Солнечная система — это хаотичное, обширное скопление обломков, удерживаемое вместе гравитацией. В её центре находится Солнце — обычная звезда в галактике Млечный Путь, вокруг которой вращаются все остальные объекты. Сейчас мы насчитываем восемь планет. (Раньше их было девять, если вы всё ещё ждёте возвращения Плутона.) У этих планет известно более 400 спутников. Затем идут астероиды, некоторые из которых имеют свои собственные крошечные спутники. Кометы. Ледяные тела. И межпланетная среда — обширное пространство, заполненное разреженным газом и пылью, которое заполняет пустоту.
Вся эта система находится внутри «наблюдаемой Вселенной». Это та часть пространства, которую люди могут фактически увидеть или теоретически наблюдать с помощью технологий. Что находится за её пределами? Возможно, бесконечность. Мы не знаем. Мы просто знаем, что наше локальное окружение конечно.
Древним астрономам не нужны были спутники. У них были невооружённые глаза. Они наблюдали за Солнцем. Луной. Самыми яркими планетами. Отслеживание их движений породило астрономию. Сегодня у нас достаточно данных о движении планет, их свойствах и составе, чтобы заполнить библиотеки. Наши инструменты направлены далеко за пределы Солнечной системы, в другие галактики и на край известной Вселенной.
Но вот в чём дело. Солнечная система остаётся пределом нашего физического охвата. Это также основа нашего теоретического понимания космоса. Мы отправили зонды и посадочные модули, которые ходили по поверхностям и скользили по атмосферам. Эти данные дополняются измерениями, полученными с помощью телескопов, расположенных как ниже, так и выше земной атмосферы. Они смешиваются с информацией, полученной из метеоритов и лунных образцов, доставленных астронавтами.
Вся эта информация тщательно анализируется в попытках подробно понять происхождение и эволюцию Солнечной системы.
Астрономы по-прежнему делают большие шаги на пути к этой цели. Мы собираем по крупицам, как всё это начиналось.
Состав Солнечной системы
Из чего она состоит? В основном из водорода и гелия в Солнце. Но что насчёт остального? Камни. Лёд. Газ. Пыль. Состав сильно варьируется в зависимости от того, куда вы смотрите. Ближе к Солнцу преобладают камни. Далеко за пределами — лёд. Межпланетная среда связывает всё это вместе с помощью тонкой дымки. Мы всё ещё определяем точные соотношения и распределение. Но мы знаем, что оно не является однородным.
Солнце не просто бездействует. Оно удерживает Солнечную систему. Более 99 процентов её общей массы сосредоточено в этой единственной звезде. Его гравитация удерживает всё остальное на своих орбитах. Без неё планеты улетели бы в темноту.
Порядок планет определяется расстоянием от Солнца. Ближе всех находится Меркурий. За ним следует Венера. Далее идёт Земля. Марс находится по другую сторону пояса астероидов. За ним царят гиганты. Юпитер. Сатурн. Уран. Нептун.
Большинство из этих миров не одиноки. От Юпитера до Нептуна у всех есть кольца. Только у Меркурия и Венеры нет спутников. Остальные планеты имеют один или несколько спутников.
Плутон оставался в поле зрения на протяжении десятилетий. Открытый в 1930 году, он находился за орбитой Нептуна как девятая планета. Это изменилось в 1992 году. Астрономы обнаружили ещё более далёкий ледяной объект. Затем появились и другие. И другие.
Появилась Эрида. Она казалась такой же большой, как Плутон. Возможно, даже больше.
Осознание ударило по всем. Плутон не был уникальным. Он был лишь одним из многих крупных объектов в новом популяционном классе. Его назвали поясом Койпера.
Это скопление ледяных тел потребовало пересмотра определений. Что считается планетой?
Международный астрономический союз (МАС) вмешался в ситуацию. Он обладает полномочиями классифицировать астрономические объекты. В августе 2006 года состоялось голосование.
Плутон потерял свой статус. Он не был стёрт. Он был переклассифицирован.
Новый ярлык: карликовая планета.
Почему Плутон был переклассифицирован
Решение МАС не было произвольным. Оно было основано на последовательности. Если Плутон остаётся планетой, почему не Эрида? Почему не Церера? Почему не десятки других крупных объектов пояса Койпера, открытых в начале 2000-х годов?
Определение имеет значение. Планета должна расчистить свою орбиту. Плутон делит своё пространство с бесчисленным множеством других объектов пояса Койпера. Он не расчистил их. Он является лишь одним из многих.
Этот сдвиг демонстрирует, как наука обновляет себя. Новые данные заставляют старые категории рушиться. Солнечная система не статична. Наше понимание её тоже не является неизменным.
Пояс Койпера остаётся неизведанной территорией. Мы лишь поверхностно изучили его. Вероятно, ждут своего открытия ещё многие объекты. Каждый из них добавляет новые детали в историю формирования Солнечной системы.
Понижение статуса Плутона не было потерей. Это было исправлением. Оно поместило карликовую планету в её надлежащий контекст. Не как аномалию. А как члена более крупной семьи.
Солнечная система — это не только скопление крупных объектов. Она наполнена остатками. Всё, что не является Солнцем, планетой, карликовой планетой или спутником, попадает в общую категорию: малые тела Солнечной системы. В эту группу входят астероиды, метеороиды и кометы. Это поле обломков нашего космического соседства.
Более миллиона астероидов, также известных как малые планеты, находятся в почти плоском кольце между орбитами Марса и Юпитера. Это пояс астероидов. Это густо населённое место, но лишённое драматизма. Эти камни движутся по стабильным, предсказуемым орбитам, являясь остатками скалистого материала, который не смог объединиться в планету.
Затем есть более мелкие фрагменты. Всё, что имеет размер менее нескольких десятков метров в поперечнике, часто называют метеороидом. Это различие имеет значение. Оно отделяет странствующие космические камни от более крупных астероидных тел. Эти крошечные путешественники населяют межпланетное пространство в количестве миллиардов. Они — пыль и щебень Солнечной системы.
Ледяные хранилища
Кометы рассказывают другую историю. Их несколько миллиардов, скрывающихся во тьме. Они находятся в двух различных резервуарах. Это хранилища ледяной истории Солнечной системы.
Более удалённый из них — облако Оорта. Это сферическая оболочка, окружающая всю Солнечную систему. Она находится на ошеломляющем расстоянии примерно в 50 000 астрономических единиц (а.е.). Для сравнения: это более чем в 1000 раз больше расстояния до орбиты Плутона. Одна астрономическая единица — это среднее расстояние от Земли до Солнца — около 150 миллионов километров. Облако Оорта — это холодная, тёмная тюрьма для комет с длинным периодом обращения.
