Ученые рассчитали возможную миграцию небесных тел в Солнечной системе и в экзопланетных системах
В лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН исследовали эволюцию орбит тел в Солнечной системе и в некоторых экзопланетных системах.
В работе рассмотрены проблемы аккумуляции планет и миграции планетезималей, малых тел и пыли в формирующейся и современной Солнечной системе. В частности, рассматривается миграция тел к планетам земной группы с различных расстояний от Солнца, изменение орбит формирующихся планет-гигантов и образование зародышей Земли и Луны.
Продемонстрировано, что внешние слои Земли и Венеры могли аккумулировать аналогичные планетезимали (тела, из которых образовались планеты) из разных областей зоны питания планет земной группы.
Помимо популярных теорий происхождения Луны из тел, выброшенных с Земли при ее столкновениях с массивным ударником (ударниками), или из околоземного диска, обсуждается гипотеза формирования зародышей Земли и Луны из общего разреженного сгущения с последующим ростом зародыша Луны недалеко от Земли.
Наряду с моделью Ниццы (предполагающей перемещение планет-гигантов из начальной компактной конфигурации в их нынешние положения после попадания движений Юпитера и Сатурна в резонанс) и моделью «большого поворота» (согласно которой Юпитер после своего формирования сначала в присутствии газа приблизился к Солнцу, а затем отдалился от него, войдя в резонанс с Сатурном), в работе рассматривается модель, в которой зародыши Урана и Нептуна увеличили большие полуоси своих орбит от 8-10 астрономических единиц до современных значений только за счет гравитационных взаимодействий с планетезималями (без вхождения Юпитера и Сатурна в резонанс). Эта модель была опубликована автором статьи в 1991-1993 годах, задолго до появления модели Ниццы, и опиралась на более раннее исследование российских ученых, которые считали, что зародыши Урана и Нептуна приобрели водородные оболочки в зонах роста Юпитера и Сатурна.
В статье также обсуждается влияние изменения большой полуоси орбиты Юпитера на формирование астероидного пояса, а также влияние планетезималей из зоны питания планет-гигантов на формирование тел за орбитой Нептуна. Рассматривается миграция тел к планетам земной группы с различных расстояний от Солнца. Отмечается, что тела из зоны питания планет-гигантов и из зоны внешнего астероидного пояса могли доставить к Земле количество воды, соизмеримое с массой воды в земных океанах.
«Вероятности столкновений пылевых частиц с Землей обычно на порядок величины больше вероятностей столкновений их родительских тел с Землей», — отметил автор статьи, ведущий научный сотрудник ГЕОХИ РАН, доктор физико-математических наук Сергей Ипатов.
Описывается также миграция тел, выброшенных с Земли, и вероятности их выпадений на планеты, Солнце и Луну. Около 20% выброшенных тел, покинувших сферу действия Земли, со временем выпадали обратно на Землю. Примерно такое же количество выброшенных тел выпадало на Венеру.
Помимо Солнечной системы, в работе рассмотрена миграция планетезималей в экзопланетных системах Проксима Центавра и Траппист-1.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.