Mokslininkai toliau tiria saulės sistemą, ir ji atrodo labai įdomi. Pavyzdžiui, šiuolaikinės planetų orbitos užuominos yra užuominos, atskleidžiančios atšiaurias Saulės sistemos kilmės sąlygas - ir, galbūt, tarpžvaigždinio milžino egzistavimą, kuris seniai sukluso. Mūsų saulės sistema yra tarsi nusikaltimo vieta, įvykusi prieš 4,6 milijardo metų.
Šiuolaikinės orbitos kupinos įkalčių, atskleidžiančių atšiaurias Saulės sistemos kilmės sąlygas - ir galbūt tarpžvaigždinio milžino egzistavimą, kuris jau seniai suklydo.
- „Salik.biz“
Mūsų saulės sistema yra tarsi nusikaltimo vieta, įvykusi prieš 4,6 milijardo metų.
Krateriais ištempti paviršiai, perkeltos planetų orbitos ir tarpplanetinių šiukšlių debesys yra kosminiai kraujo purslai, išsilieję ant sienos, ir slydimo žymės automobilyje, paliekančiame persekiotoją. Šie ir kiti įkalčiai pasakoja apie chaotiškas mūsų planetų šeimos ištakas.
Tarp šių pėdsakų yra įkalčių apie pamestą brolį ir seserį, 9-ąją planetą (ne, ne Plutoną), išmestą į gravitacinį karo vilkiką, kuris lydėjo pradinį Saulės sistemos formavimąsi.
Šiais laikais Saulės sistemos periferijoje dominuoja keturios didžiulės planetos: Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas. Už jų yra Kuiperio juosta - ledo skiautelių laukas, tarp kurio randamas Plutonas.
„Nemanykite, kad Saulės sistemos periferija visada buvo tokia pati kaip dabar“, - sako Davidas Nesvorny, Kolorado miesto Boulderio pietvakarių tyrimų instituto planetų mokslininkas, kuris pirmą kartą pasisakė už bėgančią planetą 2011 m. metų.
Nesvornis yra mokslininkų grupės narys, kuris bando išsiaiškinti, kaip Saulės sistema vystėsi per pirmuosius kelis šimtus milijonų gyvavimo metų. Naudodamiesi sudėtingais kompiuterių modeliais, tyrėjai sudarė naujagimių planetų, susidūrusių palyginti arti viena kitos, susidūrimo laiko juostą - jos pakaitomis slydo ir šokinėjo iš vienos orbitos į kitą. Šie modeliai atskleidė daug smulkių detalių apie tai, kaip planetos, asteroidai ir kometos šiandien sukasi aplink saulę.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Buvo tik viena problema. Paprastai imituojami scenarijai baigėsi tuo, kad Uranas ar Neptūnas buvo išstumti iš saulės sistemos, kaip rugsėjį rašė Nesvorny metiniame astronomijos ir astrofizikos apžvalgoje.
Kadangi iš tikrųjų Uranas ir Neptūnas lieka savo vietose - erdvėlaiviai aplankė juos abu - kažkas šiuose scenarijuose neveikė. Tačiau, kaip įtaria daugelis tyrinėtojų, pagrindinis šios paslapties žaidėjas ir trūkstamas ryšys Saulės sistemos istorijoje gali būti penktoji milžiniška planeta.
Prarasta planeta
Norėdami atkurti šias senovines scenas, astronomai pasikliauja kompiuterių modeliais, sukurdami tūkstančius skirtingų saulės sistemų tūkstančiais skirtingų būdų. Jie fizikos dėsnius ir bet kokias pradines planetų padėtis jie paverčia programos kodu. Tyrėjas nustato parametrus - vieną planetą čia, krūvą asteroidų ten - ir paskui atsiremia į savo kėdę ir leidžia modeliuojamai aplinkai atlikti visą darbą už jį. Po poros savaičių realiu laiku - milijonai metų modelyje - astronomas patikrina rezultatus, kad pamatytų, kas nutiko Saulės sistemai. Kuo jis arčiau tikrovės, tuo sėkmingesnis modelis.