Другой резервуар находится ближе. Это пояс Койпера. Это толстая, дискообразная зона. Её основная концентрация простирается на 30–50 а.е. от Солнца. Он лежит за орбитой Нептуна. Он даже включает часть орбиты Плутона. Пояс Койпера является домом для комет с коротким периодом обращения и ледяных карликовых планет.
Ледяные миры и гравитационный дрейф
Точно так же, как астероиды представляют собой скалистые обломки внутренних планет, объекты пояса Койпера являются их ледяными аналогами. Плутон, его спутник Харон, Эрида и бесчисленное множество других — это выжившие представители ледяных тел, которые сформировали ядра Нептуна и Урана. Это строительные блоки, которые были отброшены или выброшены.
Благодаря такому происхождению, Плутон и Харон можно рассматривать как очень крупные ядра комет. По сути, это грязные снежки, которые так и не нагрелись достаточно, чтобы испариться.
Затем есть кентавры. Это популяция ядер комет с диаметрами до 200 км. Они вращаются вокруг Солнца между орбитами Юпитера и Нептуна. Они нестабильны. Вероятно, они оказались там благодаря гравитационным возмущениям, переместившим их внутрь от пояса Койпера. Это космические странники, оказавшиеся между гигантами.
Пространство между этими объектами не пусто. Это межпланетная среда. Это чрезвычайно разреженная плазма. Это ионизированный газ, пересыпанный пылевыми частицами. Она простирается от Солнца примерно до 123 а.е. Это невидимая жидкость космоса.
Гости из других мест
Солнечная система даже содержит объекты из межзвёздного пространства. Они просто пролетают мимо. Они не принадлежат гравитационному колодцу нашего Солнца. Было обнаружено два таких межзвёздных объекта. Это меняет всё, что мы думали об изоляции нашего соседства.
Первым был «Оумуамуа». Он прибыл в 2017 году с необычной формой. Он был похож на сигару или блин. Он кувыркался в пространстве. Возможно, он состоял из азотного льда. Учёные спорили о его происхождении в течение многих лет
Почему орбиты не являются идеальными кругами
Посмотрите на ночное небо, и вам может показаться, что всё вращается вокруг Солнца аккуратными, упорядоченными петлями. На самом деле это не так. Планеты, карликовые планеты, астероиды и даже ледяные странники пояса Койпера движутся по эллипсам. Они движутся в том же направлении, в котором вращается Солнце. Астрономы называют это прямое, или прямое движение. Если бы вы могли парить над Северным полюсом Земли и смотреть вниз, вся Солнечная система казалась бы вращающейся против часовой стрелки.
Это единообразный, упорядоченный танец.
За исключением комет из облака Оорта. Это аномалии. Они приходят со всех направлений. Их орбиты случайны, что отражает сферическое распределение, окружающее плоскую плоскость планет. Им нет дела до эклиптики. Они просто появляются.
Геометрия пространства
Как мы измеряем эти пути? Эксцентриситет. Это число, которое говорит вам, насколько вытянута орбита. Ноль означает идеальный круг. Единица — это парабола, что в основном означает, что объект никогда не вернется.
Венера и Нептун имеют самые круглые орбиты из всех. Их эксцентриситеты крошечные — 0,007 и 0,009. Меркурий — противоположность. Это ближайшая к Солнцу планета, и у неё сильно вытянутый путь с эксцентриситетом 0,21. Плутон ещё более странный, его значение составляет 0,25.
Затем есть наклонение. Это угол орбиты относительно орбитальной плоскости Земли. Меркурий также побеждает здесь, наклоняя свой путь на 7 градусов. Плутон — это беспорядок, наклонённый на 17,1 градуса. Большинство малых тел имеют высокие эксцентриситеты и высокие наклонения. Некоторые кометы из облака Оорта наклонены настолько сильно, что их наклонение превышает 90 градусов. Они вращаются в ретроградном направлении. Назад. Против течения.
Великое разделение: камень против газа
Восемь планет не являются монолитом. Они делятся на два лагеря на основе плотности.
Внутренняя четвёрка — Меркурий, Венера, Земля и Марс — являются земными. Они каменистые. Их плотность больше 3 граммов на кубический сантиметр. Для контекста, вода имеет плотность 1 грамм на кубический сантиметр. Это твёрдые миры.
Внешние гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун — рассказывают другую историю. Они огромны. Их плотность меньше 2 граммов на кубический сантиметр. Юпитер и Сатурн состоят в основном из водорода и гелия. Уран и Нептун смешивают лёд и камень. Это юпитерианские, или гигантские, планеты.
Плутон неловко сидит посередине. Это ледяное тело с низкой плотностью. Он меньше Луны Земли. Он больше похож на комету или крупный ледяной спутник, чем на планету. Классификация его как объекта пояса Койпера объясняет его аномалии. Он принадлежит к ледяному мусору, а не к гигантским планетам.
Щиты и атмосферы
Малые внутренние планеты имеют твёрдую поверхность. У них нет кольцевых систем. У них мало или нет спутников. Их атмосферы густые окисленными соединениями, такими как углекислый газ.
Земля — аномалия среди них. У неё сильное магнитное поле. Это поле действует как щит против межпланетной среды. Оно захватывает электрически заряженные частицы в область, называемую магнитосферой. Внутри этой магнитосферы находятся пояса Ван Аллена. Это зоны высокоэнергетических частиц.
Почему у Земли есть этот щит, а у других нет? В тексте не сказано. Но это имеет значение. Без этой магнитосферы атмосфера, вероятно, была бы стерта давно. Внутренние планеты находятся под открытым небом. Земля носит броню. Внешние планеты полагаются на чистую массу, чтобы удерживать свой водород и гелий. Плутон полагается на то, что он далеко и холодно. Солнечная система — это коллекция различных стратегий выживания.
Скрытая сложность внешней части Солнечной системы
Забудьте всё, что вы знаете о твёрдой поверхности. Четыре газовых гиганта — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — огромны. Их атмосферы представляют собой плотные одеяла из водорода и гелия, уходящие вглубь под чудовищным давлением. Там нет поверхности, на которой можно было бы стоять. Лишь слои газа, становящиеся всё плотнее, пока они не превращаются в экзотические жидкости под воздействием экстремального давления.
Их плотность настолько мала, что Сатурн, если бы вы нашли достаточно большую ванну, мог бы в ней плавать. Они также разделяют другие особенности: магнитные поля, системы колец и армии лун. Мы продолжаем открывать новые. Плутон, когда-то считавшийся девятой планетой, находится на окраине. У него пять известных спутников и нет колец. Но он не одинок. Другие объекты пояса Койпера и даже некоторые астероиды имеют свои собственные спутники.
