Zinātnieki turpina pētīt Saules sistēmu, un tas izskatās ļoti interesanti. Piemēram, mūsdienu planētu orbītas rada norādes, kas atklāj skarbos Saules sistēmas izcelsmes apstākļus - un, iespējams, starpzvaigžņu giganta eksistenci, kurš jau sen maldījās. Mūsu Saules sistēma ir kā nozieguma vieta, kas notika pirms 4,6 miljardiem gadu.
Mūsdienu orbītas rada norādes, kas atklāj skarbos Saules sistēmas izcelsmes apstākļus - un, iespējams, starpzvaigžņu giganta eksistenci, kurš jau sen bija nomaldījies.
Mūsu Saules sistēma ir kā nozieguma vieta, kas notika pirms 4,6 miljardiem gadu.
Ar krāteriem pārklātas virsmas, pārvietotas planētu orbītas un starpplanētu atlūzu mākoņi ir kosmiski analogi, kas uz sienas izšļakstās asinīs, un automašīnas, kas atstāj vajāšanu, buksēšanas zīmes. Šie un citi pavedieni stāsta par mūsu planētu ģimenes haotisko izcelsmi.
Starp šiem pēdu nospiedumiem ir norādes par pazaudēto māsu, planētu 9 (nē, nevis Plutonu), kas izmesta kara gravitācijas vilkmē, kas pavadīja sākotnējo Saules sistēmas veidošanos.
Mūsdienās Saules sistēmas perifērijā dominē četras milzīgas planētas: Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns. Aiz viņiem atrodas Kuipera josta - ledus šķembu lauks, starp kuru sastopams Plutons.
“Nedomājiet, ka Saules sistēmas perifērija vienmēr ir bijusi tāda pati kā tagad,” saka Deivids Nesvornijs, Dienvidrietumu pētniecības institūta Boulder, Kolorādo, planētu zinātnieks, kurš pirmo reizi pauda atbalstu bēgļu planētas pastāvēšanai 2011. gadā. gadā.
Nesvorni ir zinātnieku grupas loceklis, kurš cenšas izdomāt, kā Saules sistēma attīstījās pirmajos dažos simtos miljonu gadu pēc tās pastāvēšanas. Izmantojot sarežģītus datoru modeļus, pētnieki sastādīja jaundzimušo planētu sadursmju laika grafiku, kas radās samērā tuvu viens otram - tie pārmaiņus slīdēja un lēca no vienas orbītas uz otru. Šie modeļi ir atklājuši daudz mazu detaļu par to, kā planētas, asteroīdi un komētas šodien rotē ap sauli.
Reklāmas video:
Bija tikai viena problēma. Parasti modelētie scenāriji beidzās ar to, ka Urāns vai Neptūns tiek padzīts no Saules sistēmas, kā Nesvornijs rakstīja septembrī Gada pārskatā par astronomiju un astrofiziku.
Tā kā patiesībā Urāns un Neptūns paliek savās vietās - kosmosa kuģi ir apmeklējuši viņus abus - kaut kas šajos scenārijos nedarbojās. Tomēr, kā daudziem pētniekiem ir aizdomas, galvenais noslēpuma spēlētājs un trūkstošais posms Saules sistēmas vēsturē, iespējams, ir piektā milzu planēta.
Zaudēta planēta
Astronomi paļaujas uz datoru modeļiem, lai atjaunotu šīs senās ainas, tūkstošiem dažādu veidu radot tūkstošiem dažādu Saules sistēmu. Viņi fizikas likumus un jebkuras sākotnējās planētas pozīcijas tulko programmas kodā. Pētnieks nosaka parametrus - šeit atrodas viena planēta, tur ir asteroīdu ķekars -, un tad viņš noliecas atpakaļ savā krēslā un ļauj modelētajai videi veikt visu darbu viņa labā. Pēc pāris nedēļām reālā laikā - miljoniem gadu modelī - astronoms pārbauda rezultātus, lai redzētu, kas notika ar Saules sistēmu. Jo tuvāk tas ir realitātei, jo veiksmīgāks ir modelis.
To darīja Nesvorni 2009. gadā. Viņš ienāca virtuālās saules sistēmās, mēģinot izglābt virtuālo Urānu un virtuālo Neptūnu no viņu virtuālajiem ceļiem dziļā kosmosā.
