Вскоре после образования Солнечной системы четыре газовых гиганта мигрировали к своим нынешним орбитам в результате крупного события, известного как «динамическая нестабильность планет-гигантов». Хотя хронология этого события до сих пор вызывала споры, новое исследование предполагает, что оно произошло между 60 и 100 миллионами лет после рождения Солнечной системы. Это время совпадает с гигантским столкновением, которое привело к образованию Луны, что позволяет предположить потенциальную причастность газовых гигантов (в основном Юпитера).
В начале формирования Солнечной системы Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — четыре газовых гиганта — имели более круговые и компактные орбиты, чем сегодня, и поэтому находились ближе друг к другу. Вскоре после этого крупное событие нестабильности нарушило эти орбиты и орбиты планетезималей (небольших тел в протопланетном диске, которые потенциально могут слиться вместе и образовать планеты) вокруг них, в результате чего Сатурн, Уран и Нептун мигрировали за пределы Солнечной системы, а Юпитер — внутрь.
Предложенная в 2005 году группой французских исследователей и получившая название «Модель Ниццы», эта теория предполагает, в частности, что событие, известное как «динамическая нестабильность планет-гигантов», привело к их миграции в нынешние места. Однако, несмотря на то, что теория широко признана научным сообществом, ее точная хронология является предметом споров.
Датировка планет необходима для понимания их влияния на другие планеты Солнечной системы, а также их потенциальной роли в эволюции планет, на которых может зародиться жизнь, включая нашу собственную. «Каждая датировка имеет свои последствия, и это стало предметом больших дебатов в научном сообществе«, — объясняет Хриза Авделлиду в пресс-релизе Лестерского университета.
В своем новом исследовании, опубликованном в журнале Science, Авделлиду и ее команда предлагают положить конец спорам, объединив тысячи часов наблюдений, динамического моделирования и анализа метеоритов в одном исследовании. «Новизна исследования заключается в том, что мы не просто проводим чистое динамическое моделирование, или просто эксперименты и телескопические наблюдения«, — объясняет эксперт.
Крупная нестабильность между 60 и 100 миллионами лет после зарождения Солнечной системы
Первоначально астрономы полагали, что динамическая нестабильность планет-гигантов возникла между 500 и 800 миллионами лет после образования Солнечной системы. Это совпадало с событием, известным как «поздняя тяжелая бомбардировка», во время которой земные планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс) подвергались бомбардировке кометами и астероидами, сошедшими со своих орбит в результате миграции газовых гигантов.
Однако недавний анализ троянских астероидов Юпитера позволил предположить, что это событие нестабильности произошло самое позднее через 100 миллионов лет после рождения Солнечной системы. Троянцы — это астероиды, которые движутся по одной орбите с планетой или одним из ее спутников в гравитационно стабильных точках, называемых точками Лагранжа L4 и L5.
В свою очередь, Авделлиду и его коллеги сосредоточились на энстатитовых хондритах, или EL (тип метеорита), содержание железа и соотношение изотопов в которых схожи с материалами, сформировавшими Землю. Это позволяет предположить, что земные и EL-хондриты, вероятно, образовались из одной и той же части протопланетного диска.
Однако анализ EL-хондритов показал, что породивший их объект находится на странном расстоянии от Земли. На самом деле их состав очень похож на состав астероидов Атора, обнаруженных в поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Аторовые астероиды и хондриты EL образовались из фрагмента массивного объекта, который был расколот при столкновении около 3 миллиардов лет назад.
Эти данные свидетельствуют о том, что какое-то событие должно было отклонить траекторию объекта, породившего семейство Атор, так что он оказался между Марсом и Юпитером. «Мы знали, что родительское тело метеоритов EL было очень большим и что только один его фрагмент был перенесен в главный пояс«, — пояснил Марко Дельбо, соавтор исследования. Исследователи предполагают, что именно нестабильность планет-гигантов привела к миграции Юпитера вглубь Солнечной системы, что, в свою очередь, отклонило траекторию фрагмента Атора.
На каждой панели показана эволюция внутренней Солнечной системы в разное время: на панели I — формирование планетезималя, из которого образовались энстатитовые метеориты EL-типа. На панели II показано, что между 60 и 100 миллионами лет после зарождения нашей Солнечной системы планетезимал EL был раздроблен в области теллурических планет в результате удара. Фрагмент планетезималя EL (родоначальника семейства Атор) будет разбросан теллурическими планетами по орбите, пересекающей пояс астероидов, но с большим эксцентриситетом. На панели III показано, что через несколько десятков миллионов лет после нестабильности планет-гигантов столкновение между планетарным эмбрионом Тейей и прото-Землей привело к образованию Луны.
Моделирование, проведенное командой, показало, что смещение орбиты Юпитера отклонило траекторию родительского астероида семейства Атор примерно через 60 миллионов лет после образования Солнечной системы. «Моделируя эволюцию температуры, мы поняли, что родительское тело EL не могло разделиться на части раньше, чем через 60 миллионов лет после начала существования нашей Солнечной системы«, — говорит Дельбо. Объединив эти результаты с теми, что были получены ранее по троянским астероидам Юпитера, исследователи пришли к выводу, что нестабильность возникла между 60 и 100 миллионами лет после начала формирования Солнечной системы.
Удивительно, но эта дата совпадает со столкновением Земли и Тейи, в результате которого появилась Луна. Исследователи предполагают, что это столкновение, вероятно, было вызвано нестабильностью планет-гигантов. Однако эта гипотеза остается в значительной степени умозрительной, и для ее подтверждения необходимы дополнительные исследования.