Эти луны — не просто камни. Это миры. Большинство из них вращаются в том же направлении, в котором их планеты движутся вокруг Солнца. Но их окружающая среда? Крайне различна.
Ио, один из спутников Юпитера, — это вулканический кошмар. Это самое вулканически активное тело в Солнечной системе. Лавовые потоки текут постоянно.
Титан, спутник Сатурна, больше Меркурия. У него плотная атмосфера, толще земной, состоящая из азота и метана. На его поверхности идёт дождь из жидких углеводородов.
Затем есть Тритон, вращающийся вокруг Нептуна в обратном направлении. Ретроградная орбита. Он движется в направлении, противоположном вращению Нептуна. Это указывает на то, что он был захвачен, а не сформировался на месте. Его поверхность имеет температуру 37 кельвинов. Это -393°F. Из его ледяной коры в тонкую атмосферу выбрасываются гейзеры из азота.
Астероиды и кометы
Откуда берутся астероиды?
Астероиды — это каменные остатки, оставшиеся после формирования Солнечной системы. В основном они находятся в поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Но некоторые из них приближаются к Земле.
Кометы — это нечто иное. Они представляют собой ледяные грязные шары. Когда они приближаются к Солнцу, они нагреваются. Газ и пыль вырываются наружу, создавая светящуюся кому и хвост, направленный от Солнца.
Почему это важно? Потому что эти малые тела содержат ключи к разгадке. Они мало изменились с тех пор, как Солнечная система начала формироваться 4,6 миллиарда лет назад. Их изучение рассказывает нам о том, как формировались планеты. Как вода попала на Землю. Как могла начаться жизнь.
Как образуются луны?
Большинство лун формируются вместе со своими планетами из одного и того же вращающегося диска газа и пыли. Но не все.
Обратная орбита Тритона доказывает, что он не формировался вместе с Нептуном. Он был захвачен гравитацией планеты. Столкновения также могут создавать луны. Луна Земли, вероятно, образовалась после того, как тело размером с Марс ударило по нашей молодой планете. Обломки слились в Луну, которую мы видим сегодня.
Некоторые луны, такие как Амаlteя Юпитера, имеют неправильную форму. Они маленькие, имеют неправильную форму и вращаются далеко от своей планеты. Возможно, это захваченные астероиды.
Из чего состоят системы колец?
Мы часто думаем о кольцах как о чём-то твёрдом. Но это не так. Они состоят из миллиардов крошечных частиц. Льда и камня. Каждая частица вращается независимо.
Кольца Сатурна — самые заметные. Они в основном состоят из водяного льда. Некоторые состоят из пыли, некоторые — из более крупных фрагментов. Кольца тонкие — иногда всего 10 метров толщиной — но широкие. Они простираются на сотни тысяч километров.
Юпитер, Уран,
Астероиды и кометы — это остатки. Это обломки хаотической эпохи, когда планеты формировались во внутренней и внешней частях Солнечной системы. Пояс астероидов — это кладбище каменистых тел.
Их размеры сильно различаются.
На вершине списка стоит Церера. Она огромна, её диаметр составляет около 940 км (585 миль). Международная астрономическая ассоциация (IAU) теперь классифицирует её как карликовую планету, но по физическим характеристикам она соответствует крупному астероиду. Ниже неё? Всё вплоть до микроскопической пыли. Пояс заполнен частицами, дрейфующими в космосе.
Некоторые из этих камней пересекают орбиту Земли.
Такая близость создаёт риск. Крупные столкновения редки, но катастрофичны. Объекты размером более 1 км (0,6 мили) несут достаточно энергии, чтобы опустошить планету. Мы видели результат 65 миллионов лет назад. Удар астероида вызвал массовое вымирание, уничтожившее динозавров.
Меньшие объекты попадают гораздо чаще.
Они сгорают в атмосфере или падают на поверхность в виде метеоритов. В большинстве случаев они причиняют мало вреда. Но те, что достигают поверхности, дают нам подсказки.
Из чего состоят астероиды?
Мы изучали их с Земли. Мы отправляли космические аппараты для пролёта мимо них. Данные согласованы.
Астероиды не однородны.
- Некоторые являются металлическими. Они состоят преимущественно из железа.
- Другие — каменные.
- Третья группа богата органическими соединениями.
Эти богатые углеродом тела напоминают метеориты углеродистых хондритов. Они содержат строительные блоки жизни.
Посещения космическими аппаратами раскрывают больше.
Поверхности неправильной формы. Они покрыты кратерами. Это указывает на бурную историю. Они подвергались бомбардировке на протяжении миллиардов лет.
Почему они важны сейчас
Эти тела — капсулы времени.
Они сохранили примитивный материал ранней Солнечной системы. Они мало изменились с тех пор, как сформировались планеты. Их изучение рассказывает нам о том, как образовались Земля и её соседи.
Но существует и опасность.
Те же объекты, которые сохраняют древнюю историю, могут стереть современную цивилизацию. Мы отслеживаем их не только ради науки, но и ради выживания. Ближние к Земле астероиды являются постоянным напоминанием. Процесс формирования планет не просто остановился. Он оставил после себя инструменты, которые могут создавать миры. Или уничтожать их.
Граница между научной ценностью и экзистенциальной угрозой тонка. Она измеряется километрами и скоростью удара. Мы внимательно следим за ними. Мы всегда следили.
Большинство людей представляют астероиды как каменистый обломочный материал, а кометы — как ледяные снежки. Это различие выдерживает проверку при более внимательном рассмотрении. Ядра комет принципиально отличаются от своих каменистых аналогов. В их составе доминирует водяной лёд. Также в составе льда присутствуют замороженные диоксид углерода, монооксид углерода и метанол. Это не чистые ледяные сферы. Они пронизаны горной пылью и богатым разнообразием органических соединений. Некоторые зёрна очень малы. В некоторых кометах грязи может быть больше, чем льда. Эта смесь имеет значение. Она рассказывает нам о том, как ранняя Солнечная система аккумулировала материал.
Кометы с большим периодом и Облако Оорта
Кометы делятся на категории в зависимости от их орбитального периода. Это время, необходимое им для полного оборота вокруг Солнца. Кометы с большим периодом совершают один оборот за более чем 200 лет. Часто этот процесс занимает миллионы лет. Эти странники приходят из Облака Оорта. Это сферическая оболочка, окружающая Солнечную систему. Ядра там имеют неправильную форму. Их диаметр составляет всего несколько километров.
