В течение многих лет астрономы предполагали, что за свою 4,5-миллиардную историю наша Солнечная система могла потерять по меньшей мере один мир. Современные исследования указывают на то, что уникальное расположение спутников Юпитера и Урана является прямым доказательством существования третьего ледяного гиганта в прошлом. Благодаря компьютерному моделированию ученые выяснили, что первоначальная архитектура нашей планетарной системы была значительно динамичнее и хаотичнее. Гравитационное движение больших планет в начале создания системы угрожало уничтожением их спутниковых систем. Однако именно присутствие и дальнейшее изгнание загадочной пятой планеты-гиганта позволили спутникам соседних миров сохраниться и приобрести нынешний вид, отмечает Space.

Анализ эволюции космоса доказывает, что примерно 3-4 миллиарда лет назад крупнейшие планеты нашей системы располагались гораздо ближе друг к другу и к Солнцу. Со временем четверка известных гигантов – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – мигрировала на свои современные орбиты из-за взаимного гравитационного отталкивания.

Этот период масштабных перестановок был чрезвычайно опасным для малых космических тел. Математические расчеты показывают, что в условиях такого "космического толкания" спутники Юпитера имели шанс уцелеть лишь в 15% случаев, а спутники Урана – вообще менее чем в 9%. Вероятность того, что обе спутниковые системы выживут одновременно без постороннего фактора, составляла мизерный 1%.

Планетолог Мэттью Клемент вместе с коллегами из Университета Джонса Хопкинса провел масштабное исследование, результаты которого опубликовал в научном журнале Icarus. Ученые создали 122 варианта цифровых симуляций ранней Солнечной системы, изменяя:

Главное внимание уделялось орбитам спутников Юпитера и Урана, поскольку они оставались почти неизменными на протяжении миллиардов лет. Цепочка орбитальных резонансов спутников Юпитера и глубокие кратеры на их поверхностях подтверждают их почтенный возраст. Результаты моделирования оказались однозначными: стабильное состояние системы, которое мы наблюдаем сегодня, становилось возможным только при условии изначального наличия дополнительного ледяного гиганта.

Согласно наиболее вероятному сценарию, наша система начиналась с пяти крупных планет. В течение первого миллиарда лет существования Юпитер подошел слишком близко к "лишнему" ледяному гиганту – на расстояние около 7 миллионов километров.

Этого сближения хватило, чтобы мощный гравитационный толчок придал планете-неудачнице вторую космическую скорость, буквально выбросив ее за пределы Солнечной системы. Сейчас этот одинокий мир, вероятнее всего, блуждает где-то во тьме межзвездного пространства. Хотя само изгнание планеты не защитило спутники напрямую, ее присутствие до этого момента сыграло решающую роль. Оно изменило траекторию миграции других гигантов, сократив продолжительность периода нестабильности и уберегло Уран от разрушительного сближения с другими тяжелыми объектами.

Несмотря на то, что спутники выдержали эту эпоху, космические пертурбации оставили свои следы. Юпитер на некоторое время потерял четкий орбитальный резонанс своих спутников, хотя впоследствии они снова вернулись к балансу. Уран пострадал еще сильнее: кроме миграционного хаоса, он подвергся столкновению с массивным объектом, который опрокинул планету на бок. Это спровоцировало серию масштабных столкновений между его спутниками, однако система все же смогла восстановиться.

Авторы исследования отмечают, что поскольку их моделирование базируется на стохастических (случайных) процессах, воспроизвести точную последовательность событий ежеминутно невозможно. Однако общая картина четкая: современный вид нашего космического дома – это результат уникального и маловероятного стечения обстоятельств, ценой которого стало изгнание целой планеты.