Наша Солнечная система: неужели мы одни такие?

Мы хорошо знакомы с Солнечной системой – ведь, по сути, это наш родной дом. Названия входящих в ее состав планет, порядок их расположения (а может быть, даже расстояние от Солнца) известны многим из нас еще со школы. Однако, как выяснил корреспондент BBC Earth, наш дом не очень похож на другие.

Есть четыре внутренние планеты, расположенные ближе всего к Солнцу, они называются планетами земной группы (или твердотельными планетами). Твердая поверхность позволяет ходить по ним или осуществлять посадки космических аппаратов. Есть четыре внешние планеты (за исключением относительно небольшого, состоящего из скальных пород и льда Плутона, планетный статус которого относительно недавно был пересмотрен - теперь он считается карликовой планетой), они представляют собой гигантские газовые шары, окруженные кольцами. А между внутренними и внешними планетами расположен пояс астероидов.

      До недавнего времени это были единственные известные нам планеты

Такая стройная конфигурация, правда? Собственно, около столетия у нас ничего и не было, кроме нее. Но в 1995 г. ситуация изменилась. 20 лет назад астрономы обнаружили первую экзопланету - планету, обращающуюся вокруг звезды, но не Солнца, вне Солнечной системы. Это был газовый гигант, похожий по массе на Юпитер, который назвали 51 Пегаса b.

В последующие два десятилетия удалось открыть тысячи других планет. По некоторым оценкам, в нашей Галактике их сотни миллиардов. Таким образом, Солнечная система не уникальна.

И все-таки, несмотря на такое большое количество планетных систем, астрономы считают, что в определенном смысле Солнечная система стоит особняком. Как так?

"Становится все более очевидно, что Солнечная система нетипична", - говорит Грегори Лафлин, планетолог из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.

Пока еще не совсем понятно, насколько велика эта нетипичность (ведь одно дело - панк, забредший на вечер встречи ветеранов колхозного движения, совсем другое – лепрекон, скачущий по улице на единороге), но ученые уже пытаются объяснить причины особенностей Солнечной системы.

Если она окажется космологической аномалией, то, возможно, таковой является и Земля — а с нею и жизнь на нашей планете.

Иными словами, нельзя исключать нашу уникальность во Вселенной.

Уникальная система?

Стоит только примириться с мыслью о том, что планеты в космосе встречаются не реже звезд, как перед нами возникает новое открытие - поразительное разнообразие их параметров. "Мы всегда питали надежду на то, что планет в космосе много, - говорит Лафлин. - И оказалось, что это действительно так. Но найденные нами экзопланеты разительно отличаются от планет Солнечной системы".

При помощи орбитальной обсерватории "Кеплер" астрономам удалось обнаружить тысячи экзопланет самых разнообразных составов и размеров. Оказывается, существуют совсем миниатюрные планетные системы, сравнимые по размерам с Юпитером и четырьмя из крупнейших его спутников. В других системах плоскость обращения планет находится под большим углом к плоскости вращения звезд. Некоторые планеты обращаются вокруг двух звезд сразу — наподобие планеты Татуин с двумя солнцами из фильма "Звездные войны".

В нашей Солнечной системе есть два типа планет - маленькие каменистые и крупные газообразные. Но астрономы пришли к выводу, что большинство экзопланет не вписывается ни в одну из этих категорий. По размерам они, чаще всего, представляют собой нечто среднее: меньше Нептуна, но крупнее Земли.

Самые маленькие из обнаруженных экзопланет могут быть каменистыми – их иногда называют сверхземлями (не совсем корректный термин, поскольку сверхземля вовсе необязательно схожа с Землей - это всего лишь планета чуть большего размера). Более крупные экзопланеты, известные как горячие нептуны, в основном состоят из газов.

Удивительно то, что многие из этих планет находятся на очень малом удалении от своих звезд - меньшем, чем расстояние между Меркурием и Солнцем. В 2009 г., когда астрономы впервые обнаружили такие близкие к звезде орбиты, большинство ученых были настроены скептически. "Это казалось совершенно невероятным, люди просто не могли поверить, что такое бывает", - говорит Лафлин. Однако впоследствии при помощи обсерватории "Кеплер", запущенной в том же году, удалось подтвердить, что такой феномен не просто существует, а и весьма распространен. По всей видимости, в нашей Галактике суперземли вращаются на близких к звездам орбитах чуть ли не половине случаев.

В этом, говорит Лафлин, заключается одно из самых важных отличий Солнечной системы: "Внутри орбиты Меркурия (между Меркурием и Солнцем – Ред.) нет вообще ничего. Даже астероидов".

Еще одна странность Солнечной системы — это Юпитер. Крупные экзопланеты встречаются не так часто, и по большей части они обращаются по орбитам, сравнимым с земной или венерианской. Только примерно у двух процентов изученных звезд есть планеты размером с Юпитер на орбитах, сравнимых с юпитерианской.

"Полное отсутствие каких-либо небесных тел внутри орбиты Меркурия и массивный Юпитер на значительном удалении от Солнца — вот те два фактора, которые отличают Солнечную систему", - отмечает Лафлин.

Никто точно не знает почему это так, но у Лафлина есть одна сложная теория — он считает, что Юпитер в свое время "блуждал" по Солнечной системе, уничтожая нарождающиеся планеты и, в конечном итоге, создав условия для формирования Земли.

Блуждающий Юпитер

Планеты рождаются вслед за своими звездами. Звезда возникает при схлопывании газового облака в плотный шар. Из остатков газа и пыли вокруг нее формируется диск, который затем и превращается в отдельные планеты.

Раньше астрономы полагали, что планеты Солнечной системы сформировались на своих нынешних орбитах. В непосредственной близости от горячей молодой звезды газ и лед находиться не могли - единственными возможными "строительными материалами" в этом регионе должны были быть силикаты и металлы, поэтому там и сформировались относительно небольшие твердые планеты. Вдали же от Солнца из газов и льдов возникли газовые гиганты, известные нам сегодня.

      Горячие юпитеры могли мигрировать ближе к своим звездам, а потом снова отдаляться от них

Однако в процессе поиска экзопланет астрономы обнаружили газовые гиганты, обращающиеся чрезвычайно близко к своим звездам – и это притом, что температуры на таких орбитах были бы слишком высокими для возникновения этих планет. Ученые пришли к выводу, что такие горячие юпитеры, вероятно, постепенно мигрировали ближе к своим звездам. Более того, планетарная миграция может быть весьма распространенным явлением - не исключено, что газовые гиганты Солнечной системы тоже в прошлом меняли свои орбиты.

"Раньше мы считали, что гигантские планеты находятся на своих нынешних орбитах с момента возникновения. Это был наш основополагающий постулат", - говорит Кевин Уолш, планетолог из Юго-западного научно-исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. Теперь же, по его словам, этого постулата больше не существует.

Уолш — сторонник гипотезы большого отклонения (Grand Tack hypothesis), названной так в честь зигзагообразного маневра в парусном спорте. Согласно ей, Юпитер начал менять орбиту в ранний период истории Солнечной системы, причем сначала планета приближалась к Солнцу, а затем начала удаляться от светила — подобно лавирующей яхте.

В соответствии с этой гипотезой, первоначальная орбита Юпитера была несколько уже нынешней - планета сформировалась на расстоянии примерно в три астрономические единицы от Солнца (одна астрономическая единица соответствует среднему расстоянию между Солнцем и Землей). В то время Солнечной системе было всего несколько миллионов лет — детский возраст в масштабах Вселенной, — и она все еще была наполнена газом.
По мере обращения Юпитера вокруг Солнца газ с внешней стороны орбиты поддталкивал планету ближе к светилу. Когда же за пределами юпитерианской орбиты сформировался Сатурн, это привело к возмущению газового поля, и центростремительное движение Юпитера прекратилось на расстоянии примерно в полторы астрономические единицы от Солнца.

       Возможно, формирование Сатурна остановило процесс миграции Юпитера

После этого на Юпитер начали оказывать давление газы с внутренней стороны его орбиты, отталкивая планету во внешние регионы Солнечной системы. Поскольку с внешней стороны орбиты давить на Юпитер было уже нечему, он отдрейфовал на свою нынешнюю орбиту на расстоянии в 5,2 астрономической единицы от Солнца.

Источник