Походження планет
Про автора
- Формування планет, яке здавна вважалося спокійним і стаціонарним процесом, насправді виявилося досить хаотичним.
- Основні положення
- 1. міжзоряна хмара стискається
- Час: 0 (початкова точка процесу формування планет)
- Клубки космічного пилу
- 2. диск купує структуру
- Час: близько 1 млн років
- Зростання олігархів
- 3. формуються зародки планет
- Час: від 1 до 10 млн років
- Гігантський стрибок для планетної системи
- 4. народжується газовий гігант
- Час: від 1 до 10 млн років
- Історія народження світів
- 5. газовий гігант стає незсидючим
- Час: від 1 до 3 млн років
- Як обійняти зірку
- 6. З’являються й інші планети-гіганти
- Час: від 2 до 10 млн років
- Додавання в сімействі
- 7. Формуються планети типу Землі
- Час: від 10 до 100 млн років
Дуглас Лін (Douglas N.C. Lin), як і багато вчених його покоління, захопився астрономією під впливом запуску першого супутника в 1957 р. Він народився в Нью-Йорку, а виріс у Пекіні. Навчався в Макгіллівському університеті в Монреалі, захистив дисертацію в Кембриджському університеті, потім працював в Кембриджському і Гарвардському університетах, а пізніше став викладати в Каліфорнійському університеті в Санта-Круз. Він є засновником і директором Інституту астрономії та астрофізики фонду Кавлі при Пекінському університеті. Як любитель лижного спорту, він не з чуток знає про частинки льоду і лінії льоду.
У масштабах космосу планети — всього лише піщинки, що відіграють незначну роль у грандіозній картині розвитку природних процесів. Однак це найбільш різноманітні і складні об’єкти Всесвіту. Жоден з інших типів небесних тіл не має подібної взаємодії астрономічних, геологічних, хімічних і біологічних процесів. Ні в одному з інших місць у космосі не може зародитися життя в тому вигляді, як ми його знаємо. Тільки протягом останнього десятиліття астрономи виявили понад 200 планет.
Формування планет, яке здавна вважалося спокійним і стаціонарним процесом, насправді виявилося досить хаотичним.
Вражаюче розмаїття мас, розмірів, складу і орбіт змусило багатьох задуматися про їх походження. У 1970-ті рр. формування планет вважалося впорядкованим, детермінованим процесом — конвеєром, на якому аморфні газово-пилові диски перетворюються на копії Сонячної системи. Але тепер нам відомо, що це хаотичний процес, що передбачає різний результат для кожної системи. Народжені планети вижили в хаосі конкуруючих механізмів формування і руйнування. Багато об’єктів загинули, згорівши у вогні своєї зірки, або були викинуті в міжзоряний простір. У нашій Землі могли бути давно втрачені близнюки, що мандрують нині в темному і холодному космосі.
Юна планета-гігант захоплює газ з диска навколо новонародженої зірки. Зображення «У світі науки»
Наука про формування планет лежить на стику астрофізики, планетології, статистичної механіки і нелінійної динаміки. Загалом планетологи розвивають два основних напрямки. Згідно з теорією послідовної аккреції, крихітні частинки пилу злипаються, утворюючи великі брили. Якщо така брила притягне до себе багато газу, вона перетворюється на газовий гігант, як Юпітер, а якщо ні — на кам’янисту планету типу Землі. Основні недоліки даної теорії — повільність процесу і можливість розсіювання газу до формування планети.
В іншому сценарії (теорія гравітаційної нестійкості) стверджується, що газові гіганти формуються шляхом раптового колапсу, що призводить до руйнування первинної газово-пилової хмари. Цей процес у мініатюрі копіює формування зірок. Але гіпотеза ця вельми спірна, т. к. передбачає наявність сильної нестійкості, яка може і не настати. До того ж астрономи виявили, що найбільш масивні планети і найменш масивні зірки розділені «порожнечею» (тіл проміжної маси просто не існує). Такий «провал» свідчить про те, що планети — це не просто маломасивні зірки, але об’єкти зовсім іншого походження.
