23.08.2015 | Наука

Астрофизики решили проблему формирования газовых гигантов в Солнечной системе

Учёные Юго-Западного исследовательского института США и Королевского университета Канады, похоже, разгадали одну из главных тайн формирования Солнечной системы.

Иллюстрация NASA/JPL-Caltech

Дело в том, что, согласно предыдущим моделям, из газопылевого облака вокруг Солнца должно было сформироваться гораздо больше гигантских планет, чем существует на самом деле. Но новые расчёты объяснили возникновение Сатурна и Юпитера.

Строительство Солнечной системы началось 4,56 миллиарда лет назад и протекало довольно стремительно. Как показывают наблюдения за молодыми звёздами, они полностью "съедают" газовый диск за несколько миллионов лет, поэтому время, в течение которого могут формироваться газовые гиганты, весьма ограничено.

Согласно распространённой теории, образование таких планет, как Сатурн и Юпитер, начиналось с каменных ядер, спрессованных из частиц пыли. Их масса в несколько раз превосходила массу Земли, и они обладали достаточной гравитацией, чтобы притягивать большое количество газа и наращивать свою атмосферу. Но возникает вопрос: как эти каменные образования могли вырасти так быстро, если формирование планет земной группы продолжалось от 30 до 100 миллионов лет?

В 2012 году Мишель Ламбрехтс (Michiel Lambrechts) и Андерс Йохансен (Anders Johansen) из Университета Лунда выдвинули теорию галечной аккреции. Учёные рассчитали, что частицы пыли, слипаясь друг с другом с помощью статического электричества, образуют округлые камни, похожие на морскую гальку. Изначально они движутся в газовом диске на огромной скорости, но постепенно замедляются за счёт трения и могут быстро слипаться друг с другом в огромные каменные ядра.

Однако эта теория оказалась "слишком эффективной". Компьютерные модели показали, что такой механизм привёл бы к появлению вокруг Солнца сотен планет размером с Землю. Они неизбежно должны были бы сталкиваться, объединяясь во всё более крупные структуры и в конечном итоге внешний вид нашей системы стал бы совершенно иным.

Гарольд Левисон (Harold Levison) и его коллеги из Юго-Западного исследовательского института изначально пытались поставить крест на теории галечной аккреции, но вместо этого неожиданно для себя нашли решение, подтвердившее эту версию.

Учёные настроили модель таким образом, что формирование каменных ядер продолжалось немного дольше, чем считалось ранее. Тут и обнаружилось, что у самых больших планетных "зародышей" появилось время, чтобы начать гравитационно взаимодействовать друг с другом и выкинуть большую часть мелких ядер за пределы аккреционного диска.

В результате первым крупным протопланетам достались все оставшиеся строительные блоки, которые позволили им быстро набрать необходимую массу и приступить к наращиванию газовой оболочки.

Моделирование строительства Солнечной системы на основе новых расчётов предсказало появление от одного до четырёх газовых гигантов размером с Сатурн и Юпитер на расстоянии от пяти до пятнадцати астрономических единиц от звезды.

Это соответствует действительности, так как Юпитер расположен в 5,2 а.е., а Сатурн – в 9,6 а.е. единицах от Солнца. Модель также продемонстрировала образование нескольких ледяных гигантов, похожих на Уран и Нептун, в соответствующем диапазоне орбит, а также отсутствие крупных планет на периферии Солнечной системы, включая пояс Койпера.

"Насколько я знаю, это первая модель, которая воспроизводит структуру внешней Солнечной системы с двумя газовыми гигантами, двумя ледяными гигантами и нетронутым поясом Койпера", – говорит Левинсон в пресс-релизе института.

Работа, опубликованная в журнале Nature, уже получила высокую оценку среди астрофизиков, хотя некоторые сторонники альтернативных теорий не теряют надежды доказать свою правоту.

Тем временем команда Левинсона планирует проверить, сможет ли новая теория галечной аккреции решить проблему странного разнообразия среди планет земной группы в Солнечной системе.

По публикациям UkrNet