Tai padarė Nesvorni 2009 m. Jis pasinėrė į virtualias saulės sistemas, bandydamas išgelbėti virtualų Uraną ir virtualų Neptūną iš jų virtualių kelių gilumoje.
Problema buvo Jupiteris - milžiniška chuliganų planeta, kurios sunkio jėga gali pasiekti pakankamai toli, kad ją galėtų pastumti mažesnės planetos ir įvairios šiukšlės. Iki šiol sėkmingiausiame modeliavime Jupiteris ir viena iš dviejų išorinių planetų atšoko vienas nuo kito ir galiausiai įsikūrė į savo dabartines orbitas. Bet tai atsitiko tik vienam procentui visų modelių. Likusiais 99% atvejų Jupiteris taip stipriai išmetė Uraną ar Neptūną, kad jie paliko Saulės sistemą ir niekada prie jos negrįžo.
„Tai padarė situaciją labai paslaptingą, nes mes žinojome, kad Uranas ir Neptūnas ir toliau egzistuoja dabartine forma“, - sako Nesvorni. Taigi jis toliau eksperimentavo. Po metų imitavęs nesuskaičiuojamą daugybę skirtingų scenarijų, jis pradėjo galvoti apie kankinio planetų pridėjimą - papildomos planetos paaukojo, kad išgelbėtų likusią dalį.
„Aš tik imitavau jų egzistavimą norėdamas pamatyti, kas nutiko, o ne todėl, kad rimtai mąstau apie pačią idėją“, - sako Nesvorni. "Bet tada aš supratau, kad jame gali būti protingų grūdų." Jis sukūrė apie 10 000 scenarijų, pakeisdamas papildomų planetų skaičių, jų pradinę vietą ir kiekvienos iš jų masę.
Paaiškėjo, kad geriausias variantas, kuris tiksliausiai prognozavo dabartinę mūsų saulės sistemos būklę, buvo tas, kuriame papildomos planetos buvo tarp pradinių Saturno ir Urano orbitų. Masės atžvilgiu planeta buvo maždaug lygi Uranui ir Neptūnui ir buvo beveik 16 kartų didesnė už Žemę. Tai yra tokia planeta, kuri galėtų susidurti su Jupiterio orbita ir išskristi iš Saulės sistemos.
Diagrama rodo, kaip laikui bėgant pasikeitė atstumas tarp planetų ir saulės. Pirmuosius kelis milijonus metų skaičiuojant kompiuterio modelyje, orbita keitėsi lėtai, tada tarp Saturno (žalia) ir papildomos planetos (violetinė) buvo glaudus kontaktas, dėl kurio orbitos buvo destabilizuotos. Taškinės linijos nurodo dabartinius orbitų dydžius. (Šaltinis: paimta iš D. Nesvorny medžiagos / Žinomo žurnalo astronomijos ir astrofizikos skyrius, 2018.)
Šansai vis dar menki. Vėlesniuose modeliuose šis derinimas pasisekė maždaug per penkis procentus laiko. „Saulės sistemos egzistavimas dabartine forma nėra nei tipiškas, nei numatomas“, - pažymėjo Nesvorny 2012 m. Kartu su savo kolega Alessandro Morbidelli iš Prancūzijos Rivjeros observatorijos parašytame dokumente. Nepaisant to, modelis žymiai pagerino 1% sėkmės procentą tiems modeliams, į kuriuos įeina tik keturios milžiniškos planetos, kurias mes šiandien žinome ir mėgstame.
„Darant prielaidą, kad penktoji planeta yra daug lengviau paaiškinti, kas vyksta“, - sako Seanas Raymondas, Bordo universiteto Prancūzijoje planetų mokslininkas. Ir nors įrodymai dažniausiai būna netiesioginiai, „daug logiškiau manyti, kad tada buvo ir penktoji planeta“.