Большую часть своего существования они проводят в глубокой заморозке. Они находятся на огромных расстояниях от Солнца. Речь идёт о расстоянии, составляющем одну пятую часть пути до ближайшей звезды. Мы не можем видеть их с Земли. Их присутствие определяется на основе наблюдения за их орбитами. Эти орбиты сильно вытянуты. Эксцентриситет близок к единице. Когда они наконец приближаются к Солнцу, они огибают его и улетают обратно.
Их траектории могут быть наклонены в любом направлении. Эта случайность подтверждает, что Облако Оорта имеет сферическую форму. Это огромный резервуар первозданного материала. Мы не садились на эти объекты. Мы не касались их. Мы видим их только тогда, когда гравитационные возмущения заставляют их двигаться внутрь Солнечной системы.
Кометы с малым периодом и Пояс Койпера
Кометы с малым периодом возвращаются быстрее. Они совершают оборот вокруг Солнца менее чем за 200 лет. Многие возвращаются каждые несколько десятилетий. Их источник отличается. Это Пояс Койпера. Этот регион находится за орбитой Нептуна. Он гораздо ближе, чем Облако Оорта. Он расположен в плоскости Солнечной системы.
Кометы из этого пояса подчиняются иным правилам. Они движутся по более круговым орбитам. Они имеют прямое направление движения, то есть вращаются в том же направлении, что и планеты. Их периоды часто составляют 20 лет или менее. Пояс Койпера был сфотографирован. Крупные телескопы зафиксировали изображения его ядер. Эти объекты более доступны, чем объекты в Облаке Оорта. Тем не менее, они остаются далёкими.
Различие между этими двумя популяциями резко выражено. Кометы с большим периодом прибывают со всех направлений. Кометы с малым периодом остаются вблизи плоскости эклиптики. Это разделение указывает на различное происхождение. Или, по крайней мере, на различные места хранения. Пояс Койпера находится ближе. Мы можем его видеть. Облако Оорта является теоретическим, основанным на орбитальной механике. Оно слишком далеко для прямого наблюдения.
Почему это имеет значение? Состав этих ядер содержит подсказки о формировании планет. Органические вещества в кометах могли засеять раннюю Землю. Вода могла поступить из этих ледяных тел. Понимание того, откуда они приходят, помогает нам понять, откуда пришли мы. Мы всё ещё собираем карту внешней части Солнечной системы. Пояс Койпера виден. Облако Оорта остаётся скрытым. Мы ждём следующего посетителя, который появится из темноты.
Остаточные следы комет и солнечный ветер
Кометы не просто парят в темноте. Когда они проходят ближе всего к Солнцу, на них обрушивается мощный тепловой удар. Это не мягкое согревание. Ядра сбрасывают газы и пыль. Этот материал разрастается в виде туманных ком и вытягивается в длинные, тонкие хвосты. Газ рассеивается в пустоте. Однако пылевые зерна остаются на месте. Силикаты и органические соединения вращаются вокруг Солнца по траекториям, практически идентичным траекториям родительской кометы.
Так образуется след. Лента обломков.
Когда орбита Земли пересекает одну из таких пылевых лент, мы наблюдаем метеорный поток. Ночные наблюдатели могут видеть десятки или сотни падающих звезд в час. Пылевые зерна сгорают в верхних слоях атмосферы. Это зрелище. Но оно не случайно. Хотя случайные метеоры мы видим каждую ночь, их количество резко возрастает во время таких событий. Даже в обычный день земная атмосфера подвергается бомбардировке более чем 80 тоннами пыли. Большая часть этой пыли — астероидные или кометные обломки. Мы постоянно плывем среди остатков нашей Солнечной системы.
Межпланетная среда
Космос не пуст. Он заполнен не только обломками.
Пространство между планетами содержит протоны, электроны и ионы. Это обильные элементы, стекающие от Солнца наружу. Они образуют солнечный ветер. Время от времени на поверхности Солнца происходят мощные солнечные вспышки. Эти кратковременные извержения выбрасывают материю и высокоэнергетическое излучение. Это добавляется к общей смеси. Это и есть межпланетная среда.
В 2012 году «Вояджер-1» пересек границу. Он перешел из межпланетной среды в межзвездную. Эта граница называется гелиопаузой. С тех пор как он прошел через нее, «Вояджер-1» измеряет свойства межзвездного пространства. Это первый созданный человеком объект, покинувший нашу «пузырьковую» область.
Ранние попытки объяснить наше происхождение
Чем больше данных мы получаем о планетах, спутниках, кометах и астероидах, тем сложнее объяснить, откуда все это взялось. Древние теории были размытыми. Они не ограничивались фактами.
Научный подход стал возможен только после того, как Исаак Ньютон опубликовал свои законы движения и гравитации в 1687 году. Это стало фундаментом. Но даже тогда ученым было трудно. Потребовались годы, чтобы применить законы Ньютона к видимым движениям планет и комет.
В 1734 году шведский философ Эммануил Сведенборг предложил модель. Он предположил, что оболочка материала вокруг Солнца раскололась на части. Эти части образовали планеты. Это была ранняя идея формирования Солнечной системы из первоначальной туманности.
Иммануил Кант развил эту идею в 1755 году. Немецкий философ опирался на концепцию Сведенборга. Он положил начало цепочке рассуждений, которая доминировала на протяжении столетия.
Небулярная гипотеза Канта — Лапласа
Центральная идея Канта была проста. Солнечная система началась как облако рассеянных частиц. Взаимное гравитационное притяжение заставляло их двигаться и сталкиваться. Химические силы удерживали их вместе.
Более крупные агрегаты росли быстрее. Они притягивали больше материала. В конечном итоге они образовали планеты.
Кант не был физиком или математиком. Он не учитывал ограничения собственного подхода. Его модель не объясняла, почему планеты движутся в одном направлении и в одной плоскости. Она также не могла объяснить вращение планетных спутников. Она была неполной.
Значительный шаг вперед был сделан 40 лет спустя. Пьер-Симон Лаплас из Франции был блестящим математиком. Он специализировался на небесной механике. Он опубликовал монументальный трактат по этой теме. Он также написал популярную книгу по астрономии. В приложении он предложил свои соображения о происхождении Солнечной системы.
Модель Лапласа начиналась с уже сформированного Солнца. Оно вращалось. Его атмосфера простиралась за пределы расстояния, на котором должна была образоваться самая дальняя планета. Лаплас не знал источник энергии в звездах. Он предполагал, что Солнце будет остывать по мере излучения тепла.
