Астрономы обнаружили возможную проблему в одной из самых популярных моделей ранней эволюции Солнечной системы. Компьютерное моделирование показало, что предполагаемые миграции планет-гигантов должны были серьёзно нарушить систему спутников Урана. Однако современные луны планеты не несут явных следов столь масштабной катастрофы. Это может означать, что современная версия модели Ниццы нуждается в доработке.
Сегодня Солнечная система выглядит относительно стабильной. Планеты движутся по устойчивым орбитам, а их положение можно рассчитывать на многие годы вперёд. Однако большинство современных моделей предполагает, что в далёком прошлом всё было гораздо более хаотично.
Одна из самых известных теорий ранней эволюции Солнечной системы — это так называемая модель Ниццы (Nice model), предложенная в 2005 году. Согласно ей, гигантские планеты изначально находились не на своих современных орбитах и со временем мигрировали под действием гравитационного взаимодействия с окружающим веществом.
В современных версиях этой модели предполагается, что когда-то в Солнечной системе могло существовать не четыре, а пять или даже шесть планет-гигантов. Помимо современных Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, в ней могли присутствовать ещё один или два ледяных гиганта. В ходе последующей динамической нестабильности эти дополнительные планеты были выброшены из Солнечной системы, тогда как остальные заняли свои нынешние орбиты.
Модель Ниццы хорошо объясняет ряд особенностей современной Солнечной системы. В частности, она согласуется со сценарием поздней тяжёлой бомбардировки, помогает объяснить современную архитектуру внешней части Солнечной системы и происхождение троянских астероидов Юпитера.
Однако новое исследование учёных из Университета Джонса Хопкинса выявило возможную проблему этой модели. Они решили проверить, как предполагаемая эпоха нестабильности могла повлиять не только на сами планеты, но и на их спутники. Для этого исследователи провели серию компьютерных расчётов для двух вариантов модели Ниццы: с одним дополнительным ледяным гигантом и с двумя. Они рассмотрели широкий набор возможных начальных условий и проследили последствия многочисленных сближений между планетами-гигантами. Особое внимание уделялось спутниковым системам Юпитера и Урана.
Результаты оказались неожиданными. В большинстве сценариев спутники Урана переживали серьёзные возмущения. Их орбиты становились нестабильными, что нередко приводило к столкновениям между спутниками, выбросу некоторых объектов из системы или значительной перестройке орбит. Спутники Юпитера оказались заметно устойчивее. Тем не менее сохранить одновременно современные спутниковые системы Юпитера и Урана оказалось крайне трудно.
По мнению исследователей, это может означать несколько вещей. Во-первых, спутники Урана действительно могли пережить эпоху столкновений и впоследствии сформироваться заново из обломков. Во-вторых, существующая версия модели Ниццы может нуждаться в серьёзной доработке. Наконец, возможно, Солнечная система прошла через крайне редкий вариант эволюции, при котором глубоких сближений Урана с другими гигантскими планетами почти не происходило.
Авторы отмечают, что реконструировать события четырёхмиллиардной давности чрезвычайно сложно. Вероятно, ни одна из существующих моделей пока не воспроизводит в точности всю историю формирования современной Солнечной системы.
Тем не менее работа показывает, что спутники планет могут служить важным источником информации о древнейших этапах её эволюции. История формирования современного облика Солнечной системы, по-видимому, всё ещё далека от окончательного понимания.