Учените продължават да изучават слънчевата система и това изглежда много интересно. Например, съвременните планетни орбити пристават улики, които разкриват тежките условия на произхода на Слънчевата система - и евентуално съществуването на междузвезден гигант, който заблуди отдавна. Нашата слънчева система е като местопрестъпление, случило се преди 4,6 милиарда години.
Съвременните орбити пристанищни улики, които разкриват тежките условия на произхода на Слънчевата система - и вероятно съществуването на междузвезден гигант, който изчезна отдавна.
Нашата слънчева система е като местопрестъпление, случило се преди 4,6 милиарда години.
Повърхностите, осеяни с кратери, изместени планетарни орбити и облаци от междупланетни отломки, са космически аналози на пръскане на кръв по стената и плъзгащи се следи на автомобил, оставящи преследване. Тези и други улики разказват за хаотичния произход на нашето планетарно семейство.
Сред тези отпечатъци се крият улики за изгубен брат, планета 9 (не, не Плутон), изхвърлена в гравитационния влекач, съпътстващ първоначалното формиране на Слънчевата система.
В днешно време четири огромни планети доминират в периферията на Слънчевата система: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Зад тях е поясът на Койпер - поле от ледени частици, сред които е открит Плутон.
„Не си мислете, че периферията на Слънчевата система винаги е била такава, каквато е сега“, казва Дейвид Несворни, планетарен учен от Югозападния изследователски институт в Боулдър, Колорадо, който за пръв път се изказа в полза на съществуването на избягала планета през 2011 г. година.
Несворни е член на група учени, които се опитват да разберат как се е развила Слънчевата система през първите няколкостотин милиона години от своето съществуване. Използвайки сложни компютърни модели, изследователите съставиха хронология на сблъсъците между новородени планети, възникнали сравнително близо една до друга - те се редуваха да се плъзгат и скачаха от една орбита на друга. Тези модели разкриха много малки подробности за това как планетите, астероидите и кометите се въртят около слънцето днес.
Промоционално видео:
Имаше само един проблем. Обикновено симулираните сценарии завършват с това, че Уран или Нептун са изгонени от Слънчевата система, както пише Несворни през септември в Годишния преглед на астрономията и астрофизиката.
Тъй като в действителност Уран и Нептун остават на местата си - космически кораби са посетили и двамата - нещо в тези сценарии не се получи. Въпреки това, както мнозина изследователи подозират, ключов играч в тази мистерия и липсваща връзка в историята на Слънчевата система може би е петата планета-гигант.
Изгубена планета
Астрономите разчитат на компютърни модели, за да пресъздадат тези древни сцени, създавайки хиляди различни слънчеви системи по хиляди различни начини. Те превеждат законите на физиката и каквито и първоначални планетарни позиции да си помислят в код. Изследователят задава параметрите - една планета тук, един куп астероиди там - и след това се обляга на стола си и позволява на симулираната среда да свърши цялата работа за него. След няколко седмици в реално време - милиони години в модела - астрономът проверява резултатите, за да види какво се е случило със Слънчевата система. Колкото по-близо е до реалността, толкова по-успешен е моделът.
Това направи Несворни през 2009 година. Той се задълбочи във виртуалните слънчеви системи в опит да спаси виртуалния Уран и виртуалния Нептун от виртуалните им пътеки в дълбокото пространство.
Проблемът беше Юпитер, гигантска хулиганска планета, чиято гравитация може да достигне достатъчно далеч, за да бъде изтласкана от по-малки планети и различни отломки. В най-успешната симулация до момента, Юпитер и една от двете външни планети отскочиха една от друга и в крайна сметка се настаниха в сегашните си орбити. Но това се случи само в един процент от всички модели. В останалите 99% от случаите Юпитер хвърли Уран или Нептун толкова силно, че напуснаха Слънчевата система и никога не се върнаха към нея.
„Това направи ситуацията много загадъчна, тъй като знаехме, че Уран и Нептун продължават да съществуват в сегашния си вид“, казва Несворни. Така той продължи да експериментира. След една година симулиране на безброй различни сценарии, той започна да мисли за добавяне на мъченически планети - допълнителни планети, жертвани, за да спасят останалите.
„Просто симулирах тяхното съществуване, за да видя какво се е случило, а не защото се отнасях сериозно към самата идея“, казва Несворни. "Но тогава разбрах, че в него може да има разумно зърно." Той изпълни около 10 000 сценария, като промени броя на допълнителните планети, първоначалното им местоположение и масата на всяка от тях.
Най-добрият вариант, който най-точно предсказа настоящото състояние на нашата слънчева система, се оказа този, при който допълнителната планета се намираше между първоначалните орбити на Сатурн и Уран. По отношение на масата планетата беше приблизително равна на Уран и Нептун и беше почти 16 пъти по-голяма от Земята. Това е такава планета, която би могла да се сблъска с орбитата на Юпитер и да излети от Слънчевата система.