По мере охлаждения Солнца давление газа снижалось. Солнце сжималось. Вступил в силу закон сохранения углового момента. Уменьшение размера означало увеличение скорости вращения. Центробежное ускорение выталкивало материал атмосферы наружу. Гравитация тянула его к центру. Когда эти силы уравновешивались, оставалось кольцо материала. Оно располагалось в плоскости экватора Солнца.
Этот процесс повторялся. Образовалось несколько концентрических колец. Каждое кольцо слипалось, образуя планету. Спутники происходили из подобных колец, созданных формирующимися планетами.
Модель Лапласа объясняла, почему планеты вращаются вокруг Солнца в одной плоскости и в одном направлении. Она включала идею Канта о слипании материала. Два подхода объединились. Они стали небулярной гипотезой Канта — Лапласа.
Она широко принималась около 100 лет.
Но у Солнечной системы есть особенности. Видимая правильность движений опровергалась открытиями. Были найдены астероиды с сильно вытянутыми орбитами. Были обнаружены спутники с ретроградными орбитами. Это не вписывалось в аккуратные кольца.
Другой проблемой была масса и момент импульса. Солнце содержит 99,9 процента массы Солнечной системы. Планеты — в основном четыре гигантские внешние — несут более 99 процентов углового момента. Чтобы теория Канта — Лапласа была верной, либо Солнце должно вращаться быстрее, либо планеты должны двигаться вокруг него медленнее. Но это не так. Математика не сходится.
В начале 1900-х годов учёные отвергли гипотезу о туманности. Они видели слишком много недостатков в старой модели. Американцы Томас Чраузер Чамберлен и Форрест Рэй Моултон внесли свой вклад. Позже британские физики Джеймс Джинс и Гарольд Джеффрис добавили свою версию. Они предложили катастрофическое происхождение. Идея была простой, но жестокой: Солнце пережило тесное сближение с другой звездой.
Когда эти два тела проходили близко друг к другу, гравитация вытягивала материал из их атмосфер. Этот материал уносился прочь. Со временем он собирался в сгустки. Эти сгустки становились планетами.
Однако у этой теории была серьёзная проблема. Если для формирования планет требовалось почти столкновение звёзд, то оно должно было быть невероятно редким. Звёзды находятся далеко друг от друга. Тесные сближения происходят редко. Если бы теория была верна, солнечные системы в Млечном Пути должны были бы практически отсутствовать. Это не соответствовало реальности.
Проблема с газом
Следующий большой сдвиг произошёл в середине XX века. Учёные наконец поняли, как формируются звёзды. Они также разобрались в динамике газа вокруг звёзд. Вывод был однозначным: горячий газ, оторванный от звёздной атмосферы, не остаётся на месте, ожидая конденсации. Он рассеивается. Он распределяется по пустоте. Он никогда не образует планеты.
Модель звёздного столкновения была мертва.
Знание межзвёздной среды изменило всё. Это газ и пыль, плавающие между звёздами. Исследователи осознали, что эти облака огромны. Они плотны. Звёзды рождаются не в пустоте. Они формируются внутри этих облаков. Следовательно, планеты должны формироваться в ходе того же процесса. Это не было отдельным событием. Это было частью рождения звезды.
Учёные вернулись к основам. Они рассмотрели старые идеи Иммануила Канта и Пьера-Симона Лапласа. Новые данные поддерживали некоторые из этих старых, более мягких концепций.
Современный консенсус
Сегодня мы рассматриваем происхождение Солнечной системы как стандартное формирование звёзд. Поле значительно сузилось. У нас больше наблюдательных данных, чем когда-либо прежде. Мы изучаем области звездообразования в гигантских межзвёздных облаках. Мы анализируем химические отпечатки, оставленные в существующих объектах Солнечной системы. Правдоподобные модели сократились до нескольких надёжных кандидатов.
Алистар Г. У. Кэмерон, канадско-американский астрофизик, сыграл центральную роль в этом современном взгляде. Его работа помогла сместить фокус с катастрофических случайностей на постепенные, присущие процессу явления.
Формирование солнечной туманности
Стандартная история о том, как возникла наша Солнечная система, гораздо более динамична, чем может показаться на первый взгляд. Всё начинается с массивного облака газа и пыли, которое почти в десять-двадцать раз меньше по массе, чем наше сегодняшнее Солнце. Вот и всё. Небольшой участок межзвёздной среды.
Что запускает коллапс? Это может быть случайность. Случайные флуктуации плотности внутри облака. Один сгусток становится достаточно тяжёлым, чтобы притянуть к себе соседей. Или же внешние силы вынуждают процесс начаться. Ударная волна от близкой сверхновой. Физике безразлично, какой именно триггер сработал, важен лишь результат.
Гравитация берёт верх. Облако сжимается внутрь. Оно не остаётся круглым долгое время. Поскольку вся система вращается вокруг центра Млечного Пути, внешние края движутся медленнее, чем внутренние. Вступают в силу силы сдвига. Облако начинает вращаться. И по мере его уменьшения это вращение ускоряется. Сохранение углового момента — неукоснительное правило. Чем меньше размер, тем быстрее вращение.
Это вращение изменяет форму. Гравитация тянет внутрь. Центробежная сила толкает наружу. Но они не борются одинаково во всех направлениях. Гравитация легко побеждает в направлении, перпендикулярном оси вращения. Вещество падает внутрь, к центру. Однако вдоль плоскости вращения центробежная сила активно сопротивляется. Она препятствует коллапсу.
Облако сплющивается. Оно превращается в диск. Вращающийся блин из вещества. В центре всё сгущается. Формируется плотная конденсация. Это соответствует базовой структуре небулярной модели Лапласа, но с современной астрофизической строгостью. Мы больше не просто гадаем. Мы отслеживаем гидродинамику коллапсирующего протозвёздного диска.
Почему Солнечная система представляет собой сплющенный диск
Геометрия здесь не подлежит обсуждению. Если вы хотите построить планету, вам нужна плоскость. Вы не можете формировать планеты в хаотичной сфере, если вещество обладает угловым моментом. Структура диска определяет, где формируются планеты. Она определяет угол их орбит. Большинство крупных планет вращаются почти в одной плоскости именно из-за этого начального сплющивания.
Центральная конденсация становится Солнцем. Но диск остаётся. Это солнечная туманность. Вещество в диске — это место, где разворачивается остальная часть истории. Зёрна пыли сталкиваются. Они слипаются. Они растут. Но для этого требуется время. И стабильная среда. Диск обеспечивает это.
Роль углового момента в формировании планет
Угловой момент — это невидимая рука. Без него вы получаете звезду и ничего больше. Или, возможно, звезду, окружённую сферической оболочкой, которая никогда не успокаивается. Сплющивание необходимо для аккреции. Оно позволяет веществу эффективно собираться в единое целое.
