Ученые лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского провели масштабное компьютерное моделирование с целью узнать взаимное влияние «зародышей» планет друг на друга в эпоху формирования Солнечной системы. Результаты исследования опубликованы в журнале Solar System Research.
Солнечная система появилась примерно 4,6 миллиарда лет назад в результате гравитационного коллапса межзвездного газового облака. Причиной катаклизма, вероятно, стал взрыв сверхновой звезды. В результате коллапса образовалась «звезда по имени Солнце», вокруг которой постепенно стали формироваться пылевые протопланетные облака.
В ближайшей к Солнцу области сформировалось от 50 до 100 мелких планетезималей (зародышей планет, от англ. planet — планета и англ. infinitesimal — бесконечно малая). Пословица «в тесноте да не в обиде» для сурового космоса не аргумент. Теснота вызвала множество столкновений небесных тел. В результате «естественного отбора» за сто миллионов лет на орбитах остались четыре сравнительно крупных объекта — планеты Земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс.
Интересна судьба Луны. Компьютер считает наиболее вероятным сценарием сосуществование в одном протопланетном облаке двух зародышей — Земли и Луны, самостоятельно вращавшихся вокруг Солнца. В какой-то момент под воздействием земной гравитации Луна стала нашим спутником. Но не исключен и ударный вариант: Луна — это бывшая часть земной мантии, отколовшаяся в результате столкновения.
В области, отстоящей от Солнца более чем на 2 астрономические единицы (за 1 а.е. принято расстояние от Земли до Солнца — 149,6 миллиона километров), тенденцией стало формирование окруженных многочисленными спутниками газовых планет-гигантов и постепенное увеличение полуосей их орбит.
Моделирование показало, что изначально планетезималь Нептуна (третья по массе планета после Юпитера и Сатурна) находилась всего в 15 (а, возможно, даже в 10) а.е. от Солнца. Юпитер и Сатурн были еще ближе. Но в результате вхождения соседей-гигантов в так называемый орбитальный резонанс и других гравитационных процессов Уран, Нептун, Плутон и более мелкие небесные тела, составляющие внешний астероидный пояс Койпера, были вытеснены на «задворки» Солнечной системы. Сегодня расстояние от Солнца до Нептуна превышает 30 а.е. (4,5 миллиарда километров). Любопытно, что Уран теперь ближе к Солнцу, чем Нептун, хотя 4 миллиарда лет назад было наоборот.
Одной из протопланет, гипотетическому Фаэтону, фатально не повезло. В результате одного или нескольких столкновений со сравнимыми по массе и кинетической энергии небесными телами он разрушился, образовав внутренний пояс астероидов.
Вычисления показали, что именно из пояса астероидов с большой долей вероятности на Марс, Землю и Венеру попала вода. Это случилось во время так называемой Тяжелой бомбардировки 4 миллиарда лет назад, когда уже сформировавшиеся планеты Земной группы интенсивно атаковали объекты из пояса астероидов.
Объем «импортированной» на землю воды компьютер оценил в 6x1018 тонн. Сегодняшние запасы воды на Земле оцениваются в 1,26x1018 тонн. Остальная влага вернулась в космос или пережила химические превращения, в том числе став основой жизни на нашей планете.
Моделирование не дало достоверного подтверждения гипотезы о существовании девятой планеты Тюхе, вытесненной «усилиями» планет-гигантов за пределы видимой части Солнечной системы и ушедшей на очень вытянутую орбиту или вовсе сгинувшей в дальнем космосе. Впрочем, опровержения этой теории тоже нет.
Помимо расчетов взаимодействия протопланет в Солнечной системе ученые Института имени Вернадского провели моделирование эволюции ближайших к нам экзопланетных систем звезд Проксима Центавра и Траппист-1.
По мнению ведущего научного сотрудника лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН доктора физико-математических наук Сергея Ипатова, с большой вероятностью можно утверждать, что объем воды, доставленной на экзопланету B системы Проксима Центавра, сопоставим с объемом, доставленным на Землю во времена Тяжелой бомбардировки, или даже превышает его. Аналогичные процессы «водоснабжения» могли проходить и в системе Траппист-1 при условии тесного взаимодействия тел в протопланетных облаках.
Ранее ученые сообщили о новых признаках органики на Церере.