Миграция планет. Часть I [Fraser Cain]
Вот хаур мой лакс. Долгое время мы считали солнечную систему обычной, ничем не примечательной. Как же мы были неправы!
Оказалось, что планетарные системы могут быть очень разными. Она, современный облик именно нашей, оказало огромное влияние миграция планет. В 1995 году астрономы впервые обнаружили планету, которая вращается вокруг другой звезды главной последовательности. Планета у звезды 51 Пегаса стала настоящим открытием и превзошла все ожидания ученых. Она примерно в половину легче Юпитера и делает полный оборот вокруг светила всего за четыре дня. Даже у Меркурия уходит 88 дней на то, чтобы провернуть подобное. В четыре дня такое вообще возможно?
Чем больше астрономы всматривались в ночное небо, тем больше огромных вращающихся близко к своим звездам планет они находили. И сегодня, по прошествии двадцати лет, мы обнаружили уже пару десятков горячих юпитеров. Они встречаются не так уж и часто: лишь один процент звезд может похвастаться такими планетами. Вот только горячие юпитеры — самый настоящий парадокс. Прежние модели формирования планет, основанная на нашей родной солнечной системе, утверждают, что ближе всех звезде располагаются каменистые планеты, потом газовые, а дальше всех — ледяные. Мощное излучение формирующихся звезд защищает внутренние орбиты от лишнего материала и препятствует образованию более крупных планет.
Выходит, что газовые гиганты формируются в отдалении от звезды, а затем перемещаются ближе. Это и есть миграция планет. Я рад представить вам дух серийный выпуск, созданный совместно с автором научно-фантастических книг Джоном Майклом Кордиа. Если вы еще не заглядывали к нему на канал, то сейчас самое время! Там вас ждут интересные новости о космосе и прогнозы на будущее.
В этом выпуске я становлюсь на истории изучения миграции планет, а Джон в своем видео даст прогноз о том, что ждет планеты солнечной системы и настанет ли день, когда мы сами сможем их перемещать. Было бы круто! Ссылку на канал я размещу описании под видео.
Ну что ж, приступим.
Десятки лет назад астрономы считали, что планеты солнечной системы располагаются там же, где сформировались. Юпитер — один из газовых гигантов — больше Земли в 318 раз, а его орбита превышает 5 астрономических единиц, что равно среднему расстоянию от Солнца до нашей планеты, помноженному на 5. Следом на очереди Сатурн, чья масса в девяносто пять раз больше массы Земли, а орбита составляет почти 10 астрономических единиц. Потом Уран с массой 14 с половиной раз, превышающей земную, орбита — 19 астрономических единиц. И Нептун, чья масса превышает массу нашей планеты в 17 раз, орбита составляет около 30 астрономических единиц.
Прежняя теория образования солнечной системы никак не объясняла ученым текущее положение вещей. На задворках солнечной системы не могло хватить материалов для образования Урана и Нептуна. И как получилось, что Нептун больше Урана? Всё очень странно.
Самая распространённая теория планетной миграции, модели Ницц, названная так в честь обсерватории этого французского города, международная группа ученых выпустила несколько работ, в которых объяснила расположение планет солнечной системы. По их мнению, миллиарды лет назад, на заре существования солнечной системы, все планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — располагались намного ближе друг к другу. Пять с половиной астрономических единиц разделяли Юпитер и Солнце. Дальше всех, примерно в 17 астрономических единицах, находился Уран.
Газовые гиганты были собраны вместе и вращались вокруг Солнца по круговым орбитам. За Нептуном, примерно в 35 астрономических единицах от Солнца, располагался каменный ледяной диск. Но за прошедшие годы всё изменилось. Орбиты планет из круглых превратились в эллиптические, да и расстояния между планетами значительно увеличились. Уран перевернулся на бок, а спутник Нептуна и вовсе вращается в противоположном от всех прочих крупных спутников направлении.
Всё смешалось. Во всем виноват закон сохранения момента импульса. Представьте, что вокруг Солнца вращается всего одна планета, окружённая облаком комет. Каждый раз, выталкивая какую-нибудь комету прочь, планета теряет часть орбитального импульса и приближается к звезде. В солнечной системе несколько гигантских планет, которые взаимодействовали не только с окружающими кометами, но и между собой — это куда сложнее.