Рассмотрите центробежный барьер. Он препятствует падению вещества прямо в центр. Вместо этого вещество вращается по орбите. Оно остаётся в диске. Это вращающееся вещество является сырьевым топливом для планет. Лун. Астероидов. Вся архитектура Солнечной системы зависит от этого начального вращения.
Исходная масса была небольшой. Десять-двадцать процентов от массы Солнца. Но гравитация усиливает эффект. Она берёт маленькое семя и превращает его в звезду. И в процессе создаёт сцену для всего остального. Диск — это не просто мусор. Это фундамент.
«Результат на этом этапе, как и в модели Лапласа, представляет собой диск вещества, сформированный вокруг центральной конденсации.»
Мы
Как Солнечная туманность построила планеты
Солнечная туманность была не просто случайным облаком. Это был сплюснутый диск, отражающий форму спиральных галактик, но в миниатюрном, человеческом масштабе космических пропорций. По мере того как газ и пыль сжимались к центру, потенциальная энергия превращалась в кинетическую. Температура резко возросла. В конце концов центральное сгусток стал достаточно горячим, чтобы запустить термоядерный синтез. Родилось Солнце.
Тем временем остальной материал в этом диске не оставался неподвижным. Он сталкивался. Прилипал. Раст.
Большинство этих зерен имели почти идентичные орбиты. Столкновения были мягкими. Не теми, что разбивают камни, а теми, что позволяют им связываться. Маленькие комочки становились больше. Этот процесс, напоминающий ранние теории Иммануила Канта, постепенно формировал более крупные объекты из хаоса.
Линия снега и разделение планет
Здесь и зародилась архитектура расположения Солнечной системы. Температура падала с удалением от горячего центрального тела. Этот градиент создал четкую границу — не в песке, а скорее в льду.
Близко к Солнцу было слишком тепло для замерзания воды. Но на расстоянии примерно 5 астрономических единиц (а.е.) — там, где сейчас находится Юпитер и дальше, — вода могла конденсироваться в лед. Это был не мелочь. Вода — вторая по распространенности молекула во Вселенной, уступая только молекулярному водороду. Там, где вода могла замерзать, твердых материалов было много.
Объекты, формирующиеся в этой холодной зоне, имели обильный выбор твердых веществ для роста. Они быстро набирали массу. Как только аккрецирующее тело достигало примерно десяти масс Земли, его гравитация становилась достаточно сильной, чтобы захватывать водород и гелий. Это самые легкие и распространенные элементы в природе. Планеты во внешней зоне росли не только из камней; они формировали атмосферы. Они становились гигантами.
Внутри орбиты Юпитера история была иной. Внутренние планеты сформировались в условиях такой высокой температуры, что летучие вещества не могли там удерживаться. Вода, углекислый газ, аммиак оставались газообразными. Они улетучивались. Внутренние планеты остались небольшими. Каменистыми. Плотными.
Астрономы называют границу, где может образовываться водяной лед, «линией снега». Она находится при температуре около 150 Кельвинов (-190 °F). Внутри этой линии? Силикаты. Металлические зерна. Камни. Снаружи? Лед. Градиент плотности все еще виден сегодня. Луна Земли, состоящая из силикатных минералов, имеет плотность 3,3 грамма на кубический сантиметр. Спутник Сатурна Тетис? Он состоит в основном из водяного льда. Его плотность составляет около 1 грамма на кубический сантиметр.
Трещины в традиционной модели
Звучит логично. Это соответствует данным. Так почему эта модель с начала 1990-х годов сталкивается с серьезными вызовами?
Две основные проблемы разрушили простой нарратив.
Во-первых, открытия экзопланет. Мы обнаружили другие солнечные системы с гигантскими планетами, вращающимися очень близко к своим звездам. Горячие Юпитеры. Они не должны существовать, если модель солнечной туманности строго следует температурным градиентам. Если они сформировались там, где холодно, а затем мигрировали внутрь, это добавляет слой сложности, которого не хватает простой картине Канта-Лапласа.
Во-вторых, миссия космического аппарата «Галилео» к Юпитеру. Данные показали нечто неожиданное. Атмосфера Юпитера обогащена аргоном и молекулярным азотом. Эти газы требуют температур 30 Кельвинов (-400 °F) или ниже для конденсации и захвата в ледяных телах. Это гораздо холоднее, чем традиционная линия снега. Это предполагает, что ядро Юпитера сформировалось гораздо дальше, чем мы думали, или ранняя солнечная туманность была значительно холоднее, чем предсказывали модели.
Поздние корректировки теории предполагали, что температура вблизи центральной плоскости туманности могла составлять около 25 Кельвинов. Холоднее, чем мы оценивали. Но тайна не полностью раскрыта.
Скорость формирования
Несмотря на эти неполадки, основа модели солнечной туманности выдерживает проверку. Инфракрасные и радио наблюдения молодых звезд подтверждают наличие дисков вещества. И они подтверждают скорость.
Формирование планет — не размеренный процесс. Это суета.
Межзвездное облако сжимается в диск примерно за один миллион лет. Но твердые частицы не ждут. Они оседают на среднюю плоскость. Быстро.
Для частицы размером 1 микрон оседание занимает 100 000 лет. Для гальки размером 1 сантиметр? Всего 10 лет.
По мере того как средняя плоскость становится плотнее, столкновения происходят чаще. Рост ускоряется. Гравитационные поля усиливаются. Математика жестока, но эффективна. Объекты диаметром 10 километров — планетезимали, строительные блоки миров — формируются всего за 1 000 лет.
Мы остаемся с Вселенной, которая строит миры на мгновение косического глаза, даже если мы все еще выясняем, как именно подходят друг к другу детали. Диск сжимается. Температура растет. Лед образуется. И где-то в этом хаосе планета начинает собираться сама в себя.
Хаос поздней стадии формирования планет
Аккреция не прекращается, когда планета достигает своего конечного размера. Она продолжается. И становится всё более бурной. Энергии, выделяемой при этих поздних столкновениях, достаточно, чтобы испарить породу и расплавить целые коры. Первоначальный, конденсированный материал, с которого всё началось, полностью перемешивается.
Теоретические модели предполагают, что вместе с планетами, которые мы видим сегодня, сформировались несколько лунных и марсианских по размеру тел — планетарных эмбрионов. Когда эти гиганты сталкивались с растущими планетами, результаты оказывались хаотичными. Вероятно, именно поэтому у Меркурия такая аномально высокая плотность. Или почему Венера вращается назад так медленно. Земля также не избежала этого. Эмбрион размером с Марс врезался в нашу планету, выбросив обломки, которые в конечном итоге слиплись в Луну. Более мелкие удары по Марсу истончили его атмосферу до того тонкого состояния, которое мы наблюдаем сейчас.
