійшли в орбітальний резонанс 1: 2 (або 2: 3), що призвело до різкого збільшення ексцентриситету їх орбіт і дестабілізувало всю систему. Під дією Юпітера Сатурн почав віддалятися від Сонця, попутно виштовхуючи звідти також Нептун і Уран.

Хоча ця модель пояснює багато речей, включаючи важку пізню бомбардування нашої системи, спроби змоделювати ці процеси на комп'ютері поки не вдавалися: один з чотирьох гігантів виявляється викинутим з системи, землеподобні планети починають стикатися між собою, або ж орбіта Юпітера стає неправильною, що призводить до дестабілізації орбіт інших тіл.

Несворни і Морбіделлі припустили, що модель вірна, просто планет-гігантів, що зробили найбільший вплив на формування Сонячної системи в її нинішньому вигляді, було більше чотирьох. У такому випадку наявність п'ятого гіганта змогло б захистити землеподобні планети від частих зіткнень між собою і одночасно стабілізувати систему в період міграції гігантів до зовнішніх орбітах. Але в підсумку "зайвий" гігант був викинутий гравітацією Юпітера з Сонячної системи.

Була також проаналізовано модель за участю шостого гіганта. Але ймовірність еволюції такої системи в ту, що ми спостерігаємо зараз, виявилася дещо менше, ніж у випадку п'яти гігантів, хоч і вище, ніж в системі, де спочатку існували всього чотири гіганта.

Яким же був цей гіпотетичний "п'ятий елемент"? Як вважають дослідники, по масі і щільності він був чимось середнім між Нептуном і Ураном. Якщо ж все-таки гігантів було шість, то їх маса повинна була складати половину від маси Нептуна (8-9 земних), що дозволяє віднести їх до класу "суперземель". До речі, це легко пояснює відсутність планет даного класу в Сонячній системі, незважаючи на те, що взагалі в нашій Галактиці вони зустрічаються досить часто.

Відразу ж виникає інше питання - наскільки ця модель, що припускає вигнання з системи планет-гігантів, може бути поширена у Всесвіті? Цікаво, що поки вченим ніде не вдалося виявити подібної взаємодії між землеподібними планетами, астероїдами, а також газовими та крижаними гігантами. Більш того, вже відомі випадки, коли планети-гіганти розташовуються ближче до зірки, ніж землеподобні планети.

Читайте також: Гарячі Юпітери не терплять сусідів

Провівши приблизно 10 тисяч симуляцій розвитку зоряних систем з початкового стану, астрономи прийшли до висновку, що це розвиток могло протікати в безлічі варіацій, які передбачають різний розподіл планетних орбіт, що не співпадає з нинішнім. При цьому ймовірність утворення системи, аналогічної нашій, становить близько 5 відсотків, тобто лише кожна двадцята зоряна система може володіти такою структурою. Правда, сучасні дані про кількість планетних систем свідчать про те, що тільки в межах Чумацького Шляху має бути щонайменше кілька мільярдів наших "двійників".

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"