Знание-сила, 2014 № 07 (1045)

Однако под действием силы притяжения газопылевого диска их орбиты постепенно изменились. Самая большая из планет, Юпитер, первой сошла с предначертанного ей круга. Медленно перемещаясь по своей новой — уже спиральной — орбите, она приближалась к Солнцу, а в протопланетном диске по мере ее движения образовалась круговая полоса, очищенная от газа и пыли. Так ледокол движется среди плавающих на его пути льдин, оставляя позади себя чистый фарватер.

Пока астрономы, сторонники этой модели, не знают, насколько далеко Юпитер продвинулся к Солнцу на той ранней стадии развития нашей планетной системы. Возможно, он достиг орбиты, по которой обращается сегодня Марс. В то время планеты земного типа — Меркурий, Венера, Земля и Марс — еще не доросли до своих нынешних размеров. Потребовалось до 100 миллионов лет, прежде чем из глыб метровой и километровой величины и, наконец, небесных тел размером с Луну сформировались эти крупные каменные планеты. Если бы Юпитер подошел ближе к Солнцу хотя бы на расстояние одной астрономической единицы, то все пространство между современными орбитами Марса и Земли было бы подчистую выметено, и планетам земного типа не хватило бы строительного материала, чтобы дорасти до своих нынешних размеров. В свою очередь, это объясняет, почему размеры Марса гораздо меньше, чем того требует теория.

Астрономы, наблюдающие в наши дни за экзопланетами, отмечают поразительное сходство между Юпитером из «модели Ниццы» и многочисленными «горячими Юпитерами», найденными в глубинах космоса, — гигантскими планетами, которые необычайно близко подбираются к своей центральной звезде и период обращения которых составляет всего несколько суток. К этой категории относится примерно каждая пятая из обнаруженных экзопланет. Подобная участь ждала и Юпитер, если бы его не остановил… Сатурн, считают приверженцы «модели Ниццы».

Он тоже перемещался в сторону Солнца, пока не сблизился с Юпитером так, что обе планеты почувствовали силу притяжения друг друга. Периоды их обращения синхронизировались: пока Юпитер трижды обегал Солнце, Сатурн совершал два оборота вокруг него. Подобные — «резонансные» — орбиты играют особую роль в небесной механике. Они могут дестабилизировать движение планет, как это наблюдается порой в поясе астероидов, а могут придать ему особую устойчивость.

Юпитер и Сатурн сохраняли стабильность, хотя расстояние между ними было невелико. Держась все время вдвоем, они пересилили притяжение газопылевого диска и начали понемногу удаляться от Солнца. Компьютерные модели показывают, что две планеты, находящиеся в резонансе, удаляются от центральной звезды только в том случае, когда более дальняя из них весит значительно меньше, чем ближняя. Это и имело место в случае Юпитера и Сатурна. Так самая большая планета Солнечной системы избежала участи стать «горячим Юпитером».

Эти путаные перемещения Юпитера, то устремлявшегося в центральную часть Солнечной системы, то поворачивавшего назад, и объясняют причину, по которой так разнороден состав пояса астероидов, расположенного между современными орбитами Марса и Юпитера. Туда были оттеснены и небольшие каменные астероиды, образовавшиеся в окрестности Земли, и «грязные снежки» — кометы, которые формировались близ планет-гигантов. Одни эти объекты содержат преимущественно кремний и его соединения, другие — в основном соединения углерода. Ранее астрономы полагали, что те и другие образовались в одной и той же зоне, на расстоянии от 300 до 500 миллионов километров от Солнца. Между тем, недавние наблюдения показали, что углеродсодержащие астероиды, находящиеся здесь, действительно, больше напоминают кометы.

Лаун-теннис «уран-нептуном»

Но вернемся в далекое прошлое, когда к этому «балету» двух гигантских планет, круживших по просторам Солнечной системы, присоединилась еще пара участников — Уран и Нептун. Итак, в ту пору, когда газопылевая туманность, обволакивавшая Солнце, рассеялась, эти четыре планеты образовали «мультирезонансную конфигурацию». В то время расстояние между Юпитером и Нептуном составляло всего 7 астрономических единиц (сегодня их разделяет 25 астрономических единиц). Такая система очень стабильна и может просуществовать миллиарды лет благодаря тому, что силы притяжения планет взаимно уравновешиваются. Их ход теперь размерен, словно слаженная работа отдельных частей машины. Но, подобно камешкам, попавшим внутрь машины и ломающим ее, в этом планетарном механизме оказались свои «посторонние предметы». Это было плотное кольцо из планетезималей — ледяных глыб, оставшихся от той эпохи, когда шло формирование планет. Они располагались на расстоянии 13–14 астрономических единиц от Солнца, а их суммарная масса в 30–50 раз превышала массу Земли. Время от времени то одна, то другая из этих глыб сбивалась с привычного пути и приближалась к Урану или Нептуну, возмущая их движение.