Время не особо помогало с охлаждением. Изотопы от короткоживущих радиоактивных элементов в образцах лунного грунта и метеоритах говорят нам о том, что внутренние планеты и Луна завершили формирование в течение 50 миллионов лет после коллапса солнечной туманности. Но на уборку ушло больше времени. Интенсивная бомбардировка оставшимися обломками продолжалась ещё 600 миллионов лет. Эти поздние столкновения добавили очень мало массы. Они лишь исчертили поверхность шрамами.
Как внешние планеты захватили свои спутники
То же правило аккреции действовало и во внешнем направлении. Но здесь ингредиенты были другими. Ледяные планетезимали построили объекты массой в десять раз больше земной. Эта масса была достаточной, чтобы притягивать окружающий газ и пыль из солнечной туманности. Планеты выросли настолько большими, что их состав отражал состав Солнца: в основном водород и гелий.
Каждая гигантская планета разработала свой собственный мини-диск, субтуманность. Этот диск питал формирование регулярных спутников. Эти луны имеют круговые, экваториальные орбиты, совпадающие с направлением вращения планеты. Они родились из диска.
Нерегулярные спутники — это совсем другая история. Они имеют вытянутые, наклонные или ретроградные орбиты. Они не родились в субтуманности. Они были захвачены. Эти объекты изначально вращались вокруг Солнца, пока гравитация планеты не схватила их. Тритон Нептуна и Феба Сатурна являются классическими примерами. У каждой гигантской планеты есть как минимум один захваченный спутник в её свите.
Галилеевы спутники Юпитера демонстрируют паттерн плотности, который отражает общую структуру Солнечной системы. Ио и Европа находятся близко и являются каменистыми. Ганимед и Каллисто находятся дальше и наполовину состоят из льда. Почему? Ранний Юпитер был достаточно горячим, чтобы предотвратить конденсацию льда вблизи орбиты Ио. Градиент температуры диктовал состав.
Остатки: Астероиды и кометы
Как только большая часть материи слиплась в отдельные объекты, солнечный ветер усилился. Он выдул оставшийся газ и пыль из системы. Мы наблюдаем подобные выбросы вокруг молодых звёзд и сегодня. Более крупные обломки остались.
Быстрый рост Юпитера создал разрыв между собой и Марсом. Он предотвратил формирование планеты там. Этот разрыв теперь является поясом астероидов. Там обитают тысячи объектов, но их общая масса составляет менее одной трети массы Луны. Метеориты на Земле происходят в основном из этих астероидов. Они являются капсулами времени, предлагающими подсказки о условиях в ранней туманности.
Дальше, ледяные ядра комет представляют собой планетезимали, которые сформировались в холоде. Большинство из них крошечные. Хирон, объект из группы кентавров, имеет ширину около 200 км. Он ведёт себя как комета, хотя ранее классифицировался как астероид. Плутон и Эрида, в поясе Койпера, гораздо больше.
Большинство объектов пояса Койпера сформировались на месте. Но расчёты показывают, что миллиарды ледяных планетезималей были выброшены гигантскими планетами по мере их миграции. Эти изгнанные объекты стали облаком Оорта.
Почему газовые гиганты носят кольца
Формирование кольцевых систем является прямым следствием эволюции планет. Они не являются древними реликтами из солнечной туманности. Это временные, переработанные обломки.
Спутник может подойти слишком близко к своей планете. Если он пересекает предел Роша, приливные силы разрывают его на части. Фрагменты не падают на поверхность. Они распределяются в диск. Этот диск становится кольцом. Альтернативно, комета или астероид могут быть захвачены и разбиты ударами. Обломки измельчаются в пыль и камень.
Кольца Сатурна массивны. Они могут быть остатками уничтоженного спутника. Или это может быть материал, который никогда не аккрецировался в спутник из-за приливных сил. Уран и Нептун имеют более тонкие, тёмные кольца. Их материал, вероятно, старше, темнее и более переработан.
Кольца динамичны. Они меняются. Излучение и удары микрометеороидов изменяют их состав. Гравитационные волны внутри колец могут создавать разрывы или сгустки. Спутники могут «пасти» края колец, делая их чёткими. Без этого постоянного взаимодействия кольца рассеялись бы или снова аккрецировались в спутники. Они являются признаком активной планетной механики, а не статичной истории.
Солнечная система, которую мы видим сегодня, — это кладбище столкновений. Каждая особенность, от плотности Меркурия до колец Сатурна, является шрамом или остатком того хаотичного детства.
Кольца — это не просто красивое украшение. Это физическое доказательство суровых правил гравитации.
Мы видим их вокруг Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Каждое кольцо находится внутри определённой границы, называемой пределом Роша. Это название дано в честь французского математика XIX века Эдуара Роша. Он объяснил, почему вещество остаётся в виде пыли, а не слипается в спутники.
Внутри этого предела два небольших камня не могут склеиться. Почему? Потому что гравитация планеты действует на них по-разному. Одна сторона камня испытывает более сильное притяжение, чем другая. Планета побеждает. Камень разрушается. Он не может аккрецировать. Он не может расти.
Гравитационное поле планеты также действует как смеситель. Оно распределяет частицы. Оно минимизирует случайные столкновения. Отсутствие столкновений означает отсутствие роста. Остаётся только плоский диск обломков.
Тайна происхождения колец
Это объясняет, где находятся кольца. Но это не объясняет, когда они появились. Или как они удерживаются в радиальном направлении.
Ответ зависит от планеты.
Для Юпитера система стабильна. Это баланс между рождением и смертью. Внутренние луны постоянно выделяют частицы. Свежая пыль заменяет старую. Это конвейер обломков.
Сатурн более сложен. Учёные разделились во мнениях. Одна группа считает, что кольца древние. Остатки от времени формирования планеты. Другая группа утверждает, что они молоды. Возможно, им всего несколько сотен миллионов лет. Это мгновение в космическом времени.
В любом случае, источником, вероятно, являются ледяные планетезимали. Эти массивные остатки сталкивались. Они разбивались. Получившиеся фрагменты — это мелкие частицы, которые мы видим сегодня.
Решение загадки углового момента
Есть ещё одна проблема, которая ставила в тупик ранних астрономов. Загадка углового момента.
Кант и Лаплас пытались решить её. Не удалось. В чём проблема? Солнце обладает большей частью массы. Планеты обладают большей частью вращения. Это наоборот. Ожидалось бы, что массивное тело удерживает момент импульса.
