Изменения орбит планет на этапе формирования системы, – и позже, в первые сотни миллионов лет её существования, – тема интересная, давно и плотно изучавшаяся, но – тёмная. В том числе и потому, что прорабатываться она начала очень давно. Едва собрав к началу прошлого века сведения об орбитах и массах планет, – даже не зная точно, все ли посчитаны, – астрономы, естественно, задались вопросом, почему орбиты именно таковы. И почему распределение вещества так неравномерно, – две трети приходится на один Юпитер. Как следствие, первые модели базировались на ограниченных вводных.
По сути же, модели представляли собой подгонку решения под ответ, – наблюдаемое строение системы. Исходное состояние известно – это холодная газопылевая туманность, сжимающаяся под действием собственной гравитации. Конечное состояние тоже известно, ибо наблюдаемо. Следовательно, между началом и концом всё происходило так, чтобы получилось, как получилось…
И всё, в принципе, сошлось. На канале довольно много публикаций, освещающих вопрос формирования системы. Более того, сложившиеся представления о механизмах формирования систем тел из вращающегося диска выдержали проверку. Ведь Солнечная система, помимо самой себя, представляла ещё и дополнительный материал, – системы спутников внешних планет. Наблюдения и в данном случае удовлетворительно истолковывались в рамках полученных моделей.
...Хотя, во всех случаях «сошлось» только «в принципе». В большинстве случаев. В некоторых не сходилось совсем, – примером может служить система Земля-Луна, – и наблюдениям требовалось дать отдельное объяснение. Открытия же экзопланет, а затем и экзосистем, показало, что модели формирования планетных систем, созданные на материале Солнечной системы, объясняют, кажется, только строение Солнечной системы. Или почти только. Но в любом случае, системы к которым они подходят, представляют исключение.
Проще говоря, порядка и логики, которые удалось усмотреть в строении Солнечной системы, в других системах, обычно, не наблюдается. Чаще всего в них вообще нет порядка. Иногда порядок есть, – стройный и удивительно красивый, как в системе TRAPPIST-1, – но на наш он похож не слишком.
Проще говоря, модели не учитывали некий фактор, потому что он конкретно в случае Солнечной системы не сработал. А что они учитывали?
Предполагалось, что формирование планет начинается после распада диска на кольца, соответствующие спиральной волне плотности, возникающей при «стекании» вещества в рождающуюся звезду. При падении плотности диска потери энергии на трение сокращаются, орбиты становятся круговыми, и витки спирали замыкаются. Затем, из каждого кольца пытается сформироваться планета… Тут многое может пойти не так, – и в Солнечной системе пошло, в результате чего в двух кольцах из десяти планеты не родились, а почти вся масса собралась в кольце Юпитера, – но это уже отдельные вопросы.
Учитывалось также, что сразу после формирования (все планеты появляются почти одновременно) система окажется нестабильной. Каждое из колец имело центр масс совпадающий с центром звезды и не взаимодействовало с другими, но после того, как вещество собралось в планету, начался обмен импульсом. Например, Земля, догоняя Марс за счёт более высокой угловой скорости, притягивается к нему, ускоряется и увеличивает радиус вращения (Марс, соответственно, в этот момент тормозится и «теряет высоту»)… Потом, обогнав его, Земля уже тянет Марс за собой, притормаживаясь и ускоряя Марс, – то есть, возвращает ему импульс… Как красиво это работает можно видеть на примере «вальсирующих» спутников Сатурна, но не суть. Суть в том, что на каждом цикле приход точно будет равен расходу, если отсутствует влияние третьих тел, а сами орбиты идеально круговые и лежат точно в одной плоскости. В реальности же ничего идеального нет, на этапе «возврата импульса» тела могут по независящим от них причинам оказаться дальше или ближе, чем на этапе «получения импульса». Соответственно, импульс мигрирует между телами, пока они не займут устойчивые положения.
Точнее, квазиустойчивые. Первые 100 миллионов лет орбиты планет менялись быстро, потом ещё 500 миллионов лет медленно, потом уже незаметно. По поводу того, как именно они изменились, есть разные мнения, однако, все гипотезы предполагают, что впечатляющие манёвры могут происходить только на границах системы, – внешней и (возможно) внутренней. Крайние планеты получают «пинки» только с одной стороны, – причём от всех остальных сразу. Соответственно, положение в центре строя наиболее устойчиво.
...И, да. К большинству других систем данные принципы неприменимы. Это стало ясно как по результату наблюдений систем готовых, – в которых очень – подозрительно – часто встречаются «горячие юпитеры». А рождение планет в такой близости от звезды категорически необъяснимо с описанных выше позиций. Там где они крутятся, давление излучения слишком велико, чтобы могло сформироваться кольцо… Так и по результату наблюдения ещё только формирующихся систем.
Наблюдения же – пока по крайней мере – не позволили увидеть ожидаемую картину с распадом холодного диска на кольца, стягивающиеся в жгуты – пояса планетезималей. Неучтённым, ибо почему-то не «сыгравшим» в случае Солнечной системы, фактором является газ. Во многих, если не в большинстве случаев, рождение газовых гигантов происходит раньше, – пока кольцо ещё остаётся плотным. Растущая планета несётся по коридору, который сама же и расчистила.
А при таких вводных, миграции могут иметь огромный размах. В общем случае, поскольку движение по орбите встречает сопротивление, до рассеяния диска планета движется по сходящейся спирали, и может обрести устойчивость только уже там, где давление излучения звезды расчистило пространство до полагающегося космосу состояния вакуума. Так появляются «горячие юпитеры» и «горячие нептуны».
Бонусные статьи на Boosty и поддержка канала
В частном же случае миграции могут направляться потоками газа, – от звезды, в результате нагрева, или же к ней в процессе коллапса. При расширении или сжатии плотного диска растущие планеты будут следовать за основной массой вещества.