Tai gali atrodyti kaip labai prieštaringa prielaida. Kaip astronomai gali žinoti ką nors apie tai, kas nutiko prieš keturis milijardus metų, net su planetomis, kurias dabar galime stebėti, jau nekalbant apie tas, apie kurias nieko nežinome? Tačiau paaiškėja, kad planetos paliko daugybę kovos su jaunimu randų, kaip įrodymų ateities detektyvams.
Tarpplanetinis kraujo purslas
„Mes daugiau nei įsitikinę, kad planetos atsirado ne ten, kur yra šiandien“, - teigė Nathanas Keibas, planetos mokslininkas iš Oklahomos universiteto Normane.
Tačiau tai suprato gana neseniai. Didžiąją istorijos dalį astrologai neabejojo, kad planetos visada buvo dabartinėmis orbitomis. Tačiau dešimtojo dešimtmečio pradžioje tyrėjai suprato, kad kažko trūko tokiam modeliui.
Neptūnas ir Tritonas.
Už Neptūno orbitos yra Kuiperio juosta - saulės spindulį supančios ledo šiukšlės. „Tai yra mūsų kraujo purslai ant sienos“, - sako Kalifornijos technologijos instituto planetų mokslininkas Konstantinas Batyginas.
Kuiperio juostos objektų išsidėstymas tyrinėtojams padarė neišvengiamą išvadą: Neptūnas turėjo susidaryti daug arčiau Saulės, nei rodo jo dabartinė padėtis. Daugelis Kuiperio juostos objektų susikaupia koncentrinėmis orbitomis, kurios neaiškiai primena griovelius muzikos įraše. Šios orbitos beveik nėra atsitiktinės - jos tiesiogiai susijusios su Neptūnu.
Pavyzdžiui, Plutonas yra garsiausias Kuiperio juostos gyventojas. Tris kartus per tą patį laikotarpį, kurį „Neptūnas“suka, jis ir dar keli šimtai mums žinomų kolegų kelia maždaug po Saulę. Kiti nešvarumų srautai dirže sukelia vieną visišką apsisukimą kas dvejus, kuriuos užbaigia Neptūnas, arba, tiksliau sakant, keturis kas septynis.
Kuiperio diržas negalėjo būti padarytas tokiu būdu be išorinės įtakos. Tačiau darant prielaidą, kad Neptūnas iškilo arčiau Saulės ir paskui pasislinko į išorę, jo gravitacinė jėga būtų pakankamai stipri, kad sugautų tarpplanetinius šiukšles savo tinkluose ir nusiųstų į šias neįprastas orbitas.
Šis modelis parodo, kaip laikui bėgant gali keistis artimas išorinių planetų išdėstymas (vaizdas kairėje). Jupiterio ir Saturno orbitos suartėja (vaizdas centre), o tai lemia visų kitų orbitų pasikeitimą. Konkrečiai šiame modelyje keičiami Uranas ir Neptūnas. Po kurio laiko (vaizdas dešinėje) kosminės šiukšlės yra išsibarstę - dalis jų įsikuria Kuiperio juostoje, o planetos pradeda judėti dabartinių orbitų link. (Šaltinis: adaptuota iš „Astromark“/ „Wikimedia Commons“.)
Tai sutapo su kai kurių modelių, gautų prieš dešimtmetį, prognozėmis.
Susidarius planetoms, susidarė šiukšlių, išsisklaidžiusių Saulės sistemoje. Bet kokie fragmentai, kurie pateko per arti Neptūno, neišvengiamai pateks į jo sunkumo įtaką. Kadangi kiekvieną veiksmą lydi vienoda opozicijos jėga, kiekvieną kartą, kai Neptūnas pastūmė skardą, jis pats judėjo priešinga linkme. Lėtai, bet užtikrintai, Neptūnas išsiveržė nuo saulės.
Neptūno migracijos procesas taip pat galioja kitoms milžiniškoms planetoms. Juk Jupiteris, Saturnas ir Uranas praėjo kelią per tą patį šiukšlių lauką ir susidūrė su panašiomis gravitacinėmis sąveikomis. Ir jei Neptūnas persikeltų į naują vietą, tas pats turėjo nutikti ir su visomis kitomis milžiniškomis planetomis.
Ir šis procesas aiškiai nebuvo sklandus.
Nuolatiniai susidūrimai su visomis šiomis šiukšlėmis milžiniškų planetų orbitas turėjo paversti tobulais, lieknais apskritimais - lygiai taip pat kaip molį ant puodžiaus rato išlygina tvirtos puodžiaus rankos. Tačiau orbita pasirodė visai kitokia. Vietoj to milžiniškos planetos juda šiek tiek pailgomis ir iškraipytomis orbitomis. Tarsi kas nors atsitrenktų į ratą, pertvarkydamas vieną kartą apvalius vazonus.
Jupiteris šokdamas
Iki 2005 m. Tyrėjai nustatė kaltininką. Nauji modeliai pasiūlė, kad tam tikru momentu milžiniškos planetos išgyveno tai, ką mokslininkai vadina „dinaminiu nestabilumu“. Kitaip tariant, maždaug milijoną metų viskas virto beprotišku viesulu. Labiausiai tikėtina to priežastis buvo Saturno ir Urano ar Neptūno - tai yra vieno iš ledo gigantų - susidūrimų, kurie vieną iš jų nukreipė tiesiai Jupiterio link, serija. Kai tik artėjo prarasta planeta, jos gravitacija patraukė Jupiterį, sulėtindama jį ir stumdama į siauresnę orbitą. Tačiau Jupiteris ne mažiau jėgų patraukė įsibrovusią planetą. Ledo milžinas, būdamas daug lengvesnis, pagreitėjo daug daugiau, nei Jupiteris sulėtėjo ir nukrypo nuo saulės.
Toks įvykis būtų gravitacinis pogromas Saulės sistemai. Jupiteris šoktelėjo giliau į vidų, o likusios išorinės planetos šoktelėjo į išorę. Toks stūmimas sulenktų milžiniškų planetų orbitas į dabartinę būseną. Be to, tai išgelbėtų vidinę Saulės sistemą - gyvsidabrį, Venerą, Žemę, Marsą ir asteroido diržą - nuo Jupiterio ir Saturno sunkio jėgų, o tai buvo dar viena problema ankstyviausiuose modeliuose.
Tai verčia mus pašalinti Uraną ar Neptūną iš sistemos. Būtent šiame modeliavimo etape Jupiteris dažniausiai išmeta vieną iš ledo gigantų.
Tai yra pati problema, kurią Nesvorny bandė išspręsti neišardydamas visa ko, kas veikė. Papildomas ledo gigantas atima smūgį iš Jupiterio, suteikdamas likusiam scenarijui galimybę netrukdomai atsiskleisti.
„Tai gana tikėtina“, - sako Batyginas. "Tai visiškai ne faktas, kad visada buvo tiksliai du ledo milžinai, o ne trys". Priešingai, sako jis, kai kurie skaičiavimai leidžia iš pradžių egzistuoti iki penkių į Neptūną panašių planetų.
Batyginas su kolegomis nagrinėjo šį klausimą lygiagrečiai su Nesvorni, nors ir dėl skirtingų priežasčių. „Norėjau parodyti, kad negali būti jokios papildomos milžiniškos planetos“, - sako Nesvorni.
Jupiterio didžioji raudonoji dėmė. Nuotrauka padaryta „Voyager 1“.