Основні положення
- Ще років десять тому вчені, які вивчають формування планет, засновували свої теорії на єдиному прикладі — нашій Сонячній системі. Але тепер виявлено десятки народжуваних і десятки вже сформованих планетних систем, причому серед них немає двох однакових.
- Основна ідея провідних теорій формування планет така: дрібні пилинки злипаються і захоплюють газ. Але ці процеси складні і заплутані. Боротьба конкуруючих механізмів може призвести до абсолютно різних результатів.
Незважаючи на те що вчені продовжують сперечатися, більшість вважає більш імовірним сценарій послідовної аккреції. У цій статті я буду спиратися саме на нього.
1. міжзоряна хмара стискається
Час: 0 (початкова точка процесу формування планет)
Наша Сонячна система знаходиться в Галактиці, де близько 100 млрд зірок і хмари пилу і газу, в основному — залишки зірок попередніх поколінь. У даному випадку пил — це всього лише мікроскопічні частинки водяного льоду, заліза та інших твердих речовин, що сконденсувалися у зовнішніх, прохолодних шарах зірки і викинуті в космічний простір. Якщо хмари досить холодні і щільні, вони починають стискатися під дією сили гравітації, утворюючи скупчення зірок. Такий процес може тривати від 100 тис. до кількох мільйонів років.
Кожну зірку оточує диск з решти речовини, якої достатньо для утворення планет. Молоді диски переважно містять водень і гелій. У їхніх гарячих внутрішніх областях частинки пилу випаровуються, а в холодних і розріджених зовнішніх шарах частинки пилу зберігаються і ростуть у міру конденсації на них пара.
Астрономи виявили багато молодих зірок, оточених такими дисками. Зірки віком від 1 до 3 млн років мають газові диски, тоді як у тих, що існують понад 10 млн років, спостерігаються слабкі, бідні газом диски, оскільки газ «видуває» з нього або сама новонароджена зірка, або сусідні яскраві зірки. Цей діапазон часу якраз і є епоха формування планет. Маса важких елементів у таких дисках порівнянна з масою даних елементів у планетах Сонячної системи: досить сильний аргумент на захист того факту, що планети утворюються з таких дисків.
Результат: новонароджена зірка оточена газом і крихітними (мікронного розміру) частинками пилу.
Клубки космічного пилу
Навіть гігантські планети починалися зі скромних тіл — мікронних пилів (попіл давно померлих зірок), що плавають у газовому диску. З віддаленням від новонародженої зірки температура газу падає, проходячи через «лінію льоду», за якою вода замерзає. У нашій Сонячній системі цей кордон відокремлює внутрішні тверді планети від зовнішніх газових гігантів.
- Частинки стикаються, злипаються і ростуть.
- Малі частинки захоплює газ, але ті, що більше міліметра, гальмуються і по спіралі рухаються до зірки.
- У лінії льоду умови такі, що сила тертя змінює напрямок. Частинки прагнуть злипнутися і легко об’єднуються в більш великі тіла — планетезималі.
2. диск купує структуру
Час: близько 1 млн років
Частинки пилу в протопланетному диску, хаотично рухаючись разом з потоками газу, стикаються один з одним і при цьому іноді злипаються, іноді руйнуються. Пилинки поглинають світло зірки і перевипромінюють його в довгохвильовому інфрачервоному діапазоні, передаючи тепло в найтемніші внутрішні області диска. Температура, щільність і тиск газу в цілому знижуються з віддаленням від зірки. Через баланс тиску, гравітацію та відцентрову силу швидкість обертання газу навколо зірки менша, ніж у вільного тіла на такій же відстані.
В результаті пилинки розміром більше декількох міліметрів випереджають газ, тому зустрічний вітер гальмує їх і змушує по спіралі опускатися до зірки. Чим більшими стають ці частинки, тим швидше вони рухаються вниз. Брили метрового розміру можуть скоротити свою відстань від зірки вдвічі всього за 1000 років.
