Новая работа, выполненная под руководством Мэтта Клемента из Карнеги, раскрывает вероятное первоначальное местоположение Сатурна и Юпитера. Эти результаты уточняют наше понимание сил, определивших необычную архитектуру нашей Солнечной системы, включая выброс дополнительной планеты между Сатурном и Ураном, благодаря чему внутри Юпитера сформировались только малые каменистые планеты, такие как Земля.
В молодости наше Солнце было окружено вращающимся диском из газа и пыли, из которого рождались планеты. Считалось, что орбиты первых сформировавшихся планет изначально были замкнутыми и круговыми, но гравитационное взаимодействие между крупными объектами нарушило их расположение и привело к быстрой перестановке маленьких планет-гигантов, создав ту конфигурацию, которую мы видим сегодня.
«Теперь мы знаем, что только в нашей галактике Млечный Путь существуют тысячи планетарных систем», — сказал Клемент. «Но оказалось, что расположение планет в нашей собственной Солнечной системе крайне необычно, поэтому мы используем модели для реинжиниринга и воспроизведения процессов ее формирования. Это похоже на попытку выяснить, что произошло в автомобильной катастрофе после ее окончания — с какой скоростью ехали машины, в каких направлениях и т.д.».
Считалось, что Юпитер в период своего становления обращается вокруг Солнца три раза за каждые два оборота, которые совершает Сатурн. Однако такое соотношение не способно удовлетворительно объяснить конфигурацию планет-гигантов, которую мы наблюдаем сегодня. Мэтт Клемент и его соавторы показали, что соотношение двух орбит Юпитера к одной орбите Сатурна более последовательно дает результаты, напоминающие привычную нам планетарную архитектуру. Credit: NASA/JPL Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran
Клемент и его соавторы — Джон Чамберс из Карнеги, Шон Реймонд из Университета Бордо, Натан Кайб из Университета Оклахомы, Рожерио Дейенно из Юго-Западного исследовательского института и Андре Изидоро из Университета Райса — провели 6 000 симуляций эволюции нашей Солнечной системы и обнаружили неожиданную деталь в первоначальных отношениях Юпитера и Сатурна.
Считалось, что на каждые два оборота Сатурна вокруг Солнца Юпитер в период своего становления совершает три оборота. Однако такая схема не может удовлетворительно объяснить конфигурацию планет-гигантов, которую мы наблюдаем сегодня. Созданные командой модели показали, что соотношение двух орбит Юпитера и одной орбиты Сатурна более последовательно дает результаты, напоминающие привычную нам планетарную архитектуру.
«Это указывает на то, что, хотя наша Солнечная система является немного странной, так было не всегда», — пояснил Клемент, который сегодня представляет результаты работы группы на виртуальном заседании Отделения планетарных наук Американского астрономического общества. «Более того, теперь, когда мы убедились в эффективности этой модели, мы можем использовать ее для изучения формирования земных планет, включая нашу собственную, и, возможно, использовать ее для поиска аналогичных систем в других местах, которые могут иметь потенциал для размещения жизни».
Модель также показала, что положение Урана и Нептуна определялось массой пояса Койпера — ледяной области на окраинах Солнечной системы, состоящей из карликовых планет и планетоидов, крупнейшим членом которой является Плутон, а также ледяной планеты-гиганта, которая была выброшена из Солнечной системы в период ее становления.
Ссылка: «Рожденный эксцентриком: Ограничения на орбиты Юпитера и Сатурна до их нестабильности» Мэтью С. Клемент, Шон Н. Реймонд, Натан А. Кай, Рожерио Дейенно, Джон Е. Чемберс и Андре Изидоро, 6 октября 2020 г., ICARUS . DOI: 10.1016/j.icarus.2020.114122
Работа выполнена при поддержке Национального научного фонда США, премии CAREER NSF, программы PNP CNRS, ведущей группы Виртуальной планетарной лаборатории Института астробиологии NASA, программы SSW NASA и NASA.
Большая часть вычислений для данного проекта была выполнена в Суперкомпьютерном центре OU для образования и исследований при Университете Оклахомы. Часть вычислений для данного проекта была выполнена на кластере Memex Института Карнеги. Авторы благодарят Научный институт Карнеги и Комитет Carnegie Sci-Comp за предоставление вычислительных ресурсов и поддержку, способствовавшие получению результатов данного исследования. Авторы выражают благодарность Техасскому центру перспективных вычислений при Техасском университете в Остине за предоставление ресурсов высокопроизводительных вычислений, визуализации, баз данных и грид-ресурсов, которые способствовали получению результатов исследования, представленных в данной работе.
