Появление суперземли между Марсом и Юпитером могло бы привести к хаосу в Солнечной системе, по данным нового исследования, изданного в журнале. .
Что такое суперземля?
Наша Солнечная система долгое время являлась эталоном для всех планетных систем. С течением времени выяснилось, что это лишь исключение, поскольку в ней отсутствует суперземля.
Суперземля — внесолнечная планета с большей массой, чем Земля, но достаточно маленькая, чтобы считаться каменистой. Масса суперземель может в два-десять раз превосходить массу Земли, а диаметр примерно вдвое больше земного.
Часто сравнивают эти планеты с Землёй, так как преобладают в их составе горные породы и металлы, а не газы, как у газовых гигантов Юпитера и Сатурна. У сверхземель также разный состав атмосферы: от небольшой или вовсе отсутствующей до очень плотной.
По данным наблюдений миссий Kepler и TESS, примерно треть всех обнаруженных экзопланет – суперземли.
Астрономы полагают, что отсутствие подобных миров в нашей системе можно объяснить присутствием Юпитера. Двигаясь через пояс астероидов в ранние этапы существования, он направил массу вещества к Солнцу, ограничив доступное «сырье» для формирования таких планет.
Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде под руководством Стивена Кейна изучают влияние суперземли на нашу Солнечную систему.
В своей работе исследователи создали модели планет разной массы, разместив их на разных дистанциях в главном поясе астероидов. Этому поясу присвоено место между орбитами Марса и Юпитера, он окружает нашу звезду. Самая близкая к Солнцу планета находилась в двух астрономических единицах (АЕ) от него, что вдвое больше расстояния до Земли. Самая удаленная расположилась на внешнем крае пояса астероидов примерно в четырех АЕ (или 597 миллионов километров).
Все модели вычислялись с настоящего времени до момента, который наступал через десять миллионов лет. Астрономы фиксировали влияние этих суперземель на каждую из восьми планет нашей Солнечной системы каждые сто лет.
Результаты демонстрируют высокую уязвимость четырех внутренних планет – Меркурия, Венеры, Марса и Земли – к колебаниям орбит.
Представим планету в семь раз массивнее Земли, находящуюся немного дальше Марса. Моделирование показало, что орбиты Земли и Венеры стали очень эксцентричными, что привело к потенциально катастрофическим близким столкновениям. Изменение их орбит высвободило энергию, которая затем передалась Меркурию. Вскоре после этого Меркурий был изгнан.
По мере течения времени негативные следствия усугублялись. Марс с такой суперземлёй выжил бы лишь пять миллионов лет, а Земля и Венера – всего восемь миллионов лет.
В отличие от скалистых планет, газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, заметно меньше пострадали от присоединения этих суперземель. Их орбиты лишь слегка усложнились в точках резонанса среднего движения (MMR).
Места резонанса среднего движения — это позиции в планетарной системе, где два орбитальных тела находятся в орбитальном резонансе. Это значит, что два тела вращаются так, что их орбитальные периоды находятся в простых целочисленных соотношениях. При резонансе среднего движения отношение орбитальных периодов двух тел равно простому целочисленному отношению, например, 2:1, 3:2, 4:3 и т.д. Например, если одно тело обращается вокруг звезды за два года, а другое — за один год, то эти два тела будут находиться в резонансе 2:1. В нашей Солнечной системе примеры резонанса среднего движения: резонанс 2:1 между Нептуном и Плутоном, резонанс 3:2 между Юпитером и поясом астероидов, и резонанс 1:2 между Землёй и Луной.
Если разместить суперземлю Gliese 163c на расстоянии 3,8 астрономических единиц от Солнца, в поясе астероидов, то она окажется в 8:5 MMR с Юпитером и 4:1 MMR с Сатурном. Из-за этого орбиты двух газовых гигантов стали более вытянутыми, из-за чего сначала под давлением оказались суперземля, а затем Уран.
Исследование демонстрирует, что даже незначительные корректировки могут оказывать существенное влияние на устойчивость системы. Будет полезно изучить долгосрочные последствия таких изменений, например, спустя миллиард лет.