Наближаючись до зірки, частинки нагріваються, і поступово вода та інші речовини з низькою температурою кипіння, звані летючими речовинами, випаровуються. Відстань, на якій це відбувається, — так звана «лінія льоду», — становить 2-4 астрономічні одиниці (а.є.). У Сонячній системі це якраз щось середнє між орбітами Марса і Юпітера (радіус орбіти Землі дорівнює 1 о.о.). Лінія льоду ділить планетну систему на внутрішню область, позбавлену летючих речовин і що містить тверді тіла, і зовнішню, багату летючими речовинами і містить крижані тіла.
На самій лінії льоду накопичуються молекули води, що випарувалися з пилів, що служить пусковим механізмом для цілого каскаду явищ. У цій області відбувається розрив у параметрах газу, і виникає стрибок тиску. Баланс сил змушує газ прискорювати свій рух навколо центральної зірки. В результаті частинки, що потрапляють сюди, опиняються під впливом не зустрічного, а попутного вітру, що підганяє їх вперед і зупиняє їх міграцію всередину диска. А оскільки з його зовнішніх шарів продовжують надходити частинки, лінія льоду перетворюється на смугу його скупчення.
Скупчуючись, частинки стикаються і ростуть. Деякі з них прориваються за лінію льоду і продовжують міграцію всередину; нагріваючись, вони покриваються рідким брудом і складними молекулами, що робить їх більш липкими. Деякі області настільки заповнюються пилом, що взаємне гравітаційне тяжіння частинок прискорює їх зростання.
Поступово пилинки збираються в тіла кілометрового розміру, звані планетезималями, які на останній стадії формування планет згрібають майже весь первинний пил. Побачити самі планетезималі в формованих планетних системах важко, але астрономи можуть здогадуватися про їх існування за уламками їх зіткнень (див.: Арділа Д. Невидимки планетних систем//ВМН, № 7, 2004).
Результат: безліч кілометрових «будівельних блоків», званих планетезималями.
Зростання олігархів
Мільярди кілометрових планетезималей, що сформувалися на стадії 2, збираються потім в тіла розміром з Місяць або Землю, звані зародками. Невелика їх кількість панує у своїх орбітальних зонах. Ці «олігархи» серед зародків борються за решту речовини
3. формуються зародки планет
Час: від 1 до 10 млн років
Вкриті кратерами поверхні Меркурія, Місяця і астероїдів не залишають сумніву в тому, що в період формування планетні системи схожі на стрілецький тир. Взаємні зіткнення планетезималей можуть стимулювати як їх зростання, так і руйнування. Баланс між коагуляцією і фрагментацією призводить до розподілу за розмірами, при якому дрібні тіла в основному відповідають за площу поверхні системи, а великі визначають її масу. Орбіти тіл навколо зірки спочатку можуть бути еліптичними, але з часом гальмування в газі і взаємні зіткнення перетворюють орбіти на кругові.
Спочатку зростання тіла відбувається в силу випадкових зіткнень. Але чим більше стає планетезималь, тим сильніша її гравітація, тим інтенсивніше вона поглинає своїх маломасивних сусідів. Коли маси планетезималів стають порівняні з масою Місяця, їх гравітація зростає настільки, що вони струшують навколишні тіла і відхиляють їх в сторони ще до зіткнення. Цим вони обмежують своє зростання. Так виникають «олігархи» — зародки планет з порівнянними масами, що конкурують один з одним за решту планетезимали.
Зоною харчування кожного зародка служить вузька смуга вздовж його орбіти. Зростання припиняється, коли зародок поглине більшу частину планетезималей зі своєї зони. Елементарна геометрія показує, що розмір зони і тривалість поглинання зростають з віддаленням від зірки. На відстані 1 о.о. зародки сягають маси 0,1 маси Землі протягом 100 тис. років. На відстані 5 о.о. вони досягають чотирьох земних мас за кілька мільйонів років. Зародки можуть стати ще більше поблизу лінії льоду або на краях розривів диска, де концентруються планетезималі.
