Беглецы и бродяги: кто уничтожил суперземли Солнечной системы и лишил ее обитаемой планеты
Наша система резко отличается от остальных известных систем вокруг других звезд: планеты в ней находятся на очень большом расстоянии от звезды и друг от друга, кроме того, у нас нет ни одной видимой суперземли. Наконец, расчеты показывают, что вокруг Солнца должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно виноват в случившемся.
Обманчивая обыденность – и что за ней прячется,
Когда мы глядим на окружающий мир, он часто представляется нам «обыкновенным», обыденным. Однако стоит присмотреться – и все оказывается ровно наоборот. Взять хотя бы место, где мы живем. На первый взгляд, в Солнечной системе все нормально: планеты как планеты. Все примерно так и думали до тех пор, пока астрономия не достигла больших успехов в изучении и моделировании планетных орбит.
Началось с того, что у Юпитера орбита слишком отклоняется от круговой – показывает эксцентриситет (вытянутость орбиты) 0,048, втрое больше, чем у Земли. Между тем орбиту небесного тела тем тяжелее нарушить, чем больше его масса. Исходно планеты в протопланетном диске имели «ровные», круговые орбиты – то есть получить ее «вытягивание» могли только при гравитационном взаимодействии с кем-то еще. Юпитер по массе в 318 раз превосходит Землю и в 2,5 раза – все остальные планеты Солнечной системы. Чтобы «вытянуть» ему орбиту так сильно, нужны гравитационные взаимодействия колоссальных масштабов. С кем? Кто настолько массивен, чтобы повлиять на него?
Уран и Нептун тоже хороши: по расчетам, на своих нынешних местах они должны формироваться дольше, чем мог существовать протопланетный диск. Единственный разумный выход из этого парадокса – предположить, что сначала они образовались куда ближе к Солнцу и уже потом мигрировали подальше.
Однако загадка загадок в нашей системе – это Марс и вообще планеты земной группы. По логике, планета тем массивнее, чем дальше она от Солнца. Ведь чем дальше та или иная часть протопланетного облака от светила, тем меньшая часть вещества этой части диска будет вытеснена вовне излучением звезды и солнечным ветром (потоком заряженных частиц с солнечной поверхности). Вроде бы все так и есть: Меркурий в 15 раз легче Венеры, а Венера в 1,18 раза легче Земли. Но вот на Марсе закономерность сломалась: он в девять раз легче нашей планеты.
Конечно, некоторые проблемы можно снять тем, что гравитация Юпитера «оттянула» часть планетезималей – небольших тел наподобие астероидов, из которых формировались планеты земного типа – вовне, далеко от Марса. Но все расчеты астрономов показывают, что на месте Марса должна была возникнуть планета с 0,5-1,0 земной массы.
Это далеко не чисто теоретический вопрос, как можно подумать. Дело в том, что Марс лежит в пределах зоны обитаемости Солнечной системы. Будь у него атмосфера хотя бы сравнимая с земной – и она сохраняла бы тепло достаточно, чтобы климат Марса был похож на засушливый земной. Однако на практике в наше время атмосфера там в 150 раз разреженнее нашей – гравитация маломассивной планеты слишком слаба, чтобы удержать более плотную оболочку без терраформирования.
Очевидно, если бы Марс был в пять-девять раз массивнее, чем сегодня, то четвертая планета нашей системы была бы обитаема. Либо ее жизнь колонизировала Землю, либо земные космонавты уже осваивали этот мир – причем с целью массовой колонизации, которая сейчас невозможна без терраформирования продолжительностью в сотню лет.
Есть еще одно «но». Наблюдения за другими планетными системами показывают: там планеты размером с Землю, Венеру, Марс и Меркурий – редкость. Твердые планеты обычно имеют массу заметно больше земной, отчего их называют суперземлями. То есть все наши планеты земной группы – своего рода аномалия. Более того, астрономы Константин Батыгин и Майкл Браун предполагают (и сегодня это принятая большинством ученых гипотеза), что суперземля есть и в Солнечной системе – только невероятно далеко от Солнца, в сотни раз дальше Земли и в десятки раз дальше Нептуна. Само собой, протопланетных дисков таких размеров в нашей системе не было. То есть эта суперземля попала туда каким-то экзотическим образом уже после того, как сформировалась поблизости от Солнца. Как же у нас тут все так странно получилось?