Юпитеру приписали важную роль в образовании Земли

Юпитеру приписали важную роль в образовании Земли

Двое планетологов российского происхождения из Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета (Калифорния, США) предложили версию, объясняющую, почему в Солнечной системе планеты земного типа расположены намного дальше от Солнца, чем планеты в большинстве других известных планетных систем. Работа позволяет лучше понять возможные пути развития планетных систем в целом. Статья об исследовании опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

На данный момент учеными обнаружено уже более тысячи экзопланет. Значительное их число входит в планетные системы с двумя планетами и более. Этого количества уже достаточно, чтобы пытаться собирать разного рода статистику. И даже при беглом взгляде на открытые планеты становится видно, что большинство из них сильно отличаются от планет Солнечной системы тем, что обращаются вокруг материнских звезд за считанные дни; максимум - месяцы, тогда как ближайшая к Солнцу планета, Меркурий, делает оборот вокруг него лишь за 88 дней.

Кроме того, ближние к звездам экзопланеты, как правило, массивнее “наших”. Наконец, как показывают модели, в сравнении с экзопланетами на внутренних планетах Солнечной системы слишком маленькие атмосферы, что показывает, что формировались они уже после рассеяния основной массы газа протопланетной туманности.

Статистика по открытым супер-Землям (обозначены кружками). Расстояние от центра обозначает расстояние от звезды в логарифмической шкале (для сравнения отмечены размеры орбит Меркурия, Венеры, Земли и Марса, а также 10 земных радиусов). Диаметр кругов - физический размер планеты. Цвет кругов - количество планет в системе.

Ранее для объяснения факта, что планеты-гиганты находятся на окраинах Солнечной системы (в отличие от экстрасолнечных планетных систем) уже выдвинули гипотез, по которой планеты-гиганты образовывались ближе к Солнцу, после чего мигрировали на удаление. Позже версию несколько модифицировали, предположив, что планеты-гиганты образовались примерно в тех областях системы, где они находятся сейчас (в 5-30 раз дальше от Солнца, чем Земля), после чего сначала мигрировали ближе к Солнцу, а потом вернулись обратно.

Оказалось, что вторая версия объясняет не только удаленность планет-гигантов, но и аномалии в строении внутренней Солнечной системы. Согласно смоделированному сценарию, в первое время ее жизни недалеко от Солнца появилось несколько супер-Земель (каменистых планет с массой меньше массы Земли). Однако миграция Юпитера с нынешних 5 а.е. от Солнца до 1,5 а.е. (примерно соответствует орбите Марса) сильно дестабилизировала орбиты этих супер-Земель, сделав их сильно эллиптическими. После этого практически неизбежными становились столкновения планет друг с другом, подобные тому, что привело к образованию Луны, но более сильные по масштабам. Но и это было не все: увеличение эксцентриситета (величина, показывающая отклонение эллиптической орбиты от круговой) не могло стабилизировать движение внутренних планет, и при особенно сильных колебаниях эти планеты буквально падали на Солнце, при этом исчезая. Вокруг Солнца при этом продолжали вращаться каменистые обломки планет “первого поколения”

Как предположили авторы, это типичный сценарий развития планетных систем - и на этом месте крупные события завершаются. Однако для нашей Солнечной системы миграция Юпитера оказалась обратимой из-за недавно (на тот момент) образованного Сатурна, который, заключив Юпитер в орбитальный резонанс 3:2, заставил последний начать обратный дрейф - во внешнюю часть системы. Во внутренней части после этого из оставшихся обломков сформировались планеты, известные нам: Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Гипотеза хорошо объясняет отличие Солнечной системы от большинства других. Однако следует отметить, что статистика, под которую подстраивали модель, отражает, в первую очередь, те планеты, которые легче всего обнаружить, а не то, какие планеты в каких соотношениях встречаются. В связи с этим уместно вспомнить первые годы изучения экзопланет; тогда ученые открывали только “горячие юпитеры” (планеты-гиганты, от своих звезд отстоящие меньше, чем Меркурий от Солнца), а в научной среде велась полемика - не являются ли каменистые планеты типа Земли исключительным явлением? Сейчас мы уже знаем, что ответ отрицательный. Есть основания предполагать, что с развитием методов обнаружения экзопланет статистика, а вместе с ней и представления об эволюции системы, снова поменяется.