Юпитер в течение жизни немного приблизился к Солнцу. Уран и Нептун не только отделились от него, но и поменялись местами. Вот почему более крупный по отношению к Урану Нептун находится дальше от Солнца. Считается, что он переместился и занял свое положение всего за 10 миллионов лет. Прежде чем ученые открыли первую экзопланету, у нас был лишь один пример планетной системы, глядя на которую мы пытались понять, что же все-таки произошло. Теперь у астрономов есть тысячи подобных примеров.
Открытие такого количества внесолнечных планет дало ученым неиссякаемый источник данных для компьютерного моделирования. Вкупе с наблюдениями оно позволило выделить три типа миграций, которые возможны в планетных системах. Первый тип происходит за счет межпланетного газа. На заре солнечной системы планеты вращались в диске из газа и пыли. То там, то тут появлялись зоны высокой плотности, и гравитация воздействовала на планеты, повышая или понижая их момент импульса, приближая или отдаляя от звезды.
Газовые гиганты вроде Юпитера довольно быстро расчищают пространство вдоль своей орбиты. Здесь в игру вступает второй тип миграции. После того как планета избавилась от лишнего материала в непосредственной близости, она из-за собственной силы притяжения начинает затягивать на освободившееся место газ и пыль, которые находились дальше. Планета теряет момент импульса и продолжает приближаться к звезде. Это объясняет, каким образом горячим юпитерам удалось подобраться к центру своих систем настолько близко. Порой вместе с пылью и газом планета захватывает и другие объекты крупнее, что значительно ускоряет процесс миграции. Это третий тип.
За несколько десятков проходов вокруг звезды планета может приблизиться на значительное расстояние. Через мгновение я расскажу вам о странных миграциях, на которые не скупится вселенная. Но сначала я хочу поблагодарить Ройана, Томаса, Супер Саяна Файв, Гэри, Даниса и ещё 800 наших подписчиков на Патреоне. Если вам понравилось это видео и вы хотите поддержать наш канал, то переходите по ссылке в описании.
Телескоп НАСА Кеплер обнаружил тысячи планетарных систем, и вероятно, одна из самых интересных среди них — Кеплер 223. Возможно, именно благодаря ей астрономы наконец-то смогут понять, что же происходило в нашей солнечной системе. Мы знаем о четырех планетах системы Кеплер 223, и все они расположены близко к звезде. Год на ближайшей из них равен 7 земным дням, а на самой дальней — 19. Будучи средними по размеру, они больше, чем планеты земной группы, но меньше, чем такие газовые гиганты, как Нептун.
В солнечной системе им нет аналогов, но судя по всему, для Млечного Пути они не редкость. Но вот что необычно: периоды обращения четырех планет кратны друг другу. Это называется орбитальным резонансом. Также ведут себя спутники Юпитера: с каждым полным оборотом Ганимед обходит Юпитер 2 раза, а Ио — целых 4. Они кружатся в отточенном гравитационном танце. Подобные системы — идеальный объект для изучения процесса миграции.
Первая планета мигрировала сквозь диск газа и пыли к своему месту, за ней последовала вторая, которая достигла резонансной орбиты и остановилась. То же произошло с третьей и четвертой. В солнечной системе этот процесс происходил куда более драматично. Объекты сталкивались друг с другом, из-за чего достичь орбитального резонанса часто не получалось. Даже гравитационное воздействие комет и астероидов внесло свои помехи, из-за чего планеты-гиганты отдалялись от звезды всё дальше и дальше.
Миграция планет играет далеко не последнюю роль в формировании различных планетных систем в нашей галактике. Она может проходить медленно и спокойно, как в случае с Кеплер 223, когда планеты застывают в резонансе, а может и хаотично. Примером такой миграции служит наша с вами солнечная система.
По мере того как мы будем открывать всё новые планетарные системы Млечного Пути, мы столкнемся с новыми примерами миграции и лучше поймем, как именно сформировалась наша солнечная система. Переведено и озвучено студией Вирт Дай Дар.