История Солнечной системы: как хаос планет-гигантов создал внешние миры
Если вы пропустили два предыдущих поста про таинственную Седну и габариты её ледяных соседей, обязательно прочитайте их прямо сейчас. В первом посте мы разбирали восемь теорий и оценивали шансы каждой, а во втором смотрели на реальные гигантские размеры этих объектов. Без них эта история будет неполной, так что обязательно загляните в профиль перед чтением.
Четыре миллиарда лет назад наша Солнечная система прошла через грандиозный космический хаос, главным режиссером которого стал Юпитер.
Сформировавшись на расстоянии около 3,5 астрономических единиц от Солнца, Юпитер начал дрейфовать внутрь системы и подошел вплотную к нынешней орбите Марса на расстояние 1,5 астрономических единиц. В этот момент его догнал подтягивающийся Сатурн. Вступив в гравитационный резонанс, они изменили направление дрейфа. Этот маневр ученые называют Большим оверштагом — словно парусник, меняющий галс, Юпитер совершил разворот и пошел обратно наружу. Именно этот заход внутрь уничтожил Главный пояс астероидов. Там вполне могла сформироваться еще одна каменная планета, но Юпитер настолько раскачал орбиты местной строительной гальки, что камни при столкновениях не слипались, а раскалывались в пыль. Юпитер зачистил этот регион, выбросив оттуда 99 процентов всей массы и оставив лишь скромные крохи.
Вернувшись на внешние рубежи в район от 5 до 18 астрономических единиц, Юпитер и Сатурн вошли в новый точный резонанс два к одному. Наступила фаза Великого расталкивания, известная в науке как Модель Ниццы.
Именно на этом этапе развернулась грандиозная стройка Облака Оорта, причем создавалось оно совсем не там, где находится сейчас. Изначально все эти ледяные комета-подобные тела формировались близко к центру, в регионе от 5 до 30 астрономических единиц. Юпитер и Сатурн сработали как гигантские гравитационные пращи: пролетающие мимо ледяные глыбы получали колоссальный разгон и катапультировались на расстояния в десятки тысяч астрономических единиц.
По законам физики эти кометы должны были вернуться обратно и снова врезаться в планеты или вылететь из системы навсегда. Но тут вмешался второй важный фактор — Солнце рождалось не в одиночестве, а в плотных звездных яслях. Гравитационные толчки от регулярно пролетавших мимо соседних молодых звезд приподняли ближайшие к Солнцу точки орбит вылетающих комет выше 30–50 астрономических единиц. Это навсегда вырвало кометы из гравитационной хватки Нептуна и Юпитера, заперев их на супердальних траекториях.
На расстояниях свыше 20 000 астрономических единиц притяжение Солнца становилось настолько слабым, что в силу вступил третий фактор — галактический прилив, то есть суммарная гравитация диска и ядра всего Млечного Пути. Именно галактический прилив за миллионы лет раскачал наклоны орбит во всех возможных плоскостях, превратив плоский поток выброшенного льда в гигантскую правильную сферу. Так Облако Оорта получило свою структуру: внутренний плотный диск — Облако Хиллса от 2 000 до 20 000 астрономических единиц, и внешнюю гигантскую сферу, уходящую вглубь космоса до 100 000 астрономических единиц.
Пока Юпитер расчищал путь для Облака Оорта, Нептун, изначально находившийся ближе к Солнцу, чем Уран, получил мощнейший пинок от резонанса, пробил орбиту Урана и отлетел на 30 астрономических единиц. Пробивая внешний ледяной диск, Нептун сработал как космический плуг. Он рассеял миллиарды ледяных глыб, сформировав Пояс Койпера, где выжили только объекты на устойчивых резонансных орбитах.
В самый разгар этого хаоса Юпитер катапультировал во внешнюю тьму молодой скалисто-ледяной зародыш планеты массой от 1 до 3 масс Земли, а газы древнего звездного скопления притормозили его на дистанции от 200 до 800 астрономических единиц. Этот сценарий с небольшим зародышем намного лучше популярной в СМИ версии с гигантской Девятой планетой размером с Нептун и массой в 5–10 Земель. Во-первых, инфракрасные обзоры космических телескопов вроде WISE прочесали небо и доказали, что крупного и теплого ледяного гиганта там нет, тогда как тусклый каменный шарик массой в пару Земель на таком расстоянии абсолютно невидим. Во-вторых, в моделях миграции выбить небольшой зародыш — это практически неизбежное событие, тогда как удержать гигантский Нептун на супердалекой орбите физически почти невозможно.
Оказавшись на периферии, этот выбитый зародыш стал невидимым дирижером. Когда Нептун расталкивал ледяные тела, выбитая суперземля перехватила их гравитацией снаружи. Она вырвала их из рук Нептуна и заперла Седну диаметром около 1000 километров на вытянутой орбите с перигелием 76 и афелием 937 астрономических единиц. Похожие зафиксированные орбиты получили Байден 2012 VP113 с перигелием 80, Гоблин 2015 TG387 с афелием 2300 и ФарФарАут 2018 AG37 на дистанции 132 астрономические единицы. Ни один из этих объектов не подлетает к Нептуну ближе 50–80 астрономических единиц, все они вытянуты в одну сторону и наклонены под сходными углами, а у объекта 2015 BP519 наклон составляет рекордные 54 градуса. Вероятность случайного совпадения таких орбит менее 0,2 процента.
Эти два грандиозных этапа — Большой оверштаг и Модель Ниццы — полностью объясняют всю архитектуру Солнечной системы. Один и тот же процесс остановил стройку в Поясе астероидов, перепахал Пояс Койпера, разбросал Облако Оорта и зафиксировал семейство Седны. Телескопы нового поколения вроде обсерватории Веры Рубин уже сканируют эти далекие области. Как думаете вы, найдем мы этого выбитого брата Земли в ближайшие годы или у Седны всё-таки другой секрет?
Если вы еще не прочитали два прошлых поста про разбор восьми гипотез и размеры этих ледяных миров, обязательно переходите в профиль и читайте прямо сейчас, чтобы знать всю историю целиком!