Зростання «олігархів» заповнює систему вишукувань, які прагнуть стати планетами, але лише трохи це вдається. У нашій Сонячній системі планети хоча й розподілені по великому простору, але вони близькі один до одного наскільки це можливо. Якщо між планетами земного типу помістити ще одну планету з масою Землі, то вона виведе з рівноваги всю систему. Те ж саме можна сказати і про інші відомі системи планет. Якщо ви бачите чашку кави, заповнену до країв, то можете бути майже впевнені, що хтось її переповнив і розлив трохи рідини; малоймовірно, що можна до країв наповнити ємність, не розлив ні краплі. Настільки ж ймовірно, що планетні системи на початку свого життя володіють більшою кількістю речовини, ніж наприкінці. Деякі об’єкти викидаються з системи перш ніж вона досягне рівноваги. Астрономи вже спостерігали вільно літаючі планети в молодих зоряних скупченнях.
Результат: «олігархи» — зародки планет з масами в діапазоні від маси Місяця до маси Землі.
Гігантський стрибок для планетної системи
Формування такого газового гіганта, як Юпітер, — найважливіший момент в історії планетної системи. Якщо така планета сформувалася, вона починає керувати всією системою. Але щоб це сталося, зародок повинен збирати газ швидше, ніж він рухається по спіралі до центру.
Гігантський стрибок для планетної системи. Зображення «У світі науки»
Формуванню гігантської планети заважають хвилі, які вона збуджує в навколишньому газі. Дія цих хвиль не врівноважується, гальмує планету і викликає її міграцію в бік зірки.
Планета притягує газ, але він не може осісти, поки не охолоне. А за цей час вона може досить близько по спіралі підійти до зірки. Гігантська планета може сформуватися далеко не у всіх системах
4. народжується газовий гігант
Час: від 1 до 10 млн років
Імовірно, Юпітер починався з зародку, порівнянного за розміром із Землею, а потім накопичив ще близько 300 земних мас газу. Таке значне зростання обумовлене різними конкуруючими механізмами. Гравітація зародку притягує газ з диска, але стискаючий до зародку газ виділяє енергію, і щоб осісти, він повинен охолоджуватися. Отже, швидкість зростання обмежена можливістю охолодження. Якщо воно відбувається занадто повільно, зірка може здути газ назад в диск перш, ніж зародок утворює навколо себе щільну атмосферу. Найвужчим місцем у відведенні тепла є перенесення випромінювання крізь зовнішні шари зростаючої атмосфери. Потік тепла там визначається непрозорістю газу (в основному залежить від його складу) і градієнтом температури (залежить від початкової маси зародку).
Ранні моделі показали, що зародок планети для досить швидкого охолодження повинен мати масу не менше 10 мас Землі. Такий великий екземпляр може зрости лише поблизу лінії льоду, де раніше зібралося багато речовини. Можливо, тому Юпітер розташований якраз за цією лінією. Великі зародки можуть утворитися і в будь-якому іншому місці, якщо диск містить більше речовини, ніж зазвичай припускають планетологи. Астрономи вже спостерігали чимало зірок, диски навколо яких в кілька разів щільніше передбачуваних раніше. Для великого зразка перенесення тепла не є серйозною проблемою.
Інший фактор, що ускладнює народження газових гігантів, — рух зародка по спіралі до зірки. У процесі, званому міграцією I типу, зародок збуджує хвилі в газовому диску, які в свою чергу гравітаційно впливають на його рух по орбіті. Хвилі йдуть за планетою, як тягнеться за човном її слід. Газ на зовнішній стороні орбіти обертається повільніше зародка і тягне його назад, гальмуючи рух. А газ всередині орбіти обертається швидше і тягне вперед, прискорюючи його. Зовнішня область ширша, тому вона виграє битву і змушує зародок втрачати енергію і опускатися до центру орбіти на кілька астрономічних одиниць за мільйон років. Ця міграція зазвичай припиняється біля лінії льоду. Тут зустрічний газовий вітер перетворюється на попутний і починає підштовхувати зародок вперед, компенсуючи його гальмування. Можливо, ще й тому Юпітер знаходиться саме там, де він знаходиться.
