Юпитер и Нептун объявлены пожирателями сверхземель

Из-за столкновений молодых планет, как утверждают астрономы, мы лишились ряда весьма крупных миров, которые иначе могли бы украсить наше ночное небо.Сверхземли — это планеты, весящие до 10 раз больше, чем наш родной мир. У других звёзд такие объекты, столь милые сердцу природы, уже были пойманы не раз, но в Солнечной системе сверхземель нет. Новые работы указывают на виновников такого безобразия.

Астроном Шу Линь Ли (Shu Lin Li) из Пекинского университета (Peking University) и его американские коллеги посчитали, что будет, если с газовым гигантом столкнётся новорождённая сверхземля или протопланетный эмбрион массой, сопоставимой с земной. Оказалось, развитие событий может идти по двум разным сценариям, а "выбор" между ними определят не столь уж сильно разнящиеся параметры двух планет – ударника и мишени.

Никто не может в точности сказать, сколько планет и какого "достоинства" было бы в Солнечной системе, если б не столкновения и поглощения. Успевшим набрать солидный вес раньше соседей газовым гигантам повезло – катастрофы лишь увеличивали их массу. А вот о существовании планет-жертв ныне можно судить лишь по косвенным признакам (иллюстрация David A. Aguilar, CfA).

В случае с Юпитером поглощённый объект типа суперземли хотя и будет сильно деформирован, успеет в своём движении достичь ядра и даже крепко ударить по нему. В результате ядро газового гиганта будет в значительной степени повреждено, большие массы тяжёлых элементов окажутся развеяны и размешаны по всей водородно-гелиевой толще.

Сатурн мог испытать сходную катастрофу, но с важным отличием — несколько меньшие масса и скорость угодившей в него молодой планеты привели бы к тому, что "ударник" не смог бы пронзить газовый гигант до самого ядра, а разрушился бы раньше.Его останки обогатили бы тяжёлыми элементами атмосферу и глубины планеты, а крупные обломки аккуратно опустились бы к самому ядру, добавив ему веса.

Один из ряда сценариев, просчитанных учёными. Удар по "молодому Сатурну" планеты массой в 10 Земель. Серым показана газовая оболочка, красным – ядро гиганта, синим – вещество "планеты-молотка". Шкалы – в миллиардах сантиметров (иллюстрация Shu Lin Li et al.).

Шу Линь Ли, который, кстати, нам известен по изучению планеты, поедаемой солнцем, объясняет, что столь близкие по начальным условиям, но отличные по финалу сценарии космического удара великолепно объясняют загадку отличия в строении Юпитера и Сатурна.

Да, между ними очень много общего. Однако более тяжёлый и крупный Юпитер обладает, по последним, основанным на гравиметрических измерениях расчётам, каменным ядром весом в 2-10 Земель, в то время как втрое более лёгкий собрат-Сатурн щеголяет ядром, тянущим аж на 15-30 Земель. Это противоречие трудно объяснить.

А вот акты "убийства" молодых планет сводят концы с концами, да ещё и раскрывают секрет оболочек гигантов. Тяжёлых элементов в них по доле содержится вроде бы и немного, но если сравнивать их "металлизацию" с Солнцем (оно — отражение облака, породившего и звезду, и планеты), получается, что их в избытке.

Чтобы узнать, что творится в глубине Юпитера, учёным приходится проводить численное моделирование да опираться на строение доступных приборам слоёв. Так рождаются гипотезы об удивительном гелиевом дожде и металлическом гелии (иллюстрация NASA/R.J. Hall).

Ещё одно сходное исследование провёл не так давно Стивен Деш (Steven Desch) из университета Аризоны. Ранее он установил, что Уран и Нептун родились ближе к светилу, а чуть позже "переехали" дальше к окраине, а потом ещё и орбитами обменялись.

Теперь исследователь пошёл дальше. По его выкладкам выходит, что на пути движения от Солнца этим газовым гигантам вполне могли попасться молодые сверхземли. В силу того, что окраины протопланетного диска менее плотные, чем его центральный регион, те юные миры не успели "нагулять вес". За что и поплатились.

