Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

Модель смены галса помогла найти элегантное решение двух серьезных проблем: с одной стороны, стало понятно, почему Марс получился таким крохотным, – всему виной недостаток твердого вещества на его орбите, а с другой – объяснилось большое количество воды и других летучих соединений на Земле и Венере – они родом из внешних областей диска. Считается также, что планетезимали, которые «притащил» за собой Юпитер, уничтожили и выбросили из внутренних частей Солнечной системы каменистые планеты, которые безмятежно «росли» там все это время. Не будь этой миграции, Земля, возможно, была бы в несколько раз массивнее.

Итак, Сатурн нагнал Юпитер на расстоянии 1,5 а. е. от Солнца и остановился – движение вперед с той же скоростью было уже невозможно. Вращаясь вокруг Солнца и обмениваясь гравитационными «толчками», две планеты-гиганта вошли в орбитальный резонанс 2:3. Благодаря этому, как показывают результаты компьютерного моделирования, могло произойти настоящее чудо: пространство между Юпитером и Сатурном очистилось от газа и баланс приливных сил, вызванных волнами плотности газа, аккрецирующего на планеты, разрушился. Вместо того чтобы забрать момент импульса из системы сцепленных в орбитальном резонансе Юпитера и Сатурна, приливные силы начали передавать его системе – планеты перестали падать на Солнце и приступили к медленному движению в обратную сторону, во внешние части протопланетного диска. Нам невероятно повезло: именно масса Сатурна во многом определила этот этап миграции. Не обладай Сатурн достаточной массой, он бы просто не догнал Юпитер и тот сгорел бы на Солнце; будь же Сатурн массивнее, чем он есть сейчас, он бы мигрировал слишком быстро и не смог войти в резонанс с Юпитером – и они упали бы на Солнце вместе. Но масса Сатурна оказалась, что называется, в самый раз, и миграция Юпитера и Сатурна продолжалась до тех пор, пока газ протопланетного диска не рассеялся – еще около 500 000 лет.

Главный пояс астероидов расположен в кольцевой зоне на расстоянии 2,1–3,3 а. е. от Солнца. Считается, что он сформировался уже после того, как завершилась миграция Юпитера. Но между тем на него повлияли те катастрофические события. В первую очередь это очень вытянутые и экстремально наклоненные орбиты некоторых астероидов – их трудно объяснить без возмущающего действия Юпитера, что дважды пересекал эту область пространства. Важным следствием миграции Юпитера является и смешивание малых тел Солнечной системы, образовавшихся в разных частях протопланетного диска – именно это мы наблюдаем в Главном поясе астероидов, который включает в себя разные по составу (а следовательно, и по месту происхождения) тела. Есть еще ряд особенностей пояса астероида, которые предсказываются моделью смены галса. Движение Юпитера сначала к Солнцу, а потом от него может служить объяснением не только загадочных характеристик внутренних планет Солнечной системы, но и хаотичного движения объектов в Главном поясе астероидов, структуры пояса Койпера и многого другого.

В Главном поясе астероидов, согласно стандартным представлениям о формировании планет, с течением времени количество каменных обломков должно убывать в силу того, что малые тела захватываются планетами или выбрасываются прочь из Солнечной системы. Поэтому ожидалось, что число ударных кратеров на поверхности планет будет тем меньше, чем моложе эти планеты. Однако согласно геологическим исследованиям, спустя около миллиарда лет после формирования Солнечной системы произошло нечто катастрофическое: на Меркурии, Луне и Марсе хорошо видны следы многократного увеличения количества столкновений с астероидами в период с 4,1 до 3,8 миллиарда лет назад. Это явление назвали поздней тяжелой бомбардировкой, чтобы отличать от бомбардировки астероидами на ранних этапах формирования планет. Логично предположить, что Земля тоже подверглась поздней бомбардировке, а за то, что мы не видим ее следы, ответственна эрозия.