Зростання зародку, його міграція і втрата газу з диска відбуваються майже в одному і тому ж темпі. Який процес переможе — залежить від везіння. Можливо, кілька поколінь зародків пройдуть через процес міграції, не будучи здатними завершити своє зростання. За ними із зовнішніх областей диска до його центру рухаються нові партії планетезималів, і це повторюється до тих пір, поки врешті-решт не утворюється газовий гігант, або ж поки весь газ не розсмокчеться, і газовий гігант вже не зможе сформуватися. Астрономи відкрили планети типу Юпітера приблизно у 10% досліджених сонцеподібних зірок. Ядра таких планет можуть бути рідкісними зародками, які вижили з багатьох поколінь — останніми з могікан.
Підсумок всіх цих процесів залежить від початкового складу речовини. Приблизно третина зірок, багатих важкими елементами, має планети типу Юпітера. Можливо, у таких зірок були щільні диски, що дозволили сформуватися масивним зародкам, у яких не було проблем з тепловідведенням. І, навпаки, навколо зірок, бідних важкими елементами, планети формуються рідко.
У якийсь момент маса планети починає рости жахливо швидко: за 1000 років планета типу Юпітера купує половину своєї кінцевої маси. При цьому вона виділяє так багато тепла, що сяє майже як Сонце. Процес стабілізується, коли планета стає настільки масивною, що повертає міграцію I типу «з ніг на голову». Замість того щоб диск змінював орбіту планети, сама планета починає змінювати рух газу в диску. Газ всередині орбіти планети обертається швидше за неї, тому її тяжіння гальмує газ, змушуючи його падати в бік зірки, тобто від планети. Газ поза орбітою планети обертається повільніше, тому планета прискорює його, змушуючи рухатися назовні, знову ж від планети. Таким чином, планета створює розрив у диску і знищує запас будівельного матеріалу. Газ намагається його заповнити, але комп’ютерні моделі показують, що планета виграє битву, якщо при відстані в 5 а. е. її маса перевищує масу Юпітера.
Ця критична маса залежить від епохи. Чим раніше формується планета, тим більше буде її зростання, оскільки в диску ще багато газу. У Сатурна маса менша, ніж у Юпітера, просто тому, що він сформувався на кілька мільйонів років пізніше. Астрономи виявили дефіцит планет з масами від 20 мас Землі (це маса Нептуна) до 100 земних мас (маса Сатурна). Це може стати ключем до відновлення картини еволюції.
Результат: Планета розміром з Юпітер (або її відсутність).
Історія народження світів
Ґрунтуючись на радіоізотопному датуванні метеоритів і спостереженнях навколозвїзних дисків, вчені відтворили історію формування планет
- від 0 до 100 тис. років — у центрі диска формується зірка, і в ній починається ядерний синтез.
- від 100 тис. до 2 млн років — пилинки злипаються в планетні зародки з масами від місячної до земної.
- 2 млн років — формується перший газовий гігант і вимітає астероїди першого покоління.
- 10 млн років — газовий гігант стимулює формування інших гігантів і планет земного типу. До цього часу газу майже не залишилося.
- 800 млн років — перегрупування планет триває близько мільярда років після свого початку.
5. газовий гігант стає незсидючим
Час: від 1 до 3 млн років
Як не дивно, багато внесолнечных планет, відкритих за останні десять років, звертаються навколо своєї зірки на дуже близькій відстані, набагато ближче, ніж Меркурій — навколо Сонця. Ці так звані «гарячі Юпітери» сформувалися не там, де вони знаходяться зараз, т. к. орбітальна зона харчування була б занадто мала для постачання необхідної речовини. Можливо, для їх існування потрібна триступінчата послідовність подій, яка з якоїсь причини не реалізувалася в нашій Сонячній системі.
