Орбиты спутников Юпитера и Урана навели ученых на мысль о существовании «потерянной» планеты

Новости МирТесен

Примерно четыре миллиарда лет назад Солнечная система находилась в состоянии турбулентности: крупные планеты сталкивались, изменяли свои траектории и выталкивали окружающие объекты в межзвездное пространство. Несмотря на то, что вероятность сохранения спутников Юпитера и Урана в те времена была очень низкой, исследования астрономов указывают на то, что их существование может свидетельствовать о древней катастрофе, в которой была задействована «потерянная» планета.

По мнению ученых, после своего образования крупные планеты находились на значительно меньшем расстоянии друг от друга. После этого наступил период, известный как «планетный хаос» — время нестабильности или модель Ниццы. В процессе этого события Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун корректировали свои орбиты, сокращали расстояние между собой и, возможно, выводили за пределы системы дополнительные ледяные объекты, сопоставимые по размерам с Ураном.

Гравитационные маневры успешно объясняют нынешнее состояние границ Солнечной системы и формирование малых тел. Тем не менее, не находилось ответа на вопрос о том, как регулярные спутники планет смогли выдержать этот период нестабильности?

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Icarus, в ходе исследования было смоделировано 122 сценария развития внешней Солнечной системы, и проанализирована судьба спутников Юпитера и Урана в периоды сближения планет. Для этого ученые провели около полутора тысяч симуляций, используя суперкомпьютерные ресурсы.

Анализ показал, что в большинстве случаев гравитационные возмущения были настолько интенсивными, что спутники сталкивались, переходили на нестабильные орбиты или падали на планету. Особенно подвержена риску оказалась система Урана: если другая планета сближалась с ней на расстояние менее 0,02 астрономической единицы, то есть примерно в три миллиона километров – что крайне близко в космических масштабах, – разрушение спутниковой системы становилось почти неизбежным.

Опасность представляли не только отдельные участки траектории. Даже последовательность небольших сближений со временем изменяла орбиты спутников, приводя к их пересечению. В симуляциях спутники Урана нередко демонстрировали череду подобных столкновений.

Юпитеру повезло несколько больше. Его известные спутники, открытые Галилео Галилеем — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — оказались более стабильными благодаря мощной гравитации этой газовой планеты. Тем не менее, даже им приходилось сталкиваться с изменениями в их сложной орбитальной структуре, известной как резонанс Лапласа.

Особый интерес представляют данные, полученные в отношении Миранды — крупнейшего и наиболее своеобразного спутника Урана. Эта небольшая ледяная луна на протяжении долгого времени вызывает у астрономов вопросы своей причудливой поверхностью и уникальным составом. Ученые полагают, что в период нестабильности Миранда могла переживать многочисленные столкновения с другими спутниками, в результате чего она утратила часть своей каменной массы и сохранила в основном лед. Таким образом, её внешний вид, возможно, является результатом древних космических столкновений.

Помимо сценария с четырьмя гигантскими планетами, астрономы изучили и другие варианты развития ранней Солнечной системы, предполагающие наличие пяти или даже шести таких планет. Согласно некоторым моделям, эти «утерянные» ледяные миры могли быть выброшены в межзвездное пространство. Количество этих планет влияло на степень разрушительности столкновений для лун.

Судя по имеющимся данным, крайне маловероятно, что спутники Урана избежали серьезных изменений во время периода нестабильности планет. Вероятно, нынешние луны Урана образовались в результате существенной трансформации древней спутниковой системы или подверглись череде мощных столкновений, которые существенно повлияли на их внешний вид.