Решающая роль Юпитера в ранней эволюции внутренней части Солнечной системы
Jupiter’s decisive role in the inner Solar System’s early evolution. Konstantin Batygin, Greg Laughlin. PNAS. 2015. Vol. 112. No 14. P. 4214–4217.
При помощи телескопа НАСА «Кеплер» » и в рамках других проектов поиска экзопланет удалось открыть сотни многопланетных систем. Статистический анализ этих систем показывает, что чаще всего в них формируются планеты с орбитальными периодами короче 100 дней и массами, значительно превосходящими массу Земли. При этом самые массивные горячие экзопланеты с небольшими периодами вращений расположены во внутренней зоне планетных систем, на расстоянии ближе, чем Меркурий от Солнца. В Солнечной системе все иначе: за орбитами самых тяжелых Юпитера и Сатурна находятся более легкие Нептун и Уран, а самой близкой к Солнцу планетой является каменистый Меркурий. В этом плане Солнечная система выглядит уникальной. Кроме того, большая часть экзопланет, судя по косвенным данным, возникли в первые несколько десятков миллионов лет после рождения их звезд, тогда как внутренние регионы Солнечной системы сформировались лишь через 200 млн лет после ее появления. Авторы предположили, что Солнечная система могла быть изначально такой же, как и все остальные семейства планет, однако потом что-то могло резко перестроить ее. Проведя компьютерное моделирование, имитирующее стандартные начальные условия для формирования планет из протопланетных дисков, ученые пришли к выводу, что на ранних этапах развития Солнечной системы Юпитер мог мигрировать в направлении Солнца с расстояния в 5 а.е. (астрономических единиц) (примерно на таком расстоянии он находится сейчас) до 1,5 а.е. (на таком удалении от Солнца сейчас находится Марс). Это привело к возмущению орбит находившихся в этой зоне супер-земель (землеподобных планет до десяти раз тяжелее Земли) и столкновениям планетезималей друг с другом, а также с астероидами и другими небесными телами. Данные процессы привели к уничтожению молодых супер-земель, из материи которых впоследствии сформировались каменистые планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс), обладающие аномально низкой массой. Солнечная система на ранних этапах своего формирования могла содержать в себе одну или несколько крупных землеподобных планет, которые были в дальнейшем поглощены Солнцем в результате миграций Юпитера. Авторы полагают, что гравитация формировавшегося Сатурна не позволила более старому Юпитеру продолжить свое разрушающее воздействие на планеты системы и перенесла его вдаль от Солнца. Исследование показывает, каким образом могла сформироваться Солнечная система, а также влияние газовых гигантов типа Юпитера и Сатурна на появление Земли и Марса. Если все действительно было так, то наши шансы найти полноценного двойника Земли заметно меньше, чем мы ожидаем, так как подобный процесс «очистки» внутренней части планетарной системы критически важен для формирования типично земной атмосферы. Результаты исследования указывают на то, что миграции Юпитеры в сторону к Солнцу и обратно могли уничтожить первое поколение планет Солнечной системы и создать условия для формирования аномально легких планет земной группы. Эти выкладки отлично укладываются в современные представления об эволюции Солнечной системы.
В.В. Стрекопытов