Problēma bija Jupiters, milzu huligānisma planēta, kuras gravitācija var sasniegt pietiekami tālu, lai to varētu stumt apkārt ar mazākām planētām un dažādiem gružiem. Līdz šim visveiksmīgākajā simulācijā Jupiters un viena no divām ārējām planētām atleca viens no otra un galu galā apmetās pašreizējās orbītās. Bet tas notika tikai vienā procentā no visiem modeļiem. Atlikušajos 99% gadījumu Jupiters tik spēcīgi iemeta Urānu vai Neptūnu, ka viņi atstāja Saules sistēmu un nekad tajā neatgriezās.
"Tas situāciju padarīja ļoti noslēpumainu, jo mēs zinājām, ka Urāns un Neptūns turpina pastāvēt pašreizējā formā," saka Nesvorni. Tāpēc viņš turpināja eksperimentēt. Pēc gadu skaita simulējot neskaitāmus dažādus scenārijus, viņš sāka domāt par mocekļu planētu pievienošanu - papildu planētas tika upurētas, lai glābtu pārējo.
“Es tikai simulēju viņu esamību, lai redzētu, kas notika, un nevis tāpēc, ka nopietni domāju par pašu ideju,” saka Nesvorni. "Bet tad es sapratu, ka tajā varētu būt saprātīgs grauds." Viņš vadīja apmēram 10 000 scenāriju, mainot papildu planētu skaitu, to sākotnējo atrašanās vietu un katras no tām masu.
Labākais variants, kas visprecīzāk prognozēja mūsu Saules sistēmas pašreizējo stāvokli, izrādījās tāds, kurā papildu planēta atradās starp Saturna un Urāna sākotnējām orbītām. Masas ziņā planēta bija aptuveni vienāda ar Urānu un Neptūnu un bija gandrīz 16 reizes lielāka nekā Zeme. Tā ir tāda planēta, kas varētu sadurties ar Jupitera orbītu un izlidot no Saules sistēmas.
Grafiks parāda, kā laika gaitā ir mainījies attālums starp planētām un sauli. Pirmajos dažos miljonos gadu datora modelī orbītas mainījās lēnām, pēc tam notika ciešs kontakts starp Saturnu (zaļš) un papildu planētu (purpursarkanā krāsā), kā rezultātā orbītas tika destabilizētas. Punktētās līnijas norāda pašreizējos orbītu izmērus. (Avots: ņemts no D. Nesvornja materiāliem / Zināma žurnāla astronomijas un astrofizikas sadaļa, 2018.)
Izredzes joprojām ir niecīgas. Turpmākajos modeļos šī izlīdzināšana beidzās ar panākumiem apmēram piecos procentos laika. “Saules sistēmas pašreizējā pastāvēšana nav nedz tipiska, nedz paredzama,” atzīmēja Nesvornijs 2012. gadā dokumentā, kas tika rakstīts ar savu kolēģi Alessandro Morbidelli no Francijas Rivjēras observatorijas. Neskatoties uz to, modelis bija būtisks uzlabojums salīdzinājumā ar 1% panākumu līmeni tiem modeļiem, kas ietvēra tikai četras milzu planētas, kuras mēs šodien pazīstam un kuras mīlam.
“Pieņemot, ka ir piektā planēta, ir daudz vieglāk izskaidrot notiekošo,” saka Šons Raimonds, Bordo Universitātes Francijas planētu zinātnieks. Un, kaut arī pierādījumi lielākoties ir netieši, "ir daudz loģiskāk pieņemt, ka toreiz bija arī piektā planēta".
Tas var šķist ļoti pretrunīgs pieņēmums. Kā astronomi var kaut ko zināt par to, kas notika pirms četriem miljardiem gadu, pat ar planētām, kuras mēs tagad varam novērot, nemaz nerunājot par tām, par kurām mēs neko nezinām? Tomēr izrādās, ka planētas ir atstājušas daudz jaunības kaujas rētu kā pierādījumu nākotnes detektīviem.
Starpplanētu asins izšļakstīšana
"Mēs esam vairāk nekā pārliecināti, ka planētu izcelsme nav tur, kur tās atrodas šodien," sacīja Natans Keibs, planētas zinātnieks Oklahomas universitātē Normanā.