По-перше, газовий гігант повинен формуватися у внутрішній частині планетної системи, поблизу лінії льоду, поки в диску ще достатньо газу. Але для цього в диску має бути багато і твердої речовини.
По-друге, планета-гігант повинна переміститися до місця свого нинішнього розташування. Міграція I типу не може забезпечити цього, оскільки вона діє на зародки ще до того, як вони наберуть багато газу. Але можлива і міграція II типу. Гігант створює розрив у диску і стримує перебіг газу через свою орбіту. У цьому випадку він повинен боротися з тенденцією турбулентного газу поширюватися в суміжні області диска. Газ ніколи не перестане сочитися в розрив, і його дифузія до центральної зірки змусить планету втрачати орбітальну енергію. Цей процес досить повільний: потрібно кілька мільйонів років для переміщення планети на кілька астрономічних одиниць. Тому планета повинна почати формуватися у внутрішній частині системи, якщо в підсумку їй належить вийти на орбіту поблизу зірки. Коли ця та інші планети просуваються всередину, вони штовхають перед собою залишилися планетезимали і зародки, можливо, створюючи «гарячі Землі» на ще більш близьких до зірки орбітах.
По-третє, щось має зупинити рух, перш ніж планета впаде на зірку. Це може бути магнітне поле зірки, що розчищає від газу простір поблизу зірки, а без газу рух припиняється. Можливо, планета збуджує припливи на зірці, а вони в свою чергу уповільнюють падіння планети. Але ці обмежувачі можуть і не спрацьовувати у всіх системах, тому багато планет можуть продовжувати свій рух до зірки.
Результат: планета-гігант на близькій орбіті («гарячий Юпітер»).
Як обійняти зірку
У багатьох системах утворюється гігантська планета і починає наближатися по спіралі до зірки. Відбувається це тому, що газ в диску втрачає енергію через внутрішнє тертя і осідає до зірки, захоплюючи за собою планету, яка з часом виявляється так близько до зірки, що та стабілізує її орбіту
6. З’являються й інші планети-гіганти
Час: від 2 до 10 млн років
Якщо вдалося сформуватися одному газовому гіганту, то він сприяє народженню наступних гігантів. Багато хто, а можливо і більшість відомих планет-гігантів мають близнюків порівнянної маси. У Сонячній системі Юпітер допоміг Сатурну сформуватися швидше, ніж це сталося б без його допомоги. Крім того, він «простягнув руку допомоги» Урану і Нептуну, без чого вони не досягли б своєї нинішньої маси. На їх відстані від Сонця процес формування без сторонньої допомоги йшов би дуже повільно: диск розсмоктався б ще до того, як планети встигли б набрати масу.
Перший газовий гігант виявляється корисним з кількох причин. У зовнішньої кромки утвореного ним розриву речовина концентрується, загалом, з тієї ж причини, що і на лінії льоду: перепад тиску змушує газ прискорюватися і діяти як попутний вітер на пилинки і планетезимали, зупиняючи їх міграцію із зовнішніх областей диска. До того ж гравітація першого газового гіганта часто відкидає сусідні з ним планетезимали в зовнішню область системи, де з них формуються нові планети.
Друге покоління планет формується з речовини, зібраної для них першим газовим гігантом. При цьому велике значення має темп: навіть невелика затримка в часі може істотно змінити результат. У разі Урану і Нептуна акумуляція планетезималей була надмірною. Зародок став занадто великим, 10-20 земних мас, що відтермінувало початок аккреції газу до моменту, коли в диску його майже не залишилося. Формування цих тіл завершилося, коли вони набрали всього по дві земних маси газу. Але це вже не газові, а крижані гіганти, які можуть виявитися найпоширенішим типом.
