Планетологи выяснили, почему в Солнечной системе так мало гигантских планет
Американским исследователям удалось преодолеть важнейшую проблему в объяснении устройства нашей Солнечной системы. Предыдущие теории, описывающие формирование планет – газовых гигантов, в ходе моделирования приводили к появлению их в большом количестве. В новой модели их ровно две: аналог Юпитера и...
В самом деле, считается, что более 4,5 млрд лет назад молодое Солнце быстро – за несколько миллионов лет – поглотило львиную долю материи газопылевого диска, и газовые гиганты Юпитер и Сатурн должны были успеть сформироваться еще до этого времени. «Зародышами» для них могли послужить твердые планетоиды массами порядка десятков масс Земли, они быстро притягивали вещество, наращивая свои громадные газовые оболочки. Но как образовались эти «зародыши» из мельчайших песчинок и пыли?
Важную роль на первых этапах играли электромагнитные силы: наэлектризованные пылинки притягивались и слипались, образуя комки размерами примерно до метра. Однако дальше этот механизм работать не мог. Как показало компьютерное моделирование, от комков такого размера каждое столкновение с новой пылинкой уносит больше вещества, чем оставляет. Не оказывает большого влияния и гравитация, чей вклад становится основным для тел размерами порядка сотен километров. «Перепрыгнуть» от метровых зародышей будущих планет-гигантов к многокилометровым астрономам долго не удавалось.
Была предложена картина, в которой рост таких комков происходит при встречах с другими комками, в огромном количестве двигающимися в газопылевом облаке. Однако моделирование показало, что такой процесс должен работать даже чересчур эффективно, приводя к появлению десятков, а то и сотен крупных зародышей-планетоидов. В новой интерпретации этой идеи Хал Ливайсон (Hal Levison) с коллегами лишь слегка изменили параметры взаимодействия небольших комков – и, запустив сложнейший обсчет, получили на выходе поразительно точную модель внешней Солнечной системы.
Чуть замедлив рост планетоидов, ученые дали им возможность провзаимодействовать гравитационно, и в результате все, кроме пары самых крупных, оказались выброшены из плоскости Солнечной системы. Оставшись одни, большие планетоиды смогли быстро нарастить необходимую массу. «Мы можем начать с простого протопланетного диска, с простой физики, и воспроизвести появление внешних областей Солнечной системы, – говорит Хал Ливайсон. – Такого не делал еще никто».
Ученые «прогнали» модель несколько раз, получая в итоге только два газовых гиганта на расстоянии 5-15 а.е. от Солнца (орбиты Юпитера и Сатурна удалены на 5,2 и 9,6 а.е. соответственно). Вдобавок к ним появлялось и несколько ледяных гигантов наподобие Урана и Нептуна на положенных им орбитах, а еще дальше, в поясе Койпера, крупных планет не формировалось вообще. Что и требовалось доказать.