Графиката показва как се е променило разстоянието между планетите и слънцето във времето. Първите няколко милиона години в компютърния модел орбитите се променяха бавно, след това имаше тесен контакт между Сатурн (зелен) и допълнителна планета (лилаво), което доведе до дестабилизация на орбитите. Пунктирани линии показват текущите размери на орбитите. (Източник: взето от материали на D. Nesvorny / раздел на астрономията и астрофизиката на списание Knovable, 2018.)
Шансовете са все още тънки. В следващите модели това подравняване завърши успешно в около пет процента от времето. „Съществуването на слънчевата система в сегашния й вид не е нито типично, нито предсказуемо“, отбелязва Несворни през 2012 г. в документ, написан в съавторство с колегата си Алесандро Морбидели от Обсерваторията на Френската Ривиера. Въпреки това, моделът беше значително подобрение над успеваемостта от 1% за онези модели, които включваха само четирите гигантски планети, които познаваме и обичаме днес.
„Ако приемем, че пета планета прави много по-лесно да се обясни какво се случва“, казва Шон Реймънд, планетарен учен от университета в Бордо във Франция. И въпреки че доказателствата са предимно косвени, „много по-логично е да се предположи, че тогава е имало и пета планета“.
Това може да изглежда много противоречиво предположение. Как астрономите могат да знаят нещо за случилото се преди четири милиарда години, дори с планетите, които можем да наблюдаваме сега, камо ли за онези, за които нищо не знаем? Оказва се обаче, че планетите са оставили много бойни белези на младостта като доказателство за детективи на бъдещето.
Междупланетно пръскане на кръв
„Ние сме повече от уверени, че планетите не са произлезли там, където са днес“, казва Нейтън Кейб, планетарен учен от Университета на Оклахома в Норман.
Тази реализация обаче се случи съвсем наскоро. През по-голямата част от историята астролозите не са се съмнявали, че планетите винаги са били в сегашните си орбити. Но в началото на 90-те години изследователите разбраха, че нещо липсва от такъв модел.
Нептун и Тритон.
Точно отвъд орбитата на Нептун се намира пояса на Койпер, разпръскване на ледени отломки, които обграждат слънцето. „Това е кръвното ни пръскане по стената“, казва Константин Батигин, планетарен учен от Калифорнийския технологичен институт.
Разположението на обектите на пояса на Койпер доведе изследователите до неизбежното заключение: Нептун е трябвало да се е образувал много по-близо до Слънцето, отколкото сегашното му местоположение предполага. Много обекти на пояса на Койпер се скупчават в концентрични орбити, които неясно наподобяват канали в музикален запис. Тези орбити почти не са случайни - те са пряко свързани с Нептун.
Например Плутон е най-известният жител на пояса на Койпер. Той и няколкостотин негови познати пътешественици правят точно две обороти около Слънцето в трите, които Нептун прави през същия период. Други потоци от отломки в колана правят една пълна революция за всеки два, която изпълнява Нептун - или по-скоро четири за всеки седем.
Коланът на Койпер не би могъл да бъде направен по този начин без външно влияние. Ако обаче приемем, че Нептун се е издигнал по-близо до Слънцето и след това се е придвижвал навън, неговата гравитационна сила би била достатъчно силна, за да хване междупланетните отломки в мрежите си и да го изпрати в тези необичайни орбити.
Този модел показва как близкото разположение на външните планети (изображение вляво) може да се промени във времето. Орбитите на Юпитер и Сатурн се сближават (централно изображение), което води до промяна във всички останали орбити. Конкретно в този модел Уран и Нептун се разменят. След известно време (изображение вдясно) космическите отломки се разпръскват - част от него се установява в пояса на Койпер, докато планетите започват да се движат към сегашните си орбити. (Източник: адаптиран от Astromark / Wikimedia Commons.)
Това съвпадна с прогнозите на някои модели, получени десетилетие по-рано.
Образуването на планетите остави след себе си каша от отломки, разпръснати из Слънчевата система. Всеки фрагмент, който се приближи твърде близо до Нептун, неизбежно би попаднал под влиянието на неговата гравитация. Тъй като всяко действие е последвано от еднаква сила на опозиция, всеки път, когато Нептун натиска острието, той самият се движи в обратна посока. Бавно, но сигурно, Нептун се прокрадна от слънцето.
Процесът на миграция на Нептун се прилага и за други гигантски планети. В крайна сметка Юпитер, Сатурн и Уран преминаха през едно и също поле за отломки и се справиха с подобни гравитационни взаимодействия. И ако Нептун се премести на ново място, същото би трябвало да се случи и с всички останали гигантски планети.
И този процес очевидно не беше гладък.
Непрекъснатите сблъсъци с целия този отломки трябваше да превърнат орбитите на гигантските планети в перфектни стройни кръгове - точно като глина на грънчарското колело е изгладена от твърдата ръка на грънчар. Все пак орбитите се оказаха съвсем различни. Вместо това гигантските планети се движат по леко издължени и изкривени орбити. Сякаш някой удари колело, прекроява еднократно саксиите.