Гравітаційні поля планет другого покоління збільшують в системі хаос. Якщо ці тіла сформувалися занадто близько, їх взаємодія один з одним і з газовим диском може викинути їх на більш високі еліптичні орбіти. У Сонячній системі планети мають майже кругові орбіти і досить віддалені один від одного, що зменшує їх взаємний вплив. Але в інших планетних системах орбіти як правило еліптичні. У деяких системах вони резонансні, тобто орбітальні періоди співвідносяться як невеликі цілі числа. Навряд чи це було закладено при формуванні, але могло виникнути при міграції планет, коли поступово взаємний гравітаційний вплив прив’язав їх один до одного. Відмінність між такими системами і Сонячною системою могла визначатися різним початковим розподілом газу.
Більшість зірок народжуються в скупченнях, причому більше половини з них — подвійні. Планети можуть сформуватися не в площині орбітального руху зірок; у цьому випадку гравітація сусідньої зірки швидко перебудовує і спотворює орбіти планет, утворюючи не такі плоскі системи, як наша Сонячна, а сферичні, що нагадують рій бджіл навколо вулика.
Результат: компанія планет-гігантів.
Додавання в сімействі
Перший газовий гігант створює умови для народження наступних. Розчищена ним смуга діє як кріпак рів, який не може подолати речовину, що рухається зовні до центру диска. Воно збирається на зовнішній стороні розриву, де з нього формуються нові планети.
7. Формуються планети типу Землі
Час: від 10 до 100 млн років
Планетологи вважають, що схожі на Землю планети поширені більше, ніж планети-гіганти. Незважаючи на те що народження газового гіганта вимагає точного балансу конкуруючих процесів, формування твердої планети має бути набагато складніше.
До виявлення позасолнечных землеподібних планет ми спиралися лише на дані про Сонячну систему. Чотири планети земної групи — Меркурій, Венера, Земля і Марс — переважно складаються з речовин з високою температурою кипіння, таких як залізо і силікатні породи. Це свідчить про те, що сформувалися вони всередині лінії льоду і помітно не мігрували. На таких відстанях від зірки зародки планет можуть вирости в газовому диску до 0,1 земної маси, тобто не більше ніж Меркурій. Для подальшого зростання потрібно, щоб орбіти зародків перетиналися, тоді вони будуть стикатися і зливатися. Умови для цього виникають після випаровування газу з диска: під дією взаємних обурень протягом декількох мільйонів років орбіти зародків витягуються в еліпси і починають перетинатися.
Набагато важче пояснити, як система знову стабілізує себе, і як планети земної групи опинилися на їх нинішніх майже кругових орбітах. Невелика кількість газу, що залишився, могла б це забезпечити, але такий газ повинен був запобігти початковому «розбалтовуванню» орбіт зародків. Можливо, коли планети вже майже сформувалися, залишається ще пристойний рій планетезималей. Протягом наступних 100 млн років планети змітають частину з цих планетезималей, а решту відхиляють у бік Сонця. Планети передають свій безладний рух приреченим планетезималям і переходять на кругові або майже кругові орбіти.
Згідно з іншою ідеєю, тривалий вплив гравітації Юпітера викликає у формованих планет земної групи міграцію, пересуваючи їх в області зі свіжою речовиною. Цей вплив має бути сильнішим на резонансних орбітах, які поступово зсувалися всередину в міру опускання Юпітера до його сучасної орбіти. Радіоізотопні вимірювання вказують, що астероїди сформувалися першими (через 4 млн років після утворення Сонця), потім — Марс (через 10 млн років), а пізніше — Земля (через 50 млн років): начебто піднята Юпітером хвиля пройшла через Сонячну систему. Якби вона не зустріла перешкод, то зрушила б усі планети земної групи до орбіти Меркурія. Як же їм вдалося уникнути такої сумної долі? Можливо, вони вже стали занадто масивними, і Юпітер не зміг їх сильно зрушити, а можливо, сильні удари викинули їх із зони дії Юпітера.
Зауважимо, що багато планетологів не вважають роль Юпітера вирішальною у формуванні тве
- Попередня
- Наступна