Луна и ее темные пятна. Изображение предоставлено NASA. Нажмите, чтобы увеличить.
Люди любой культуры были очарованы темными «пятнами» на Луне, которые, кажется, составляют фигуру кролика, лягушек или лицо клоуна. С миссиями Аполлона ученые обнаружили, что эти особенности - фактически огромные бассейны воздействия, которые были затоплены теперь застывшей лавой. Одним из сюрпризов было то, что эти бассейны образовались относительно поздно в истории ранней солнечной системы - примерно через 700 миллионов лет после образования Земли и Луны. Многие ученые теперь считают, что эти лунные ударные бассейны свидетельствуют об огромном всплеске скорости бомбардировок планет, называемом поздней тяжелой бомбардировкой (LHB). Однако причиной такой интенсивной бомбардировки многие считают одну из наиболее хорошо сохранившихся загадок истории Солнечной системы.
В серии из трех статей, опубликованных в номере журнала Nature за эту неделю, международная группа ученых-планетологов, Родни Гомес (Национальная обсерватория Бразилии), Гарольд Левисон (Юго-западный исследовательский институт, США), Алессандро Морбиделли (Обсерватория де ла Си) «Те д'Азур», Франция) и «Клеоменис Циганис» (ОСА и Университет Салоников, Греция), собранные в рамках программы для посетителей, организованной в Обсерватории Лазурного берега в Ницце, предложили модель, которая не только естественным образом решает проблему тайна происхождения LHB, но также объясняет многие из наблюдаемых характеристик внешней планетной системы.
Эта новая модель предполагает, что четыре планеты-гиганта, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, сформировались в очень компактной орбитальной конфигурации, которая была окружена диском из маленьких объектов, сделанных из льда и камня (известных как «планетезимали»). Численное моделирование командой Ниццы показывает, что некоторые из этих планетезималей медленно вытекли из диска из-за гравитационных эффектов планет. Планеты рассеяли эти меньшие объекты по всей солнечной системе, иногда наружу, а иногда внутрь.
«Как учил нас Исаак Ньютон, на каждое действие существует равная и противоположная реакция», - говорит Циганис. «Если планета выбрасывает планетезималь из Солнечной системы, планета движется к Солнцу, чуть-чуть, в качестве компенсации. Если, с другой стороны, планета рассеивает планетезималь вовнутрь, планета прыгает немного дальше от Солнца ».
Численное моделирование показывает, что в среднем Юпитер двигался внутрь, в то время как другие планеты-гиганты двигались наружу.
Первоначально это был очень медленный процесс, требующий миллионов лет для того, чтобы планеты двигались в небольшом количестве. Затем, согласно этой новой модели, через 700 миллионов лет ситуация внезапно изменилась. В то время Сатурн мигрировал через точку, где его орбитальный период был ровно вдвое больше, чем у Юпитера. Эта особая орбитальная конфигурация заставила орбиты Юпитера и Сатурна внезапно стать более эллиптическими.
«Это привело к тому, что орбиты Урана и Нептуна сошли с ума», - говорит Гомес. «Их орбиты стали очень эксцентричными, и они начали гравитационно рассеивать друг друга - и Сатурн тоже».
Команда из Ниццы утверждает, что эта эволюция орбит Урана и Нептуна вызвала ЛХБ на Луне. Их компьютерное моделирование показывает, что эти планеты очень быстро проникают в планетезимальный диск, рассеивая объекты по всей планетной системе. Многие из этих объектов вошли во внутреннюю солнечную систему, где они наполнили Землю и Луну ударами. Кроме того, весь процесс дестабилизировал орбиты астероидов, что затем также внесло бы вклад в LHB. Наконец, гравитационные эффекты планетезимального диска заставили Уран и Нептун развиться на их текущие орбиты.
«Это очень убедительно», - говорит Левисон. «Мы провели несколько десятков симуляций этого процесса, и по статистике планеты оказались на орбитах, очень похожих на те, которые мы видим, с правильными разнесениями, эксцентриситетами и наклонами. Таким образом, в дополнение к LHB, мы также можем объяснить орбиты планет-гигантов. Ни одна другая модель никогда не достигала ничего подобного ».
Однако пришлось преодолеть еще одно препятствие. Солнечная система в настоящее время содержит популяцию астероидов, которые по существу следуют той же орбите, что и Юпитер, но ведут или следуют за этой планетой на угловое расстояние примерно 60 градусов. Компьютерное моделирование показывает, что эти тела, известные как «троянские астероиды», были бы потеряны при изменении орбит гигантских планет.
«Мы месяцами сидели, беспокоясь об этой проблеме, которая, казалось, делала нашу модель недействительной, - говорит Морбиделли, - пока мы не осознали, что если птица может сбежать из открытой клетки, другая может прийти и вложить в нее гнездо».
Команда «Ниццы» обнаружила, что некоторые из объектов, которые управляли планетарной эволюцией и которые вызвали LHB, также были бы захвачены на орбиты троянских астероидов. В симуляциях оказалось, что захваченные трояны воспроизводят орбитальное распределение наблюдаемых троянов, которое до сих пор не было объяснено. Общая прогнозируемая масса захваченных объектов также соответствовала наблюдаемой популяции.
В целом, новая модель команды Nice естественно объясняет орбиты планет-гигантов, троянских астероидов и LHB с беспрецедентной точностью. «Наша модель объясняет так много вещей, что мы считаем, что она должна быть в основном правильной», - говорит Мордибелли. «Структура внешней солнечной системы показывает, что планеты, вероятно, пережили встряску после того, как процесс формирования планет закончился».
Первоисточник: Пресс-релиз SWRI