Современная астрономия решает эту проблему, изучая звёзды. Действительно внимательно изучая их.
Звёзды, немного более массивные, чем наше Солнце, вращаются медленно. Не так быстро, как предсказывают физические модели. У них есть дефицит. Нехватка вращения. Самые маленькие звёзды демонстрируют ту же проблему.
Виновником является солнечный ветер.
У Солнца есть внешняя атмосфера. Она постоянно расширяется в космос. Это не просто пустой воздух, уносящийся прочь. Он несёт массу. Он несёт момент импульса.
Звёзды с большой массой не делают этого. У них нет сильных звёздных ветров. Они продолжают вращаться. Солнце делает это. Оно теряет массу в космос. Эта потеря замедляет его вращение.
Это происходило на протяжении 4,6 миллиардов лет. Солнце замедлилось. Планеты сохранили вращение, унаследованное от первоначальной туманности. Солнце отдало свой момент импульса пустоте. Планеты сохранили свой. Вот почему мы вращаемся вокруг медленно вращающейся звезды.
Поиск экзопланет — это не просто поиск соседей. Это попытка преодолеть изоляцию нашей собственной Солнечной системы. Десятилетиями астрономы действовали в условиях серьезного ограничения. У них была лишь одна точка данных. Земля.
Как на самом деле формируется планетная система? Мы могли лишь гадать, глядя на свой собственный «задний двор». Обнаружение планет вокруг других звезд меняет всё. Это устраняет предвзятость единичного примера. Это превращает спекуляции в науку.
Но обнаружение этих миров затруднено. Эти объекты крошечные. Они тусклые. И они прячутся в ослепительном сиянии своих родительских звезд. Прямая съемка с наземных телескопов? Почти невозможна. Сияние просто «засвечивает» их.
Поэтому астрономы проявили изобретательность. Они стали искать покачивание.
Невидимая тяга
Планеты не просто висят в пространстве. Они тянут.
Массивная планета притягивает свою звезду. Это создает небольшое гравитационное покачивание в движении звезды сквозь пространство. Астрономы отслеживали эти тонкие смещения. Они также наблюдали за периодическими изменениями излучения звезды. Планета тянет звезду то к нам, то от нас. Это смещение изменяет свет, который мы видим.
Существовал еще один прием. Транзиты.
Когда планета проходит перед своей звездой, она блокирует крошечную долю света. Звезда меркнет. Всего на мгновение. Измерение этого падения яркости стало основным методом обнаружения.
В течение многих лет эти косвенные методы были единственным способом входа. Прямое изображение оставалось «святым Граалем».
Первые обнаружения
Начало 1990-х годов принесло первые реальные доказательства. Астрономы обнаружили три тела, вращающиеся вокруг PSR B1257+12.
Это была не звезда, похожая на Солнце. Это был пульсар. Быстро вращающаяся нейтронная звезда. Мертвая, плотная и вращающаяся с огромной скоростью. Обнаружение планет там стало шоком. Это указывало на то, что формирование планет может происходить даже в суровых последствиях сверхновой.
Затем произошел переломный момент. 1995 год.
Вокруг 51 Пегаса была объявлена обнаруженной массивная планета. Это было иначе. Это была звезда, похожая на Солнце. Звезда главной последовательности. Правильный солнечный аналог.
Открытие подтвердило, что гигантские планеты существуют за пределами нашей системы. К концу 1996 года список пополнялся. Но прямые фотографии? Всё еще были недостижимы.
Прошло до 2005 года, прежде чем астрономам удалось сделать первую прямую фотографию объекта, который, как оказалось, был экзопланетой. Десятилетия поисков. Десятилетия косвенных выводов. Наконец, визуальное подтверждение.
Горячие юпитеры и нарушенные правила
Сейчас известно о сотнях планетных систем. Данные поступают потоком. И данные эти странные.
Многие из этих систем содержат гигантские планеты. Юпитеры. Но они находятся не там, где мы ожидали их увидеть. Они вращаются ближе к своим звездам, чем Меркурий к нашему Солнцу.
Это проблема.
Стандартная теория формирования гласит, что гигантские планеты должны формироваться далеко. Достаточно далеко, чтобы там было холодно. Достаточно холодно, чтобы лед конденсировался. Лед обеспечивает твердый материал, необходимый для создания массивного ядра. Если слишком жарко, нет льда. Нет гигантской планеты.
Так как же образовались эти горячие юпитеры?
Одна из теорий: миграция.
Возможно, они сформировались далеко, где было холодно. Затем они переместились. Планета взаимодействует с газовым и пылевым диском, окружающим звезду. Приливные силы затягивают планету внутрь. Она медленно спиралью приближается к звезде. Она останавливается, когда материал диска иссякает. Звезда поглощает её.
Компьютерные модели поддерживают эту теорию. Но является ли это полной истиной? Астрономы остаются разделенными во мнениях.
Дилемма линии снега
Наша собственная система тоже содержит подсказки.
Зонд «Галилео» погрузился в атмосферу Юпитера. Он измерил содержание аргона и молекулярного азота. Уровень обогащения оказался неверным. Он не соответствовал высоким температурам, ожидаемым вблизи «линии снега» в период формирования.
Линия снега — это граница, где летучие соединения замерзают в лед. Мы считали, что она критически важна для формирования гигантских планет. Без нее получаются лишь каменистые планеты.
Данные о Юпитере говорят об обратном.
Возможно, линия снега не была такой уж важной, как мы думали. Или, возможно, хронология неверна. Возможно, лед сформировался очень рано. Когда средняя плоскость туманности имела температуру ниже 25 К.
При такой температуре линия снега находилась бы гораздо ближе к Солнцу, чем сейчас находится Юпитер. Но на таких близких расстояниях не было достаточно материи для построения гигантской планеты.
Таким образом, лед сформировался далеко. Но условия были другими. Холоднее. Раньше.
Что дальше
Первое десятилетие открытий экзопланет было доминировано гигантами. Массы, подобные или превышающие массу Юпитера. Их легко найти. Большая масса означает большое покачивание. Большая масса означает более глубокие транзиты.
Меньшие планеты найти сложнее.
По мере улучшения методов обнаружения астрономы будут находить более мелкие миры. Планеты размером с Землю. Каменистые.
Эти мелкие находки заполнят пробелы. Они покажут нам, как формируются системы, подобные нашей. Как они эволюционируют. Как часто мы встречаемся.
Покачивание откроет больше. Ослабление яркости выявит больше. Сияние в конечном итоге потеряет свою силу.
Мы все еще изучаем правила. И правила продолжают меняться.
