Собственно, все известные нам планеты имеют какой-либо "крен" - иными словами, плоскости их экваторов не совпадают с орбитальной плоскостью. Для Земли этот "крен" - или наклон плоскости экватора к эклиптике - равен примерно 23 градусам, и именно это обстоятельство вызывает смену времен года в Северном и Южном полушариях. Наклон земной оси не всегда был и будет таким - эта ось за 26 тысяч лет описывает в пространстве конус (испытывает так называемую прецессию (это периодический процесс); зарегистрированы и другие движения оси нашей планеты, важнейшим из которых считается нутация). Считается, что относительно скромный размах колебаний земной оси (угол наклона колеблется в пределах двух градусов) объясняется стабилизирующим воздействием аномально крупного естественного спутника - Луны. А вот другим планетам земной группы в этом смысле повезло значительно меньше. Известно, что наклоны осей более мелких планет земной группы - Меркурия (7 градусов), Марса (25) и Венеры (3) - со временем меняются довольно значительно (у Марса речь идет о десятках градусов за десятки тысяч лет, у Венеры наклон оси меняется довольно хаотическим образом). Все сказанное, впрочем, совершенно не относится к планетам-гигантам, наклоны осей вращения которых к эклиптике (от 3 градусов для Юпитера до примерно 26 градусов у Сатурна, 29 - у Нептуна и 82 (или 98, если сравнивать по абсолютной величине с другими планетами) - у Урана, вращающегося практически "на боку") считаются очень устойчивыми. Скорее всего, фактическое отсутствие колебаний осей в случае планет-гигантов объясняется тем, что наблюдаемый характер вращения этих планет установился очень давно - на заре Солнечной системы, приблизительно 4,5 миллиарда лет назад.
Новая теория Брунини объясняет происхождение наклонов осей вращения гигантских планет в контексте модели формирования планет, разработанной в прошлом году Алессандро Морбидели (Alessandro Morbidelli) и Клеомени Цигани (Kleomenis Tsiganis) из французской Обсерватории Лазурного берега (Observatoire de la Côte d'Azur), Халом Левисоном (Hal Levison) из американского Юго-западного научно-исследовательского института (Southwest Research Institute - SwRI) в Боулдере (штат Колорадо) и Родни Гомесом (Rodney Gomes) из бразильской Национальной обсерватории. Согласно этой модели, орбиты внешних планет первоначально располагались гораздо ближе друг к другу, но когда гигантские планеты в ходе ранних этапов развития планетной системы получили из окружающего газа основную часть своей массы, было положено начало интенсивному поглощению тысяч крошечных каменистых и ледяных шариков-планетезималей "прочесывающими" газопылевой диск Протоюпитером и Протосатурном (ранее наклоны осей гигантских планет пытались объяснять столкновениями с протопланетами размером с Землю, но появление таких "дополнительных" объектов Брунини считает странным и противоестественным, к тому же необъяснимой тогда останется корреляция с этими наклонами орбитальных плоскостей правильных спутников планет).
Суммарный гравитационный эффект от всех этих планетезималей, основная часть которых находилась в диске за пределами орбиты Нептуна, заставлял газовых гигантов мигрировать: Сатурн сместился дальше от Солнца, в то время как Юпитер, наоборот, придвинулся ближе к светилу. Этот процесс в конечном счете закончился тогда, когда Сатурн приобрел орбитальный период, который ровно в два раза превышал период обращения по своей орбите Юпитера.
Брунини получил этот результат, решив уравнения, описывающие движения и вращение планет при условии, что изначально они находились намного ближе к Солнцу. В вычисления было также заложено условие, что радиусы орбит Сатурна и Урана за первые сто миллионов лет существования Солнечной системы медленно росли. В ходе этого смещения оси вращения гигантских планет заняли их нынешние позиции за счет гравитационных взаимодействий между планетами, ну а далее они уже не менялись - ведь изрядные расстояния между планетами-гигантами не способствовали проявлению каких-либо заметных гравитационных взаимовлияний.
"Мои результаты позволяют сделать еще один шаг вперед в понимании процессов формирования нашей Солнечной системы", - уверен Брунини. Теперь он собирается распространить свою теорию на случаи инозвездных (экстрасолнечных) планетных систем.
Источники:
New light on giant tilts - PhysicsWeb
Big planets' gravitational dance made them tilt - Reuters
Gravity dance tilted giant planets - ABC
A Tilted View of the Planets - Washington Post
| А также : | Наука Общество |