В Солнечной системе сегодня известно два ледяных гиганта — Уран и Нептун. Однако свежее исследование, опубликованное в журнале Icarus, допускает, что в прошлом мог существовать еще один подобный объект. По расчетам авторов, такая планета могла быть выброшена из системы миллиарды лет назад, но до этого успела заметно повлиять на динамику внешних областей Солнечной системы.
Речь идет о периоде сразу после формирования планет, примерно 4–4,5 млрд лет назад, когда система еще не была стабилизирована.
Ниццкая модель и эпоха гравитационного хаоса
Согласно Ниццкой модели, внешняя Солнечная система пережила фазу так называемой динамической нестабильности. В этот период орбиты Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна могли резко смещаться, а сами планеты — многократно сближаться на относительно малые по космическим меркам расстояния.
Такие сближения сопровождались мощными гравитационными взаимодействиями, которые перераспределяли энергию и момент импульса системы. В результате планеты постепенно заняли современные орбитальные позиции, но этот процесс был крайне хаотичным и потенциально разрушительным для спутниковых систем.
Особая проблема для моделей — объяснить, как спутники Юпитера и Урана смогли пережить столь интенсивную гравитационную «турбулентность».
Компьютерное моделирование ранней Солнечной системы
Для проверки сценариев исследователи проанализировали 122 тщательно отобранные численные модели, выбранные из тысяч симуляций. Эти модели лучше всего воспроизводили современную структуру внешней Солнечной системы и учитывали наблюдаемые параметры орбит планет и их спутников.
Расчеты проводились с использованием программ, моделирующих гравитационные взаимодействия между планетами, спутниками, Солнцем и пролетающими малыми телами. Временные масштабы симуляций достигали миллионов лет, что позволяло отслеживать долгосрочную эволюцию системы.
Отдельно рассматривались сценарии с пятью и шестью гигантскими планетами. В части моделей вводилась дополнительная планета, которая впоследствии могла быть выброшена из системы в результате гравитационных взаимодействий с Юпитером или Сатурном.
Резкие сближения и судьба спутников
Результаты показали, что устойчивость спутниковых систем Юпитера и Урана в таких условиях крайне низкая. По оценке авторов:
«Мы обнаружили, что вероятность выживания лунных систем Юпитера и Урана составляет менее 15%».
В большинстве сценариев близкие пролеты гигантских планет приводили к сильным возмущениям орбит спутников, их дестабилизации и последующим столкновениям. Особенно уязвимой оказывалась система Урана, где гравитационные эффекты могли не только разрушать орбиты, но и вызывать цепочки столкновений между самими спутниками.
В некоторых моделях разрушенные луны не покидали систему, а образовывали плотные облака ледяных обломков. Эти обломки постепенно повторно аккрецировали — то есть слипались под действием собственной гравитации, формируя новые спутники.
Возможное происхождение отдельных лун
Одним из возможных объяснений такой динамики исследователи считают происхождение некоторых спутников Урана, включая Миранду. Ее необычный рельеф и структура могут быть связаны с повторной сборкой из фрагментированного материала после древних катастрофических столкновений.
Модели также показывают, что спутники Урана могли испытывать как минимум два крупных периода возмущений:
- во время изменения наклона оси планеты, вероятно вызванного мощным гравитационным воздействием;
- в фазу общей нестабильности орбит гигантских планет.
Эти события могли происходить раздельно и с разной интенсивностью, что дополнительно усложняет реконструкцию истории системы.
Авторы отмечают, что для уточнения роли возможного третьего ледяного гиганта и истории спутников требуется дальнейшее моделирование и наблюдательные данные.
Каменные тучи и ясное небо: «Уэбб» открыл безумную погоду на далекой планете
У Нептуна осталась всего одна «родная» луна
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX