У Сонячній системі, ймовірно, була ще одна планета
Зараз основною теорією еволюції Сонячної системи вважається модель Ніцци. Вона припускає, що після розсіювання початкового протопланетного диска чотири гіганта - Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун - оберталися по майже кругових орбітах на відстані в 5,5-17 а.о. від Сонця, а не в 5-30, як зараз. За орбітою крайньої з цих планет знаходився великий щільний диск з кам'яних і крижаних планетозималей*. І простягався він на відстань до 35 а. о. від Сонця - далі нинішньої орбіти Нептуна.
На внутрішньому краю цього диска планетозималі періодично гравітаційно взаємодіяли з самим віддаленим гігантом, який змінював їх орбіти. Планета захоплювала маленькі крижані тіла, пересуваючи їх ближче до Сонця, при цьому обмінюючись моментами імпульсу з планетозималями. Для компенсації переданого моменту гігант злегка зміщувався від Сонця, починаючи ще частіше взаємодіяти з планетозималями і відправляти їх ближче до світила, і так далі ... Таким чином, орбіти Урана, Нептуна і Сатурна послідовно переміщалися назовні, поки планетозималі не виявилися поблизу Юпітера. Через кілька сотень мільйонів років Юпітер і Сатурн, дві внутрішніх планети-гіганта, увійшли в орбітальний резонанс 1:2 (або 2:3), що призвело до зміни їх кругових орбіт на більш витягнуті, це дестабілізувало всю Сонячну систему. Під дією Юпітера, Сатурн переміщується до його нинішнього положення, попутно виштовхуючи від Сонця Нептун і Уран.
Модель добре пояснює безліч деталей історії нашої планетної системи, включаючи пізнє важке бомбардування. Але у неї є недоліки. Зокрема, всі спроби точно змоделювати вищеописані процеси закінчуються провалом: один з чотирьох гігантів виявляється викинутим за межі Сонячної системи; землеподібні планети починають зіштовхуватися між собою - або, того гірше, орбіта Юпітера стає неправильною, попутно дестабілізуючи орбіти інших тіл.
Девід Несворні з Південно-Західного дослідницького інституту в Боулдері (США) і Алессандро Морбіделлі з Обсерваторії Лазурного берега (Франція) спробували вирішити проблему, припустивши, що модель вірна, просто в її розвитку брало участь більше компонентів, ніж передбачалося.
На думку науковців - наявність п'ятого гіганта змогло захистити землеподібні планети від частих зіткнень між собою і одночасно стабілізувало систему в період міграції планет-гігантів до зовнішніх орбіт. Стабілізація справила негативний вплив тільки на саму планету - у підсумку вона була викинута гравітацією Юпітера з Сонячної системи, набувши швидкість вище третьої космічної.
Також астрономи розглянули сценарій з існування шостої гігантської планети. Але ймовірність еволюції такої системи в сучасну виявилася дещо менше, ніж з п'ятьма гігантами, хоча і значно вище, ніж з чотирма існуючими гігантами.
Дослідники вважають, що за властивостями планета-вигнанець була чимось середнім між Нептуном і Ураном, при подібній масі і щільності. У той же час, якщо вірна модель з шістьма гігантами, з яких два пізніше були вигнані, то маса обох вигнанців повинна була складати половину від маси Нептуна (8-9 земних), тут мова йде вже про клас «суперземель». Такий варіант, до речі, до деякої міри пояснює відсутність планет такого роду в нинішній Сонячній системі - при їх досить частому виявленні у космосі.
Наскільки модель Ніцци з викинутою планетою гігантом може бути типовою для Всесвіту? Поки не вдалося виявити подібну систему. Схема «землеподібні планети - пояс астероїдів - газові гіганти - крижані гіганти», та ще й з великим розривом між орбітами планет, відрізняється від відомих сучасній астрономії планетних систем; більш того, трапляються випадки, коли гіганти розміщуються ближче до зірки, ніж землеподібні планети.
Після проведення приблизно 10 тис. симуляцій розвитку системи астрономи прийшли до висновку, що з її первинного стану випливає безліч варіантів з різним розподілом орбіт планет, що не збігається з нинішнім. При цьому ймовірність утворення Сонячної системи в її сучасному вигляді дорівнює приблизно 5%, тобто лише кожна двадцята зоряна система буде мати настільки рідкісний розподіл планет у відповідній ієрархії. Правда, враховуючи нинішні дані про кількість планетних систем, це означає, що тільки в нашій Галактиці винятків повинно бути принаймні кілька мільярдів.
*Планетозималь — небесне тіло, що обертається навколо зорі, на яке поступово осідають менші об'єкти та частинки протопланетного диску. Постійно притягуючи до себе новий матеріал, планетозималі формують все більше тіло, аж поки під дією сили тяжіння окремі частини починають ущільнюватись, піднімаючи температуру в центрі тіла, що призводить згодом до плавлення матеріалу та утворення ядра. Після цього планетозималь перетворюється в протопланету.
Ключові слова: