Ученые давно подозревают, что что-то не совсем сходится в орбитах восьми планет нашей Солнечной системы и их сотен спутников. И новое исследование внимательно посмотрело на эти несоответствия. В работе астрономы сравнили более 100 симуляций ранней истории нашего космического соседства, в выяснили, что во внешней части Солнечной системы когда-то могли кружить две дополнительные планеты-гиганты.

О работе рассказало издание Live Science. Выводы ученых указывают на то, что эти планеты-гиганты могли переформатировать орбиты других планет, прежде чем их окончательно выбросило в межзвездное пространство.

Молодая Солнечная система постоянно перестраивалась. Одно из таких кардинальных переформатирований, известное как нестабильность планет-гигантов, вероятно, заставило крупнейшие объекты этого типа – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – мигрировать со своих первоначальных позиций и оказаться дальше от Солнца.

Эта миграция, которую впервые предложили в 2005 году астрономы из Ниццы (Франция) в рамках так называемой "Ниццкой модели", вероятнее всего, началась из-за слишком тесных сближений между планетами и остатками строительных блоков систем – планетезималями. Кроме того, модификации модели, предложенные в 2011 году, указывали на то, что там же могла находиться пятая планета-гигант, которая из-за гравитационных столкновений с соседями в конце концов оказалась за пределами нашего космического дома.

Однако астрономы мало что знают об этой пропавшей планете. Чтобы выяснить больше, в новом исследовании "систематически протестировали влияние близких сближений планет-гигантов на орбитальную стабильность их спутников", – рассказал в письме для Live Science Мэттью Клемент, научный сотрудник Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса и ведущий автор статьи.

Для своего анализа исследователи обратились к компьютерным моделям ранней внешней Солнечной системы. Каждая модель отслеживала траектории планет-гигантов и тысячи планетезималей в течение 20 миллионов лет.

Из ранее созданной базы данных, насчитывавшей 100 000 таких моделей, команда отобрала меньшую подвыборку из 122 симуляций, финальная конфигурация которых в целом была похожа на нынешнее расположение планет-гигантов. Примерно две пятых моделей из этой подвыборки стартовали с пятью планетами-гигантами, тогда как остальные – с шестью. Затем команда ""прокрутила" эти последовательности сближений уже с учетом спутников планет-гигантов", – отметил Клемент.

Симуляции показали, что дополнительная планета-гигант (или планеты) металась, как мячик в пинг-понге, между своими соседями, прежде чем ее окончательно выбросило из системы. Но моделирование выявило и неожиданный результат: спутники Юпитера оставались стабильными в основном в симуляциях с двумя дополнительными ледяными гигантами, тогда как спутники Урана сохраняли стабильность в тех случаях, где была только одна дополнительная планета. Иначе говоря, спутники Юпитера и Урана, похоже, уцелели в результате совершенно разных событий – результат, который удивил самих исследователей.

Ученые отметили, что три больших спутника Юпитера – Ио, Европа и Ганимед – сегодня находятся в сложном резонансе 1:2:4. То есть Ио делает четыре оборота вокруг Юпитера на каждые два оборота Европы и один оборот Ганимеда. Такой филигранно сбалансированный танец намекает на то, что спутники Юпитера оставались практически нетронутыми с момента своего формирования, а это свидетельствует в пользу существования именно двух дополнительных ледяных гигантов, говорят исследователи.

Метаясь между газовыми гигантами и Ураном, эти дополнительные планеты, вероятно, дестабилизировали спутники Урана, из-за чего те начали сталкиваться между собой. Такие столкновения должны были бы по меньшей мере частично фрагментировать спутники и испарить летучие вещества, например лед, который впоследствии снова накопился на обломках. Это могло бы объяснить, почему спутник Урана Миранда имеет на 50% больше льда, чем другие луны планеты, предполагают ученые.

Однако это не единственный возможный сценарий. Две симуляции выдали вариант, похожий на нынешнюю Солнечную систему, где спутники и Юпитера, и Урана пережили ту же нестабильность вместе. В этих случаях была задействована только одна дополнительная ледяная планета. Поэтому, как отмечают авторы в исследовании, понадобятся дальнейшие симуляции, чтобы точно определить, был ли это один ледяной гигант, или все же два.

О ныне исчезнувших планетах можно предположить немного, за исключением их массы. В сценариях с пятью гигантами одна дополнительная планета имела массу, подобную Нептуну. В случаях с шестью планетами две дополнительные имели массу где-то посередине между Землей и Нептуном, что делает их "суперземлями".

"Учитывая, что их массы не слишком отличались от Урана и Нептуна, физические свойства [давно потерянных планет], вероятно, напоминали эти планеты", – рассказал в письме для Live Science соавтор исследования Нейтан Кайб, старший научный сотрудник Института планетарных наук в Тусоне (Аризона).

Хотя исследователи не планируют активно разыскивать эти планеты-беглецы, они продолжат изучать спутники Урана, чтобы найти следы тогдашних разрушений и определить "реальные последствия того, что происходит, когда спутники теряют стабильность", – подытожил Клемент.