По оценке учёного, нынешний спутник Нептуна Тритон некогда был луной сверхземли. При встрече парочки с газовым гигантом силы гравитации распределились так, что Нептун проглотил суперземлю, а Тритон был захвачен на аномальную ретроградную орбиту (ранее аналогичный план захвата этого спутника был вычислен другой командой).Нептун загадочно горячее близнеца Урана (обе планеты похожи по составу и строению), хотя расположен в 1,5 раза дальше от Солнца. Атмосфера Нептуна существенно более активна (пусть на Уране тоже находят интересные образования). Учёные говорят, что такое температурное отличие может быть последствием давнего поглощения Нептуном сверхземли, изображённого на этом рисунке (иллюстрация NASA/discovery.com).

Сам Уран тоже мог некогда столкнуться с несчастливой планетой, но, видимо, вес её был меньше, чем масса жертвы Нептуна.

В пользу версии с поглощением говорит, кстати, наклон осей вращения двух планет. Косой удар других тел — одно из вероятных объяснений такому наклону. Хотя есть модели (1, 2), в которых оси повернулись исключительно из-за гравитационных возмущений со стороны соседей по системе.

Вообще же получается, что все четыре газовых гиганта в далёком прошлом могли быть "убийцами" планет. И пока орбиты миров приняли нынешний вид, хаос в молодой Солнечной системе, вполне вероятно, погубил таким манером несколько сверхземель и вдобавок не одну планету размером с Землю.

Следы того бурного периода мы можем наблюдать и сейчас. По самой распространённой теории, именно столкновение молодой Земли и планеты Тейя (размером с Марс) породило Луну.Похоже, столкновения небесных тел в молодых системах являются правилом. Правда, раньше об этом говорили применительно ко всяческим обломкам типа астероидов (как на этом рисунке). Но что если соударения газовых гигантов и сверхземель – столь же распространённый "номер программы"? (иллюстрация ISAS/JAXA)

Юный Марс тоже пережил колоссальный удар тела размером с Плутон, преобразивший облик Бога войны. А спутник Плутона Харон, по одной из версий, был рождён аналогично Луне — при столкновении Плутона с другим космическим телом сравнимого веса.

Ещё интересный пример — вытянутая карликовая планета Хаумеа, сама форма которой и огромное пятно указывают на давнюю катастрофу.

"Хук" со стороны объекта планетарного размера мог повлиять на вращение Венеры вокруг своей оси (оно, как известно, аномально медленное и идущее с востока на запад). И особенности строения Меркурия, а также заметный наклон и вытянутость его орбиты — это, аналогично, вероятный результат удара по первой планете другого крупного объекта.

Косвенно нынешние предположения подтверждают и примеры столкновений планет в других звёздных системах. Три свежих случая, горячие следы которых прослеживаются в данных наблюдений (1, 2 и 3), произошли всего несколько тысяч лет назад.

Астрономы также предполагают, что некоторые из экстрасолнечных планет аномально большой плотности (то есть с крупным ядром и бедной атмосферой) родились в соударениях газовых гигантов, когда часть лёгких веществ оказалась распылена, а тяжёлые сформировали массивные ядра (иллюстрация Lynette Cook, Gemini Observatory/AURA).

Учёные говорят, что молодые сверхземли, если бы не повстречались с гигантами-пожирателями, со временем могли бы и сами набрать дополнительный газ, превратившись в гигантов. Но этого им просто не дали сделать.

Любопытно, что катастрофы не только определили когда-то облик нашего дома – они поработают над ним и в далёком будущем. Ведь, по оценкам учёных, Солнечную систему ожидают новые столкновения планет.

И если в пору молодости Солнца такие коллизии происходили из-за ещё не устоявшихся орбит, то через миллиарды лет орбиты, словно вспоминая детство, снова "расшатаются" и дестабилизируются. А это ещё раз показывает: гибель миров, поражающая воображение своим масштабом, в Галактике и Вселенной — событие обыкновенное. Разве это не удивительно?