Был ли газовый гигант подобный этому выброшен из нашей солнечной системы?
Was a gas giant like this one ejected from our solar system?
Была ли выброшена гигантская планета из нашей солнечной системы?
Пятую планету-гигант изгнали из ранней Солнечной системы, согласно компьютерному моделированию, проведенному американским ученым планетологом. Жертва этого газового гиганта проложила путь к устойчивой конфигурации планет, которую мы видим сегодня, говорит Дэвид Несворни (David Nesvorný). Он считает, что эта высылка предотвратила миграцию Юпитера внутрь солнечной системы и рассеяния Земли и окружающих ее внутренних планет.
Ницца-модель
(названная в честь города во Франции, где она была придумана) в настоящее время являет собой лучшее объяснение того, почему солнечная система выглядит так, как есть на сегодня. В ней описывается, как ранние гравитационные взаимодействия между большими внешними планетами и
планетезималиями
- малые тела, которые являются строительными блоками планет - были бы рассеяны позже по всей Солнечной системе. Этим и объясняется период, известный как
«период поздней тяжелой бомбардировки»
, шрамы от которого такие тела, как Луна все еще носят сегодня. Это также помогает объяснить структуру астероидов и
пояса Койпера
. Однако, для работоспособности модели планеты должны изначально быть гораздо ближе друг к другу, чем их современное расположение.
Работая в Юго-западном исследовательском институте в Колорадо, Несворни нашел как объяснить, что планеты добрались до своих нынешних позиций. «Я хотел собрать все вместе в единую модель, которая объяснит, почему наша Солнечная система выглядит, так как она есть сейчас», сказал он для
physicsworld.com
. Чтобы сделать это, он выполнил компьютерное моделирование с различными начальными положениямми четырех внешних планет: газовый гигант Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Планетам также были приданы различные эксцентриситеты - мера отклонения их орбиты от идеального круга - и разные наклонения орбиты. Тысячи одинаковых по размеру планетезимальных тел были также добавлены. И разыгрался гравитационный танец.
Бездействующие Дисфункциональные гиганты
То, что нашел Несворни, было удивительно. «Если вы используете модель с четырьмя планетами, то в большинстве случаев Солнечная система теряет одну», объясняет он. При наличии четырех внешних планет сегодня, этого, очевидно, не произошло. Он изменил модель. "Я добавил больше планетезималий, которые могли бы выступать в качестве гравитационного клея и сохранить планету от выброса», говорит он. Это не сработало: в 120 случаях моделирования с четырьмя планетами только три из них дали знакомый вид Солнечной системы. «Я постоянно работал над проблемами. Я пробовал все виды начальных условий, но все же модель не работала», добавляет он.
Так Несворни вынужден был рассмотреть наличие пятой планетой. «Если у вас четыре планеты и система теряет одну, я подумал испытать пять планет, чтобы посмотреть останется ли в результате четыре», объясняет он. Затем он проверил тысячи вариантов с пятью планетами, чтобы посмотреть, что же произойдет. Изменяя общую массу планетезималий в интервале 10-100 масс Земли, получил модели, представляющие знакомый вид Солнечной системы, содержащей только четыре внешние планеты. «По всей вероятности внешняя часть Солнечной системы содержала больше, чем четыре планеты», говорит он. «Одну выгнали».
Этот пяти-планетный сценарий также помогает объяснить, почему Земля все же там где она есть. Если бы Юпитер мигрировал внутрь системы, как некоторые планеты типа Юпитера сделали в других солнечных системах, то это создало бы «опасную зону», в которой ее гравитационное воздействие нарушило бы стабильность внутренних планет. «Мало того, что Юпитер вытолкал пятую планету, но и их взаимодействие привело к выходу Юпитера из опасной зоны»», объясняет Несворни.
Специалист по солнечной системе Крэйг Эгнор (Craig Agnor) из
Лондонского университета королевы Марии
говорит, что моделирование Несворни «отличная работа» и «возможно недостающий элемент» связующий Ницца-модель с сегодняшней планетарной конфигурацией. «Если бы кто-то предложил это 25 лет назад, это было бы несколько в стороне от столбовой дороги», добавляет он. «Сегодня известны несколько свободно живущих планет, которые, вероятно, были изгнаны от их родительской звезды.»
Тем не менее, Крэйг Эгнор также предупреждает, что «проблема не решена». «Это лишь начало исследования о том, что наша планетная система когда-то была неустойчивой. Как планеты образовались и как развивалась нестабильность - вот то, что действительно требует дальнейшего изучения», объясняет он.
Работа описана в журнале
Astrophysical Journal Letters.
Об авторе
Колин Стюарт (Colin Stuart), Великобритания.