Считается, что после формирования гигантские миры располагались гораздо ближе друг к другу. Затем произошел так называемый «планетный» хаос — эпоха нестабильности или модель Ниццы. Во время нее Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун меняли орбиты, сближались друг с другом и даже выбрасывали из системы дополнительные ледяные миры размером с Уран.
Такие гравитационные маневры хорошо объясняют современное устройство окраин Солнечной системы и происхождение малых тел. Однако до сих пор оставался открытым вопрос: как регулярные спутники планет пережили этот хаос?
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Icarus, смоделировали 122 возможных сценария эволюции внешней Солнечной системы и проследили судьбу лун Юпитера и Урана во время сближений планет. В общей сложности ученые выполнили почти полторы тысячи полноценных симуляций на суперкомпьютерах.
Выяснилось, что в большинстве сценариев гравитационные встряски были настолько сильными, что луны сталкивались друг с другом, выбрасывались на нестабильные орбиты или падали на планету. Система Урана оказалась особенно уязвимой: если другая планета подходила к нему ближе чем на 0,02 астрономической единицы — около трех миллионов километров, что по космическим меркам почти вплотную — разрушение спутниковой системы было практически неизбежным.
Опасными были не только единичные пролеты. Даже серия умеренных сближений постепенно «раскачивала» орбиты лун, пока те не начинали пересекаться. В моделях луны Урана часто переживали целую цепочку подобных столкновений.
Для Юпитера ситуация была немного лучше. Его знаменитые галилеевы спутники — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — оказались более устойчивыми благодаря сильной гравитации газового гиганта. Правда, даже они нередко теряли свою сложную орбитальную конфигурацию — резонанс Лапласа.
Особенно интересными оказались результаты для Миранды — самого необычного крупного спутника Урана. Эта маленькая ледяная луна давно озадачивает астрономов своей странной поверхностью и необычным составом. Исследователи предположили, что во время эпохи нестабильности Миранда могла неоднократно сталкиваться с соседними спутниками, теряя часть каменистого вещества и сохранив преимущественно лед. То есть ее внешний вид может быть следствием древней серии космических катастроф.
Астрономы также рассмотрели сценарии, в которых ранняя Солнечная система могла содержать не четыре, а пять или даже шесть гигантских планет. В некоторых моделях эти «потерянные» ледяные миры выбрасывало в межзвездное пространство. От их числа зависело, насколько разрушительными были столкновения для лун.
Выходит, вероятность того, что спутники Урана пережили эпоху планетной нестабильности без серьезных потрясений, крайне мала. Возможно, современные луны Урана сформировались после масштабной перестройки древней спутниковой системы или пережили серию крупных столкновений, которые радикально изменили их облик.