Современные представления о формировании планетных систем складываются из десятилетий наблюдений и компьютерного моделирования. В работах Сергея Ипатова подробно рассматривается эволюция Солнечной системы — от момента её зарождения до формирования планет, астероидного пояса и орбитальных резонансов, которые мы наблюдаем сегодня.
Взрыв сверхновой и рождение Солнца
Одной из ключевых идей является гипотеза о внешнем «толчке», который запустил формирование Солнечной системы. Согласно расчетам, плотное досолнечное облако газа и пыли могло оставаться стабильным до тех пор, пока вблизи не произошёл взрыв сверхновой. Ударная волна, прошедшая через облако, вызвала его гравитационный коллапс.
Важно, что эта же волна могла принести в формирующуюся систему короткоживущие радиоактивные изотопы, такие как алюминий-26 и железо-60. Следы их распада обнаруживаются в древнейших метеоритах, и это служит косвенным подтверждением сценария с участием сверхновой. Численные модели показывают, что ударные волны со скоростями от нескольких до десятков километров в секунду способны одновременно сжать облако и внедрить в него вещество извне.
Планетезимали — основа будущих планет
После формирования протопланетного диска в нём начали возникать планетезимали — твёрдые тела, из которых впоследствии сформировались планеты. Эти объекты активно взаимодействовали друг с другом гравитационно, и даже небольшие различия в их орбитах приводили к сложной и иногда хаотичной эволюции движения.
Исследования показывают, что пары тел могли длительное время двигаться по устойчивым орбитам, связанным с точками Лагранжа, либо переходить к подковообразным и хаотическим траекториям. В ряде случаев происходили тесные сближения, которые резко меняли параметры орбит и способствовали перераспределению вещества в протопланетном диске.
Резонансы и «пустоты» в поясе астероидов
Особое место в работе уделено астероидному поясу между Марсом и Юпитером. Наблюдаемое распределение астероидов содержит так называемые люки Кирквуда — области, где астероиды почти отсутствуют. Эти пустоты связаны с орбитальными резонансами с Юпитером.
Численные расчёты показали, что при определённых резонансах эксцентриситеты орбит астероидов могли значительно возрастать. В результате их орбиты начинали пересекать орбиты Марса и Земли, что приводило либо к выбросу астероидов из пояса, либо к их столкновениям с планетами. Именно этот процесс считается одной из причин формирования люков Кирквуда и источником части метеоритов, достигающих Земли.
Миграция тел и столкновения
В ходе эволюции Солнечной системы происходила активная миграция тел. Астероиды и кометные объекты могли перемещаться из внешних областей системы во внутренние, перенося лёд и другие вещества. Такие миграции играли роль не только в формировании поверхности планет, но и в возникновении ударных кратеров, в том числе на Луне.
Для моделирования этих процессов использовались как прямые численные расчёты, так и приближённые методы, позволяющие изучать эволюцию дисков, состоящих из сотен и тысяч тел, на больших временных масштабах.
Формирование планет земной группы
Отдельное внимание уделено формированию планет земной группы — Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Расчёты показывают, что рост этих планет происходил за счёт столкновений и объединения множества планетезималей и зародышей планет.
Основная масса Земли, по оценкам, могла сформироваться менее чем за 10 миллионов лет, тогда как вся эволюция диска длилась порядка 100 миллионов лет. При этом эксцентриситеты орбит тел со временем возрастали, особенно на краях зоны формирования планет. Это могло повлиять на современные особенности орбит Меркурия и Марса, включая их вытянутость и наклон.
Общие выводы
Исследования показывают, что Солнечная система сформировалась в результате сочетания множества факторов: внешнего воздействия сверхновой, гравитационных взаимодействий тел, орбитальных резонансов и длительной аккумуляции вещества. Эти процессы не уникальны и, вероятно, характерны для многих планетных систем в Галактике.
Понимание механизмов формирования и эволюции Солнечной системы позволяет не только лучше объяснить её современное устройство, но и оценивать, насколько похожими могут быть другие планетные системы во Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам работы на arXiv.org