Tomēr šī realizācija notika diezgan nesen. Lielāko vēstures daļu astrologiem nav bijis šaubu, ka planētas vienmēr ir bijušas pašreizējās orbītās. Bet 90. gadu sākumā pētnieki saprata, ka kaut kas trūkst no šāda modeļa.
Neptūns un Tritons.
Tieši aiz Neptūna orbītas atrodas Kuipera josta, kas izkliedē ledus gružus, kas apņem sauli. "Tas ir mūsu asins izšļakstījums uz sienas," saka Konstantīns Batygin, Kalifornijas Tehnoloģiju institūta planētu zinātnieks.
Kuipera jostas objektu atrašanās vieta lika pētniekiem neizbēgamu secinājumu: Neptūnam vajadzēja izveidoties daudz tuvāk Saulei, nekā liek domāt tā pašreizējā atrašanās vieta. Daudzi Kuipera jostas objekti salīmējas koncentriskās orbītās, kas neskaidri atgādina mūzikas ierakstu rievas. Šīs orbītas gandrīz nav nejaušas - tās ir tieši saistītas ar Neptūnu.
Piemēram, Plutons ir slavenākais Kuipera jostas iedzīvotājs. Viņš un pāris simti no mums zināmajiem ceļotājiem ceļ tieši divus apgriezienus ap Sauli trijos, kurus Neptūns veic tajā pašā laika posmā. Citas gružu plūsmas jostā padara vienu pilnīgu apgriezienu uz katriem diviem, ko Neptūns pabeidz - vai drīzāk, četrus uz katriem septiņiem.
Kuipera jostu nevarēja padarīt šādā veidā bez ārējas ietekmes. Tomēr, ja mēs pieņemam, ka Neptūns cēlās tuvāk Saulei un pēc tam virzījās uz āru, tā gravitācijas spēks būtu pietiekami spēcīgs, lai savos tīklos uztvertu starpplanētu atlūzas un nosūtītu to šajās neparastajās orbītās.
Šis modelis parāda, kā laika gaitā var mainīties ārējo planētu (attēls kreisajā pusē) ciešais izvietojums. Jupitera un Saturna orbītas saplūst (centrālais attēls), kas noved pie izmaiņām visās pārējās orbītās. Konkrēti šajā modelī tiek apmainīti Urāns un Neptūns. Pēc kāda laika (attēls labajā pusē) kosmosa atlūzas ir izkliedētas - daļa no tām apmetas Kuipera joslā, kamēr planētas sāk virzīties uz pašreizējām orbītām. (Avots: pielāgots no Astromark / Wikimedia Commons.)
Tas sakrita ar dažu gadu desmitiem iepriekš iegūto modeļu prognozēm.
Planētu veidošanās atstāja gružus, kas izkaisīti pa Saules sistēmu. Visi fragmenti, kas nonāca pārāk tuvu Neptūnam, neizbēgami nonāks tā smaguma ietekmē. Tā kā katrai rīcībai seko vienāds opozīcijas spēks, katru reizi, kad Neptūns uzspieda sirdi, viņš pats virzījās pretējā virzienā. Lēnām, bet pārliecinoši, Neptūns izlīda no saules.
Neptūna migrācijas process attiecas arī uz citām milzu planētām. Galu galā Jupiters, Saturns un Urāns veica ceļu caur to pašu gružu lauku un tika galā ar līdzīgu gravitācijas mijiedarbību. Un, ja Neptūns pārcēlās uz jaunu vietu, tad tam pašam vajadzēja notikt ar visām pārējām milzu planētām.
Un šis process acīmredzami nebija vienmērīgs.
Nepārtrauktām sadursmēm ar visiem šiem būvgružiem milzu planētu orbītas vajadzēja pārvērst perfektos, slaidos apļos - tāpat kā māla uz podnieka riteņa palīdzību izlīdzina stingrās podnieka rokas. Tomēr orbītas izrādījās pavisam citas. Tā vietā milzu planētas pārvietojas nedaudz iegarenās un izkropļotās orbītās. It kā kāds iesitu riteni, pārveidojot kādreiz apaļos podus.
