Місяць та його темні плями. Кредит зображення: NASA. Натисніть, щоб збільшити
Люди кожної культури були зачаровані темними «плямами» на Місяці, які, здається, складають фігуру кролика, жаб або обличчя клоуна. В ході місій "Аполлон" вчені виявили, що ці особливості є насправді величезними басейнами впливу, які були затоплені тепер затверділою лавою. Одне здивування було те, що ці басейни утворилися порівняно пізно в історії ранньої Сонячної системи - приблизно через 700 мільйонів років після утворення Землі та Місяця. Зараз багато вчених вважають, що ці місячні басейни впливу свідчать про величезний сплеск швидкості обстрілів планет, який називають пізнім важким обстрілом (LHB). Однак причиною такого інтенсивного обстрілу багато хто вважає одну з найкраще збережених загадок історії Сонячної системи.
У серії трьох робіт, опублікованих у цьому тижневому випуску журналу Nature, міжнародна команда планетарних вчених, Родні Гомес (Національна обсерваторія Бразилії), Гарольд Левісон (Південно-Західний науково-дослідний інститут, США), Алессандро Морбідделлі (Observatoire de la C "Те д'Азур", Франція) і Клеоменіс Циганіс (OCA та Університет Салоніки, Греція) - об'єднані програмою відвідувачів, що проводилася в Обсерваторії де ла C'te d'Azur у Ніцці - запропонували модель, яка не тільки природно вирішує таємницю походження ЛГБ, але також пояснює багато спостережуваних характеристик зовнішньої планетарної системи.
Ця нова модель передбачає, що чотири планети-гіганти, Юпітер, Сатурн, Уран та Нептун, утворилися в дуже компактній орбітальній конфігурації, яка була оточена диском дрібних предметів, виготовлених з льоду та скелі (відомих як "планетизимали"). Числові симуляції команди Ніцци показують, що деякі з цих планетсималій повільно витікали з диска через гравітаційне вплив планет. Планети розкидали ці менші предмети по всій Сонячній системі, іноді назовні, а іноді всередину.
"Як нас вчив Ісаак Ньютон, на кожну дію виникає рівноправна і протилежна реакція", - каже Циганіс. "Якщо планета викидає планетнемале з Сонячної системи, планета рухається до Сонця, лише крихітним шматочком, у вигляді компенсації. Якщо ж, з іншого боку, планета розсіює планетарну зону всередину, планета стрибає трохи далі від Сонця ».
Числові симуляції показують, що в середньому Юпітер рухався всередину, а інші планети-гіганти рухалися назовні.
Спочатку це був дуже повільний процес, який потребував мільйонів років, щоб планети рухалися невеликою кількістю. Тоді, згідно з цією новою моделлю, через 700 мільйонів років ситуація раптово змінилася. У той час Сатурн мігрував через точку, коли його орбітальний період був рівно вдвічі більший за період Юпітера. Ця спеціальна орбітальна конфігурація призвела до того, що орбіти Юпітера та Сатурна раптом стали більш еліптичними.
"Це призвело до того, що орбіти Урана і Нептуна погіршилися", - каже Гомес. "Їх орбіти стали дуже ексцентричними, і вони почали гравітаційно розсіюватися один від одного - і Сатурн теж".
Команда Ніцци стверджує, що ця еволюція орбіт Урана і Нептуна спричинила LHB на Місяці. Їх комп’ютерне моделювання показує, що ці планети дуже швидко проникли в планетичний диск, розкидаючи предмети по всій планетарній системі. Багато з цих об'єктів увійшли до внутрішньої сонячної системи, де вони вразили Землю та Місяць ударами. Крім того, весь процес дестабілізував орбіти астероїдів, які тоді також внесли б свій внесок у ЛГБ. Нарешті, гравітаційні ефекти планетного малого диска змусили Урана та Нептуна еволюціонувати на свої поточні орбіти.
"Це дуже переконливо", - каже Левісон. «Ми зробили кілька десятків моделювання цього процесу, і статистично планети опинилися на орбітах, дуже схожих на ті, що ми бачимо, з правильними розділеннями, ексцентриситетами та нахилами. Отже, крім LHB, ми можемо також пояснити орбіти планет-гігантів. Жодна інша модель ніколи раніше не робила жодної речі ».
Однак було ще одне перешкоду для подолання. На сьогодні Сонячна система містить у собі популяцію астероїдів, які йдуть по суті по тій же орбіті, що й Юпітер, але ведуть або стежать за цією планетою на кутову відстань приблизно 60 градусів. Комп'ютерне моделювання показує, що ці тіла, відомі як «троянські астероїди», були б втрачені в міру зміни орбіт гігантських планет.
"Ми сиділи довгі місяці, переймаючись цією проблемою, яка, здавалося, визнала недійсною нашу модель, - каже Морбіделлі, - поки ми не зрозуміли, що якщо птах може вирватися з відкритої клітки, ще одна може прийти і гніздитися в ній".
Команда Ніцци встановила, що деякі самі об'єкти, що рухали планетарну еволюцію і які спричинили LHB, також були б захоплені на орбіту троянських астероїдів. У симуляціях виявилося, що захоплені троянці відтворюють орбітальний розподіл спостережуваних троянців, що було незрозуміло дотепер. Загальна прогнозована маса захоплених об'єктів також відповідала спостережуваній популяції.
Загалом, нова модель Ніцци, природно, пояснює орбіти гігантських планет, троянських астероїдів і ЛГБ з небувалою точністю. "Наша модель пояснює так багато речей, що ми вважаємо, що це має бути в основному правильним", - каже Мордібеллі. "Структура зовнішньої сонячної системи показує, що планети, ймовірно, пережили тремтіння після закінчення процесу формування планети".
Оригінальне джерело: SWRI News Release
