Солнечная система.

Солнечная система — планетная система, включает в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад.

Солнечная система имеет много закономерностей в своей структуре. Над некоторыми из них, вроде расположения планет, ученые ломают голову уже сотни лет. Новое исследование астрономов может объяснить, почему восемь известных нам планет разделены поровну в зависимости от своего типа.

Если представить Солнечную систему в виде стадиона с беговыми дорожками, каждая планета займет свое место на одной из восьми позиций, а Солнце расположится ровно в центре стадиона.

Благодаря общей теории относительности Эйнштейна, которая в этом случае совпадает с геометрией нашего стадиона, мы знаем, что чем дальше планеты будут расположены от Солнца — тем больше времени им понадобится для одного полного оборота вокруг звезды.

Таким образом, Меркурий находится на первой дорожке и оборачивается вокруг Солнца быстрее остальных — всего за 88 земных суток. Восьмую дорожку займет абсолютный аутсайдер Нептун, который «пробежит» один круг по этому воображаемому стадиону за долгие 165 земных лет. Даже Уран, который всегда финиширует седьмым, делает это быстрее на 80 лет.

Понимание скорости движения планет вокруг Солнца позволяет ученым точно рассчитывать периоды максимального сближения Земли со своими соседками, отправлять разведывательные зонды на другие планеты, совершать гравитационные маневры на космических аппаратах, исследовать далекий космос с помощью орбитальных телескопов и т. д.

Но одна загадка этого стадиона до сих пор остается неразрешимой: расстояние между четвертой и пятой дорожками как будто делит участников нашего забега на две группы ровно пополам. Кроме того, первые четыре участника (Меркурий, Венера, Земля, Марс) имеют явно меньшие размеры и другую структуру в отличие от своих тяжеловесных соперников на дорожках № 5−8 (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

На днях астрономы из США и Японии опубликовали исследование, согласно которому разгадка тайны планет Солнечной системы может скрываться в рождении Солнца.

Фото: dailymail.co.uk

Что узнали ученые?

Рамон Брассер из Токийского технологического института и Стивен Мойжсис из Университета штата Колорадо в Боулдере написали работу о «Разделении внутренней и внешней Солнечной системы структурированным протопланетным диском».

В ней ученые попытались выяснить, почему планеты земного типа — Меркурий, Венера, Земля, Марс — расположены во внутренней части Солнечной системы и имеют каменистую структуру в отличие от газовых гигантов Юпитера и Сатурна, а также ледяных гигантов Урана и Нептуна. Последние четыре планеты расположены за поясом астероидов, который отделяет относительно близкий нам Марс от внешней части Солнечной системы.

Брассер и Мойжсис решили узнать, кто бросал последний камень в этом планетарном керлинге и почему Солнечная система разделена ровно пополам в зависимости от типа планет. Авторы исследования называют эту особенность Солнечной системы «великим разделением», и первым делом они проверили предыдущие теории, которые могли бы объяснить парадоксально нормированное расположение планет в космическом хаосе.

Многие ученые полагают, что причиной великого разделения является Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, которая расположена сразу за поясом астероидов. Дело в том, что такая большая планета могла действовать как гравитационный барьер и препятствовать прохождению газов и твердых космических объектов ближе к Солнцу.

Чтобы проверить это Рамон Брассер и Стивен Мойжсис разработали несколько компьютерных симуляций, которые позволили смоделировать ситуацию с зарождением Солнечной системы и тем, какую роль в расположении планет сыграл Юпитер. Оказалось, что гравитационных сил этой планеты было недостаточно для блокирования каменистого материала, который притягивало Солнце из внешнего космоса.

Исключив вариант с Юпитером, исследователи пришли к выводу, что за расположение планет в Солнечной системе отвечает так называемый протопланетный диск или проплид. Эта структура образуется вокруг молодой звезды и представляет из себя плотную газопылевую материю, которую притягивает звезда.

Астрономы использовали данные телескопа миллиметрового диапазона ALMA, который расположен в чилийской пустыне Атакама, и подтвердили, что вокруг отдаленных звезд в молодых звездных системах часто можно наблюдать диск из газов из пыли, похожий на «глаз тигра».

Фото: CC

Основываясь на этих данных, ученые предположили, что подобный проплид мог стать причиной великого разделения и в Солнечной системе около 4,5 млрд лет назад.

Согласно гипотезе авторов исследования, протопланетный диск вокруг молодого Солнца мог создать две зоны с высоким и низким давлением газа и пыли. Эти зоны отвечали за распределение материалов в Солнечной системе и привели к появлению земной группы планет и отдаленных гигантов вроде Юпитера и Сатурна.

«Этот барьер в космосе, вероятно, не был идеальным. Некоторый материал из внешней Солнечной системы мог пробраться ближе к Солнцу вопреки разделению и стал важным для развития нашего мира. Материалы, которые могли попасть на Землю являются летучими и богатыми на углерод, что дало нам воду и органику», — говорит Мойжсис.

Эксперты также считают, что протопланетный диск состоял из нескольких колец, что и позволило газовым гигантам формироваться отдельно от планет земного типа на большем расстоянии от Солнца.

Фото: CC

Проблема газовых гигантов

Другие модели формирования Солнечной системы также предусматривают наличие протопланетного диска. К примеру, согласно небулярной гипотезе, Солнце сформировалось из молекулярных облаков и, благодаря гравитации, оставшийся материал вокруг него сталкивался друг с другом и образовал уже известные нам планеты, спутники, астероиды и кометы.

