Знание-сила, 2014 №07

Эти путаные перемещения Юпитера, то устремлявшегося в центральную часть Солнечной системы, то поворачивавшего назад, и объясняют причину, по которой так разнороден состав пояса астероидов, расположенного между современными орбитами Марса и Юпитера. Туда были оттеснены и небольшие каменные астероиды, образовавшиеся в окрестности Земли, и «грязные снежки» — кометы, которые формировались близ планет-гигантов. Одни эти объекты содержат преимущественно кремний и его соединения, другие — в основном соединения углерода. Ранее астрономы полагали, что те и другие образовались в одной и той же зоне, на расстоянии от 300 до 500 миллионов километров от Солнца. Между тем, недавние наблюдения показали, что углеродсодержащие астероиды, находящиеся здесь, действительно, больше напоминают кометы.

Но вернемся в далекое прошлое, когда к этому «балету» двух гигантских планет, круживших по просторам Солнечной системы, присоединилась еще пара участников — Уран и Нептун. Итак, в ту пору, когда газопылевая туманность, обволакивавшая Солнце, рассеялась, эти четыре планеты образовали «мультирезонансную конфигурацию». В то время расстояние между Юпитером и Нептуном составляло всего 7 астрономических единиц (сегодня их разделяет 25 астрономических единиц). Такая система очень стабильна и может просуществовать миллиарды лет благодаря тому, что силы притяжения планет взаимно уравновешиваются. Их ход теперь размерен, словно слаженная работа отдельных частей машины. Но, подобно камешкам, попавшим внутрь машины и ломающим ее, в этом планетарном механизме оказались свои «посторонние предметы». Это было плотное кольцо из планетезималей — ледяных глыб, оставшихся от той эпохи, когда шло формирование планет. Они располагались на расстоянии 13–14 астрономических единиц от Солнца, а их суммарная масса в 30–50 раз превышала массу Земли. Время от времени то одна, то другая из этих глыб сбивалась с привычного пути и приближалась к Урану или Нептуну, возмущая их движение.

Наконец, по прошествии нескольких сотен миллионов лет, накопившиеся деформации орбит стали так велики, что дружный ансамбль планет окончательно рассорился. Иными словами, этот небесный механизм начал просто рассыпаться. При этой «аварии», разыгравшейся на дорогах небес, одна за другой — словно незакрепленные колеса, слетающие на полной скорости с оси, — были выброшены со своих орбит Уран и Нептун. При этом одна из них, — вероятно, Нептун — стала обращаться по очень вытянутой орбите, пересекавшейся с орбитой Сатурна. На протяжении всего нескольких десятков тысяч лет обе планеты не раз оказывались рядом друг с другом, находясь на волосок от столкновения. Возможно, иногда их разделяло всего несколько миллионов километров.

Астрономы не исключают даже того, что Юпитер и Сатурн, словно два теннисиста — мячом, «перекидывались» Нептуном (или Ураном), отправляя его то ближе к центру площадки, именуемой Солнечной системой, то чуть ли не в аут — примерно туда, где он обретается и поныне после одного из «метких ударов», нанесенных Юпитером. Какая из двух планет служила «космическим мячом», непонятно. В половине компьютерных моделей, разработанных астрономами, ей оказывался Уран, в половине — Нептун. Возможно, что последний сформировался ближе к Солнцу, чем Уран, и лишь потом, «в годину смуты», охватившей нашу Солнечную систему, был отброшен к самой ее границе. Впрочем, астрономы затрудняются пока объяснить, что именно заставило Уран и Нептун поменяться местами.

На нашу планету и сейчас иногда обрушиваются метеориты. Но эти одиночные коллизии не идут ни в какое сравнение с Великой космической бомбардировкой, разразившейся около 3,9 миллиарда лет назад. Впрочем, на Земле практически нельзя найти непосредственные следы тех событий — кратеры, метеориты, а потому Бернар Марти из Исследовательского центра петрографии и геохимии в Нанси и его коллега Андерс Мейбом попытались доказать сам ее факт иначе. Их аргументом стало содержание инертных газов — неона, аргона, криптона и ксенона — в атмосфере Земли и образцах ее горных пород. Наблюдения показали, что соотношения между содержанием в земной мантии этих четырех газов, а также воды и азота соответствуют тем же показателям для определенного класса метеоритов, а именно хондритов. На основе этого ученые предположили, что подобные соотношения были типичными для того протопланетного вещества, из которого образовались и сами хондриты, и Земля.

В атмосфере же нашей планеты содержится в процентном отношении больше инертных газов, чем в мантии Земли. Увеличиться их концентрация могла только за счет столкновений Земли с кометами, сформировавшимися на расстоянии свыше 15 астрономических единиц от Солнца, при температурах от 220 до 245 градусов ниже нуля, когда летучие инертные газы превращаются в лед. Проанализировав состав атмосферы, Марти и Мейбом пришли к выводу, что во время Великой космической бомбардировки около 1 % снарядов, рухнувших на Землю, составляли кометы. Всего за ту сравнительно короткую эпоху, длившуюся для Земли каких-то 50 миллионов лет, общая масса нашей планеты.

В любом случае, обе дальние планеты нашей системы после этих коллизий стали обращаться по очень вытянутым, эллиптическим орбитам, так и норовя забраться в это ледяное скопление глыб и взбаламутить его. В течение короткого времени они вымели оттуда все глыбы, и тогда град метеоритов устремился на планеты, расположенные в окрестности Солнца. Лишь после этого орбиты планет-гигантов, теперь уже не испытывавших гравитационных возмущений, постепенно сгладились — стали почти круговыми.

Около 3,7 миллиарда лет назад положение планет Солнечной системы, наконец, стабилизируется. Впрочем, теперь они находятся значительно дальше от Солнца, нежели в ту пору, когда наша планетная система только формировалась.

И все-таки прежняя гармония не вернулась. Тот же Юпитер то приближается к Солнцу на расстояние 741 миллион километров, то удаляется от него на 816 миллионов километров. Немного не совпадают и плоскости, в которых располагаются орбиты гигантских планет. Максимальный угол между этими плоскостями составляет 2 градуса. «Это, конечно, не так много, — отмечает Морбиделли, — но все же существенно больше, чем ожидалось».

«Модель Ниццы» многое объясняет в архитектуре Солнечной системы. Вот несколько примеров.

В окрестности Юпитера обретаются десятки тысяч астероидов — так называемые «троянцы». Ранее астрономы считали, что они образовались одновременно с ним. Однако Морбиделли и его коллеги предположили, что эти планетки были захвачены Юпитером в эпоху «смуты», которая охватила Солнечную систему около 4 миллиардов лет назад. Сформировались же они в разных областях нашей планетной системы. В самом деле, некоторые из троянцев, скорее, напоминают кометы; другие же практически не содержат ни воды, ни органических веществ. Кроме того, орбиты некоторых троянцев наклонены под углом 40 градусов к плоскости орбиты Юпитера, а это тоже хорошо согласуется с «моделью Ниццы».