Гравитационный толчок из темноты: коричневый карлик мог изменить план Солнечной системы

Моделирование показало: внешний объект мог выбросить пятую планету из Солнечной системы — Naked Science

История Солнечной системы оказывается куда более бурной, чем долгое время считалось. Современные расчёты всё чаще указывают на то, что в раннем прошлом вокруг Солнца происходили события, выходящие за рамки классических моделей планетообразования. Одним из ключевых факторов могла стать встреча с массивным объектом, пришедшим извне. Об этом сообщает научно-популярное издание Naked Science.

Следы древнего хаоса в устройстве Солнечной системы

Сегодняшний облик Солнечной системы хранит множество намёков на нестабильное прошлое. Орбиты планет-гигантов далеки от идеальных кругов: у Юпитера и Сатурна заметна вытянутость, а траектории Урана и Нептуна имеют выраженный наклон относительно плоскости, в которой движется большинство планет. Такие особенности сложно объяснить исключительно спокойной эволюцией.

Дополнительные аргументы даёт анализ спутниковых систем газовых гигантов. У Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна есть луны, вращающиеся в ретроградном направлении — противоположно основному вращению планеты. Более того, их орбиты часто наклонены. Подобные характеристики обычно указывают на захват объектов гравитацией, а не на их формирование "на месте".

К этому набору фактов примыкает гипотеза поздней тяжёлой бомбардировки. Согласно ей, около четырёх миллиардов лет назад внутренние планеты, включая Землю, подверглись интенсивному ударному воздействию астероидов и комет. Источник этого "дождя" связывают с внешними областями системы, что подразумевает серьёзное перераспределение малых тел под действием мощного гравитационного толчка.

Почему внутренней динамики оказалось недостаточно

Классические модели объясняют миграцию планет взаимодействием между самими гигантами и протопланетным диском. Однако такие сценарии не всегда позволяют воспроизвести одновременно все наблюдаемые особенности: и форму орбит, и наклоны, и структуру спутниковых систем. Именно поэтому астрономы давно рассматривают возможность внешнего вмешательства.

Исследовательские группы из Университета Бордо и Планетологического института в США решили проверить, какую роль мог сыграть посторонний массивный объект. Их внимание было сосредоточено на пролёте тела, не связанного с Солнечной системой изначально, — свободноплавающей планеты или даже коричневого карлика, временно оказавшегося вблизи Солнца.

Масштабное моделирование пролёта чужеродного объекта

Учёные провели около трёх тысяч численных симуляций, варьируя массу и траекторию гипотетического "гостя". В расчётах рассматривались объекты массой от одной массы Юпитера до значений, сопоставимых с десятью солнечными массами. Расстояние пролёта также сильно различалось: от области, сравнимой с орбитой Земли, до дальних рубежей — порядка тысячи астрономических единиц, где начинается Облако Оорта.

Особенностью этих моделей стало предположение, что в молодой Солнечной системе существовало не четыре, а пять планет-гигантов. Дополнительный мир по массе напоминал Уран или Нептун. В результате гравитационного "танца" он оказался выброшен за пределы системы и стал свободноплавающей планетой, странствующей в межзвёздном пространстве.

Пятая планета и перестройка орбит

Сценарии показали, что до встречи с внешним объектом Юпитер находился несколько дальше от Солнца, чем сегодня, а остальные гиганты — заметно ближе. Пролёт массивного тела приводил к резкой перестройке орбит: одни планеты смещались наружу, другие — внутрь, а лишний участник системы покидал её навсегда.

Наиболее реалистичные результаты давали объекты массой от трёх до 28 масс Юпитера, со средним значением около 10,5. Если масса превышает 13 юпитерианских, речь уже идёт о коричневом карлике — промежуточном классе между планетами и звёздами. Согласно расчётам, такой объект должен был пройти на расстоянии, сравнимом с орбитой Урана, то есть примерно в 18-20 раз дальше Земли от Солнца.

Сравнение: внутренняя миграция и внешний пролёт

Модель внутренней миграции объясняет многое, но сталкивается с ограничениями. Она хорошо описывает перемещение планет в пределах протопланетного диска, однако хуже справляется с резкими наклонами орбит и появлением ретроградных спутников.

Сценарий с внешним объектом добавляет недостающий элемент. Кратковременный, но мощный гравитационный импульс способен одновременно нарушить орбитальную архитектуру, спровоцировать выброс планеты-гиганта и направить потоки астероидов во внутреннюю часть системы. Именно сочетание этих эффектов делает гипотезу особенно привлекательной.

Плюсы и минусы гипотезы внешнего вмешательства

Эта версия выглядит убедительно по ряду причин. Она объединяет разрозненные наблюдения в единую картину и согласуется с тем фактом, что свободноплавающие планеты — не редкость в Галактике.

К сильным сторонам гипотезы относят:

способность объяснить наклонённые и вытянутые орбиты планет-гигантов;
естественное происхождение ретроградных спутников;
логичное объяснение поздней астероидно-кометной бомбардировки.

Однако есть и ограничения. Прямых наблюдательных доказательств такого пролёта нет, а сами события относятся к периоду, когда Солнечная система только формировалась. Кроме того, параметры объекта и траектории остаются предметом дискуссий и уточнений.