Правда, подобные модели не могут объяснить появление газовых гигантов. Для формирования из плотной материи вокруг молодого Солнца нужно было несколько миллионов лет. За это время в молодой Солнечной системе уже исчезли легкие газы, из которых состоят Юпитер и Сатурн.

«Планеты-гиганты формируются очень быстро, за несколько миллионов лет. Это создает ограничение по времени, поскольку газовый диск вокруг Солнца просуществовал всего 4−5 млн лет», — объясняет исследователь из Юго-западного исследовательского института в Боулдер Кевин Уолш.

Вероятно, из-за нестабильности протопланетного диска, плотные облака пыли и газа могли начать взаимодействовать друг с другом еще во время формирования Солнца. Это бы позволило им объединиться в планеты гораздо быстрее, чем пока гравитация Солнца начала сталкивать объекты между собой.

Фото: dailymail.co.uk

Уолш считает, что газовые гиганты могли сформироваться всего за тысячу лет, что позволило бы им удержать легкие газы в ранней Солнечной системе. Эти планеты также относительно быстро набрали массу, которая определила их отдаленную орбиту относительно Солнца.

Еще одна проблема с газовыми гигантами — расстояние между ними. Даже если учесть идеальные условия для формирования газовых гигантов в ранней Солнечной системе — сейчас их орбиты должны быть гораздо ближе к Солнцу. Ответ на этот вопрос астрономы нашли в изучении экзопланет в других звездных системах.

Оказалось, что даже самые тяжелые объекты могут перемещаться на относительно большие расстояния вследствии формирования звездной системы. Предложенная в начале 2000-х модель Ниццы гласит, что на заре Солнечной системы планеты-гиганты находились гораздо ближе друг к другу, но из-за активности камней и льдов в уже рассеянном протопланетном диске расстояние между ними увеличилось. Так планеты земного типа переместились ближе к Солнцу, а планеты-гиганты, наоборот, отдалились вглубь Солнечной системы.

Согласно модели Ниццы, упомянутый аутсайдер-Нептун мог переместиться примерно на 1,5 млрд км от своего первоначального положения и оказаться таким образом на задворках нашего стадиона, пробегая вокруг Солнца гораздо дольше, чем остальные планеты.

Фото: CC

Не Нептуном единым

Не исключено, что описанные выше теории придется пересмотреть, ведь несколько лет назад астрономы из США и России заявили, что в Солнечной системе может существовать еще одна планета. Нет, речь идет не о Плутоне, который Международный астрономический союз определил как карликовую планету в 2006 году.

Ученые Майкл Браун и Константин Батыгин заметили, что за орбитой Нептуна, на самом краю Солнечной системы, расположен некий объект, который примерно в пять раз тяжелее Земли. Астрономы определили это, анализируя скопления ледяных тел, которые поддаются гравитационному воздействию невидимого нам объекта, — вероятно, Девятой планеты или так называемой Планеты Х.

Это заявление подтвердило и искривление света от отдаленных космических объектов, которое может происходить из-за воздействия Девятой планеты. Браун и Батыгин подтвердили, что гипотетическая планета находится на расстоянии примерно в 400 астрономических единиц от Солнца. К сравнению, расстояние от Земли к Солнцу составляет всего одну а.е. или около 150 млн км.

Судя по расположению и группе объектов, которые ее окружают, Девятая планета — это холодный газовый гигант, ядро которого состоит из металлов и силикатов, упакованных сверху в прочные льды. Если у планеты есть атмосфера — она должна состоять из водорода и гелия, а также частиц водяного и метанового льда.

Фото: James Tuttle Keane/Caltech

Основное препятствие в обнаружении этой планеты — солнечный свет, который не доходит на такое расстояние и не позволяет современным телескопам засечь отражение от отдаленных объектов. Авторы этой гипотезы уверены, что на объекты в поясе Койпера влияет именно гравитационное поле Девятой планеты, и вероятность отсутствия этого объекта там составляет всего 0,2%.

«Будучи в пять раз тяжелее Земли, Девятая планета очень напоминает типичную экстрасолнечную суперземлю. Это недостающее звено солнечной системы в формировании планет. Исследования объектов вдали от Солнца за последние 10 лет показали, что планеты подобного размера очень часто встречаются вокруг других похожих на Солнце звезд. Девятая планета будет ближайшим объектом, который поможет нам изучать свойства типичных планет в галактике», — говорил Майкл Браун.

В своем недавнем интервью известному видеоблогеру Юрию Дудю другой автор гипотезы о Девятой планете Константин Батыгин заявил, что для ее поиска они используют телескоп Субару Национальной обсерватории Японии, который расположен на пике горы Мауна-Кеа на Гавайских островах и аренда которого стоит примерно $20 тыс. за одну ночь.

«Когда мы получим первые фото этой планеты — это станет фактом и откроет огромное количество новых научных вопросов. С одной стороны, я хотел бы быть первым, кто увидит свет Девятой планеты, но было бы гораздо лучше, если кто-то сможет открыть ее быстрее, чем ждать этого десятилетиями», — рассказал Батыгин Дудю.

Конечно, Девятая планета и в дальнейшем может остаться лишь гипотетическим объектом, но если ее все же обнаружат — она может помочь астрономам узнать больше о рождении Солнечной системы и то, что повлияло на расположение планет вокруг Солнца.