Jis samprotavo, kad pakeliui iš Saulės sistemos ši numanoma planeta turėjo palikti pėdsaką čia ir ten, Kuiperio juostoje, srityje, vadinamoje „šaltuoju klasikiniu diržu“. Jei Kuiperio diržas būtų spurga, tęsia Batyginas, šaltas klasikinis diržas taptų jo šokolado įdaru - daiktų grupe, kurios orbita yra praktiškai toje pačioje plokštumoje Kuiperio diržo srityje. Mažiausiai pro šalį einanti planeta turėjo sutrikdyti šias orbitas, taigi Batyginas ir jo kolegos tikėjo.
Jų kompiuteriniai modeliai parodė, kad nieko panašaus neįvyko. Jų nuostabai, ištremta planeta išvažiuodama nebūtų sunaikinusi šalto klasikinio diržo. Tai neįrodo planetos egzistavimo - gautas rezultatas tik parodo, kad Saulės sistema galėjo egzistuoti dabartine forma tiek su ja, tiek be jos. Ar ši planeta galėjo palikti aiškesnį pėdsaką? Arba, grįžtant prie nusikaltimo vietos analogijos, ar yra slidžių pėdsakų? Nesvorni mano, kad tokie pėdsakai galėtų išlikti.
Tiesos branduolys
Yra dar viena Kuiperio juostos dalis - siauras ledinių nuolaužų srautas, vadinamas šerdimi, kurio orbita neatitinka dabartinės Neptūno padėties. Jos kilmė yra paslaptis. 2015 m. Nesvorni teigė, kad galbūt visko priežastis gali būti Neptūno judėjimas iš Saulės, kurį išprovokavo praeities planeta.
Kai „Neptūnas“judėjo į savo galutinę orbitą ir nušlavė šiukšles į savo orbitas, tam tikru momentu jis galėjo būti veikiamas, kad išleido pakankamai šiukšlių, kad sudarytų savo srautą.
Modeliai parodė, kad tas pats gravitacinis smūgis, dėl kurio Jupiteris gali peršokti iš orbitos į orbitą ir išstumti papildomą planetą iš Saulės sistemos, galėjo įvykti tinkamu metu, kad pastumtų ir Neptūną.
„Rezultatas yra kažkas panašaus į branduolį“, - sako Nesvorni. "Tai yra netiesioginiai įrodymai … jie nėra galutiniai".
Tiesą sakant, mes niekada tiksliai nesužinosime, kas įvyko Saulės sistemoje jos formavimosi metu. „Mes negalime rašyti saulės sistemos Biblijos“, - sako Batyginas. "Apie šiuos įvykius galime kalbėti tik labai bendrai."
Jei vienas iš saulės sistemos gyventojų iš tikrųjų yra ištremtas iš jos sienų, jis jaučiasi gerai. Pastaraisiais metais astronomai rado keletą nesąžiningų planetų, dreifuojančių tarp žvaigždžių, kurios, greičiausiai, taip pat buvo išmestos iš namų. Projektuodamas šio atradimo rezultatus likusioje galaktikos dalyje, „Jupiterio dydžio planetų yra daug daugiau nei žvaigždžių“, - sako Nesvorni.
Tai gali būti perdėtas dalykas - naujausiais skaičiavimais, kiekvienoje iš keturių žvaigždžių yra tik viena į Jupiterį panaši planeta, tačiau tai vis tiek yra milijardai tarptinklinių pasaulių. Ir tai tik tie, kurie savo dydžiu yra palyginami su Jupiteriu. Mūsų atstumas tikriausiai buvo mažesnis - maždaug „Neptūno“dydžio; ir mes net neįsivaizduojame, kiek tokių kūnų klaidžioja po galaktiką. Bet mes žinome, kad Visata yra linkusi teikti pirmenybę mažiems kūnams nei dideliems.
„Aš lažinuosi, kad jų yra daug“, - sako Nesvorni. Be kita ko, astronomai Paukščių Take atrado tūkstančius žvaigždžių sistemų ir daugelis jų rodo susidūrimo ženklus žymiai didesniu mastu nei aptarta aukščiau. „Nuostabu, - sako Nesvorni, - kaip tvarkinga išliko saulės sistema“.
Christopheris Crockettas