Сегодня Юпитер и Сатурн выглядят образцом небесного порядка: первый обращается ближе к Солнцу, второй — дальше. Но в молодости обе планеты странствовали на сотни миллионов километров. Означает ли это, что они могли однажды обменяться орбитами?
2. Планеты не обязаны рождаться там, где живут
Солнечная система возникла около 4,6 миллиарда лет назад из вращавшегося диска газа и пыли. В нём росли зародыши планет, а окружающее вещество не только питало их, но и тянуло гравитацией. Из-за этого молодая планета могла постепенно смещаться к Солнцу или от него. Такое изменение орбиты называют планетной миграцией.
Мы знаем, что миграция вообще возможна, не только по расчётам. У других звёзд обнаружены «горячие юпитеры» — газовые гиганты на тесных орбитах, где они едва ли могли сформироваться. Значит, планетная система после рождения не застывает, а некоторое время напоминает мебель во время большого переезда.
3. Большой разворот Юпитера
Одна из известных моделей называется «Гранд-Так», то есть «большой галс». Согласно ей, Юпитер сначала двигался внутрь системы и мог приблизиться к нынешней орбите Марса. Затем сформировавшийся позже Сатурн догнал его, две планеты попали в орбитальный резонанс, и совместное движение развернулось наружу.
Резонанс означает, что периоды обращения планет соотносятся как небольшие целые числа. Они регулярно воздействуют друг на друга в похожих точках орбит, и слабые толчки складываются. В расчётах именно связь Юпитера с более лёгким Сатурном способна изменить действие газового диска и развернуть миграцию.
Эта модель привлекательна тем, что объясняет сразу несколько странностей: небольшую массу Марса, смешанный состав пояса астероидов и нынешнее расположение гигантов. Но это не видеозапись прошлого, а физически возможный сценарий, проверяемый по его последствиям.
4. Поздняя перестройка без обмена местами
После исчезновения газового диска гиганты, вероятно, продолжали смещаться, взаимодействуя с огромным запасом малых тел за Нептуном. В семействе моделей Ниццы Юпитер в среднем уходит немного внутрь, а Сатурн, Уран и Нептун — наружу. При неустойчивости орбиты могли меняться скачками, а малые тела разлетались по всей системе.
Некоторые расчёты допускают особенно бурную версию: рядом с четырьмя знакомыми гигантами могла существовать ещё одна ледяная планета, позднее выброшенная из Солнечной системы. Уран и Нептун в отдельных симуляциях способны менять порядок или сильно сближаться. Но успешные модели не требуют, чтобы Юпитер обменивался местами с Сатурном.
Если бы Сатурн прошёл внутрь орбиты Юпитера, понадобилось бы очень тесное и опасное сближение. Оно резко вытянуло бы орбиты планет, возмутило внутреннюю систему и могло закончиться выбросом одного из участников. Нынешние почти круговые орбиты скорее говорят о менее драматическом финале.
5. Что говорит наука
Подтверждено наблюдениями, что планетные системы способны мигрировать: об этом говорят архитектуры систем у других звёзд. В нашей системе на прошлое перемещение гигантов указывают распределение троянских астероидов, резонансных объектов пояса Койпера и смешение разных типов тел в поясе астероидов.
Модель «Гранд-Так», опубликованная группой Кевина Уолша и коллег и обсуждаемая NASA, считается правдоподобным объяснением раннего движения Юпитера и Сатурна. Модели Ниццы описывают более позднюю неустойчивость. Однако исходные условия нельзя восстановить единственным способом: разные варианты расчётов иногда дают похожую современную систему.
Поэтому миграция гигантов — наиболее вероятная часть картины, а точные маршруты остаются предметом исследований. Буквальная перестановка Юпитера и Сатурна не подтверждена ни наблюдениями, ни необходимостью в наиболее успешных моделях.
6. Так менялись ли они местами?
Короткий ответ: почти наверняка нет, если понимать вопрос буквально. Юпитер мог уйти далеко внутрь, затем развернуться вместе с Сатурном, а обе планеты позже ещё раз изменить расстояние до Солнца. Они танцевали сложный гравитационный танец, но Юпитер, по всей видимости, всё время оставался внутренним из этой пары.
Неожиданность в другом: нынешний порядок планет оказался не исходным чертежом, а итогом долгой перестановки всей системы.
Поделитесь в комментариях: спокойнее ли вам от того, что небесный порядок когда-то был таким подвижным?