Юпитер скача
До 2005 г. изследователите са определили виновника. Новите модели предполагаха, че в един момент гигантските планети са преминали през онова, което учените наричат "динамична нестабилност". С други думи, за около един милион години всичко се превърна в луд вихър. Най-вероятната причина за това изглеждаше серия от сблъсъци между Сатурн и Уран, или Нептун - тоест един от ледените гиганти - който изпрати един от тях директно към Юпитер. Щом изгубената планета се приближи, нейната гравитация изтегли Юпитер, забави го и го избута в по-тясна орбита. Юпитер обаче дръпна нахлуващата планета с не по-малка сила. Леденият гигант, бидейки много по-лек, ускори много повече, отколкото Юпитер забави скорост и се насочи далеч от слънцето.
Такъв инцидент би бил гравитационен погром за Слънчевата система. Юпитер скочи по-дълбоко навътре, докато останалите външни планети скочиха навън. Такъв тласък би превърнал орбитите на гигантските планети в сегашното им състояние. Освен това би спестила вътрешната слънчева система - Меркурий, Венера, Земя, Марс и астероидния пояс - от гравитацията както от Юпитер, така и от Сатурн, което беше друг проблем в най-ранните модели.
Което ни отвежда до премахването на Уран или Нептун от системата. Именно на този етап от симулацията Юпитер най-често изхвърля един от ледените гиганти.
Това е самият проблем, който Несворни се опита да реши, без да наруши всичко останало в симулациите, които работеха. Допълнителният леден гигант поема основната част от удара от Юпитер, позволявайки на останалите събития от сценария да се развиват безпрепятствено.
„Това е доста правдоподобно“, казва Батигин. "Изобщо не е факт, че винаги е имало точно два ледени гиганта вместо трима." Напротив, казва той, някои изчисления позволяват първоначалното съществуване на до пет планети, подобни на Нептун.
Батигин и неговите колеги разследваха този въпрос паралелно с Несворни, макар и по различни причини. „Исках да демонстрирам, че не може да има допълнителна гигантска планета“, казва Несворни.
Голямо червено петно на Юпитер. Снимка, направена от Voyager 1.
Той разсъждаваше, че на излизане от Слънчевата система тази предполагаема планета трябва да е оставила следа тук-там в пояса на Койпер, в район, известен като "студен класически пояс". Ако поясът на Койпер беше поничка, продължава Батигин, студеният класически колан ще се превърне в неговия шоколадов пълнеж - струпване от предмети, чиито орбити са разположени практически в една и съща равнина в колана на Койпер. Планета, минаваща наблизо, трябваше да разруши тези орбити - поне така вярваха Батигин и колегите му.
Техните компютърни модели показаха, че нищо подобно не се е случило. За тяхна изненада планетата в изгнание не би унищожила студения класически колан на излизане. Това не доказва съществуването на планетата - полученият резултат само показва, че Слънчевата система би могла да съществува в сегашния си вид, както с нея, така и без нея. Може ли тази планета да остави по-ясен отпечатък? Или, връщайки се към аналогията на местопрестъплението, има ли следи от пързаляне? Несърни смята, че подобни следи биха могли да останат.
Ядро на истината
Има и друга част от пояса на Койпер - тясна струя ледени отломки, наречена сърцевина, чиито орбити не съответстват на сегашното положение на Нептун. Произходът му е загадка. През 2015 г. Несворни твърди, че може би причината за всичко може да бъде движението на Нептун от Слънцето, провокирано от отминала планета.
Докато Нептун се придвижваше в крайната си орбита и поместваше отломките в орбита, съответстваща на неговата собствена, в един момент можеше да бъде изложен, който освободи достатъчно от този отломки, за да образува свой собствен поток.
Моделите показаха, че същото гравитационно въздействие, което може да накара Юпитер да скочи от орбита към орбита и да изтласка допълнителната планета от Слънчевата система, може да се случи в точното време, за да избута и Нептун.
"Резултатът е нещо като ядро", казва Несворни. "Това е косвено доказателство … не е убедително."
В действителност никога няма да разберем със сигурност какво се е случило в Слънчевата система по време на нейното формиране. "Не можем да напишем Библията на Слънчевата система", казва Батигин. "Можем да говорим за тези събития само в много общи положения."
Ако някой от обитателите на Слънчевата система наистина е изгонен от нейните граници, той е в добра компания. През последните години астрономите са открили няколко разбойнически планети, които се движат между звездите, които, най-вероятно, също бяха изхвърлени от домовете си. Проектирайки резултатите от това откритие върху останалата част от галактиката, "има много повече летящи планети с размер на Юпитер, отколкото звезди", казва Несворни.
Това може да е преувеличение - според последните оценки, има само една планета, подобна на Юпитер за всеки четири звезди, - но това все още е милиарди роуминг светове. И това са само онези, които са сравними по размер с Юпитер. Нашият изгон вероятно беше по-малък - с размерите на Нептун; и нямаме представа колко такива тела бродят по галактиката. Но знаем, че Вселената има тенденция да предпочита малките тела, отколкото големите.
"Обзалагам се, че има много от тях", казва Несворни. Освен всичко друго, астрономите са открили хиляди звездни системи в Млечния път и много от тях показват признаци на сблъсъци в много по-голям мащаб от обсъжданите по-горе. "Удивително е", казва Несворни, "колко подредена е останала слънчевата система."
Кристофър Крокет