Астрофизики нашли следы третьего ледяного гиганта в истории планет

В Солнечной системе сегодня существуют два известных ледяных гиганта — Уран и Нептун. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Icarus, предполагает, что в прошлом мог существовать еще один подобный объект. По расчетам авторов, такая планета могла быть выброшена из системы миллиарды лет назад, но до этого она успела существенно повлиять на динамику внешних областей Солнечной системы.

Речь идет о периоде сразу после образования планет, примерно 4–4,5 миллиарда лет назад, когда система еще не стабилизировалась.

Модель Ниццы и эпоха гравитационного хаоса

Согласно модели Ниццы, внешняя Солнечная система переживала фазу так называемой динамической нестабильности. В этот период орбиты Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна могли резко смещаться, а сами планеты могли многократно сближаться друг с другом на относительно небольшие по космическим меркам расстояния.

Такие сближения сопровождались мощными гравитационными взаимодействиями, которые перераспределяли энергию и угловой момент системы. В результате планеты постепенно заняли свои современные орбитальные позиции, но этот процесс был крайне хаотичным и потенциально разрушительным для спутниковых систем.

Особая задача для моделей — объяснить, как спутники Юпитера и Урана смогли пережить такую ​​интенсивную гравитационную «турбулентность».

Компьютерное моделирование ранней Солнечной системы

Чтобы протестировать сценарии, исследователи проанализировали 122 тщательно отобранные числовые модели, выбранные из тысяч симуляций. Эти модели лучше всего воспроизводили современную структуру внешней части Солнечной системы и учитывали наблюдаемые параметры орбит планет и их спутников.

Расчеты проводились с помощью программ, моделирующих гравитационные взаимодействия между планетами, спутниками, Солнцем и пролетающими мимо малыми телами. Временные масштабы моделирования достигали миллионов лет, что позволило проследить долгосрочную эволюцию системы.

Отдельно рассматривались сценарии с пятью и шестью планетами-гигантами. Некоторые модели вводили дополнительную планету, которая впоследствии могла быть выброшена из системы в результате гравитационного взаимодействия с Юпитером или Сатурном.

Резкие сближения и судьба спутников

Результаты показали, что устойчивость спутниковых систем Юпитера и Урана в таких условиях крайне низка. По мнению авторов:

«Мы обнаружили, что вероятность выживания лунных систем Юпитера и Урана составляет менее 15%».

В большинстве сценариев близкие пролеты планет-гигантов приводили к сильным возмущениям орбит спутников, их дестабилизации и последующим столкновениям. Особенно уязвимой была система Урана, где гравитационное воздействие могло не только разрушить орбиты, но и вызвать цепочки столкновений между самими спутниками.

В некоторых моделях разрушенные спутники не покинули систему, а образовали плотные облака ледяных обломков. Эти фрагменты постепенно вновь срастались – то есть слипались под действием собственной гравитации, образуя новые спутники.

Возможное происхождение отдельных спутников

Исследователи считают происхождение некоторых спутников Урана, включая Миранду, одним из возможных объяснений этой динамики. Его необычная топография и структура могут быть результатом повторной сборки из фрагментированного материала после древних катастрофических воздействий.

Модели также показывают, что спутники Урана могли пережить как минимум два крупных периода возмущений:

во время изменения наклона оси планеты, вероятно, вызванного мощным гравитационным воздействием; в фазе общей нестабильности орбит планет-гигантов.

Эти события могли произойти по отдельности и с разной интенсивностью, что еще больше усложняет реконструкцию истории системы.

Авторы отмечают, что для выяснения роли возможного третьего ледяного гиганта и истории спутников необходимы дальнейшее моделирование и данные наблюдений.

\