Одна ошибка — и всё развалилось: как Юпитер с Сатурном стерли порядок из Солнечной системы

В первые миллионы лет своей жизни Солнечная система могла звучать как тщательно настроенный оркестр, в котором четыре планеты земной группы двигались по орбитам в чётком ритме, подобном музыкальному. Новое исследование предполагает, что Венера, Земля, Марс и гипотетическая Тейя не только сформировались значительно раньше, чем считалось ранее, но и изначально были связаны орбитальным резонансом.

Ритм, заданный звёздами

Орбитальный резонанс — это когда периоды обращения планет вокруг звезды находятся в целочисленном соотношении. Это явление известно по системе TRAPPIST-1, где семь экзопланет вращаются вокруг крошечной звезды в удивительно синхронизированном танце. В такой системе, например, внутренняя планета может сделать восемь оборотов, пока соседняя совершает пять.

Учёные давно наблюдали такие системы за пределами нашей, но не было уверенности, происходило ли нечто подобное в Солнечной системе. Ведь современные планеты, включая Землю, не находятся в строгом резонансе — хотя Венера и Марс демонстрируют близкое соотношение 3,05:1.

Что если Земля — не первая?

Идея орбитального резонанса в ранней Солнечной системе до сих пор оставалась в тени гипотезы о хаотичном формировании через гигантские столкновения. Однако новые данные меняют эту картину.

"До сих пор никто не исследовал, находились ли планеты земной группы в резонансе", — заявил доцент Университета и соавтор исследования Цинхуа Крис Ормел.

Он поделился этим наблюдением с Live Science. По его словам, прежняя теория столкновений казалась достаточной, чтобы объяснить нынешнее положение планет.

Но изотопный анализ, проведённый в 2013 году, показал, что Марс, вероятно, сформировался, когда газовый протопланетный диск ещё существовал — всего через 10 миллионов лет после начала формирования Солнечной системы. Это открытие стало поводом для пересмотра старых гипотез.

Компьютерная симфония

Исследователи смоделировали молодую Солнечную систему, включив в расчёты Юпитер, Сатурн и четыре внутренние планеты — Марс, Венеру, Землю и Тейю. Меркурий был исключён, так как считается, что он возник значительно позже и в результате других процессов.

В этих моделях гиганты располагались ближе друг к другу, чем сегодня, а каменистые планеты "росли" из гальки и крупных каменных тел весом в триллионы тонн. Почти во всех симуляциях Венера, Земля, Тейя и Марс оказались в цепочке орбитального резонанса с соотношением 2:3:4:6. Причём это состояние сохранялось не менее миллиона лет.

Когда всё пошло иначе

Чтобы проверить устойчивость такой системы, учёные провели более 13 тысяч симуляций на период в 100 миллионов лет, включая гравитационное влияние всех планет. На 10-миллионной отметке они "вытолкнули" Сатурн наружу, симулируя реальное событие — гигантскую планетарную нестабильность, известную по теории 4,4 миллиарда лет назад.

Результаты оказались удивительными: примерно половина симуляций воспроизводила текущую структуру Солнечной системы, включая один-единственный катаклизм — столкновение Тейи с Землёй, приведшее к появлению Луны, а также характерные соотношения орбит планет.

Венера как машина времени

Особое внимание в исследовании уделяется Венере. В отличие от Земли и Марса, она, вероятно, не переживала гигантских ударов и сохранила в своей мантии "подлинные" следы древней истории.

"Будущие миссии смогут получить образцы мантии Венеры и подтвердить возраст её формирования", — заявил докторант Университета Цинхуа и первый автор исследования Шуо Хуан в интервью Live Science.

Почему системы как TRAPPIST-1 не встречают гигантов

Новое исследование также объясняет, почему похожие резонансные системы — такие как TRAPPIST-1 — не имеют внешних газовых гигантов. Учёные пришли к выводу, что именно такие гиганты, как Юпитер и Сатурн, способны разрушать хрупкую гармонию резонансных связей, смещая внутренние планеты с орбит и превращая их движение в хаотичный танец.