Jupiters izlec
Līdz 2005. gadam pētnieki bija identificējuši vainīgo. Jaunie modeļi ieteica, ka kādā brīdī milzu planētas izgāja cauri tam, ko zinātnieki sauc par "dinamisku nestabilitāti". Citiem vārdiem sakot, apmēram miljons gadu laikā viss pārvērtās par traku virpuļvētru. Visticamākais iemesls tam šķita sadursmju sērijas starp Saturnu un Urānu jeb Neptūnu - tas ir, vienu no ledus milžiem -, kas vienu no tām nosūtīja tieši Jupitera virzienā. Tiklīdz tuvojās zaudētā planēta, tās smagums vilka Jupiteru, palēninot to un virzot to šaurākā orbītā. Tomēr Jupiters ievilka iebrukušo planētu ne mazāk spēkos. Ledus gigants, būdams daudz vieglāks, paātrinājās daudz vairāk nekā Jupiters palēninājās un devās prom no saules.
Šāds atgadījums būtu gravitācijas pogroms Saules sistēmai. Jupiters ielēca dziļāk uz iekšu, bet pārējās ārējās planētas izlēca uz āru. Šāds grūdiens varētu saliekt milzu planētu orbītas pašreizējā stāvoklī. Turklāt tas ietaupītu iekšējo Saules sistēmu - Merkura, Venēras, Zemes, Marsa un asteroīda jostu - no gravitācijas gan no Jupitera, gan Saturna, kas bija vēl viena problēma agrākajos modeļos.
Kas mūs noved pie Urāna vai Neptūna noņemšanas no sistēmas. Tieši šajā simulācijas posmā Jupiters visbiežāk izmet vienu no ledus milžiem.
Šī ir pati problēma, kuru Nesvornijs mēģināja atrisināt, nesadalot visu pārējo simulācijās, kas darbojās. Papildu ledus gigants no Jupitera uzņem triecienu, dodot pārējiem scenārijiem iespēju netraucēti izvērsties.
"Tas ir diezgan ticami," saka Batygin. "Tas nemaz nav fakts, ka vienmēr ir bijuši tieši divi ledus milži, nevis trīs." Gluži pretēji, viņš saka, daži aprēķini ļauj sākotnēji eksistēt līdz piecām Neptūnam līdzīgām planētām.
Batygin un viņa kolēģi izpētīja šo jautājumu vienlaikus ar Nesvorni, kaut arī dažādu iemeslu dēļ. “Es gribēju parādīt, ka nevarētu būt papildu milzu planētas,” saka Nesvorni.
Jupitera lielā sarkanā plankums. Fotoattēla autors ir Voyager 1.
Viņš sprieda, ka, izejot no Saules sistēmas, šai paredzamajai planētai noteikti ir jāatstāj taka šeit un tur, Kuipera joslā, apgabalā, kas pazīstams kā “aukstā klasiskā josta”. Ja Kuipera josta būtu donuts, Batygin turpina, aukstā klasiskā josta kļūtu par tās šokolādes pildījumu - priekšmetu kopu, kuras orbītas atrodas praktiski vienā plaknē Kuipera jostas robežās. Vismaz garām esošajai planētai vajadzēja izjaukt šīs orbītas - vismaz, tā ticēja Batygin un viņa kolēģi.
Viņu datoru modeļi parādīja, ka nekas tāds nav noticis. Viņu pārsteigumam, izraidītā planēta, izejot, nebūtu iznīcinājusi auksto klasisko jostu. Tas nepierāda planētas eksistenci - iegūtais rezultāts tikai norāda, ka Saules sistēma varētu pastāvēt tās pašreizējā formā gan ar to, gan bez tās. Vai šī planēta varēja atstāt skaidrāku nospiedumu? Vai arī, atgriežoties pie nozieguma vietas analoģijas, vai ir kādas slīdēšanas pēdas? Nesvorni domā, ka šādas pēdas varētu labi saglabāties.
Patiesības kodols
Ir vēl viena Kuipera jostas daļa - šaura ledainu gružu straume, ko sauc par serdi, kuras orbītas neatbilst pašreizējam Neptūna stāvoklim. Tās izcelsme ir noslēpums. Nesvorni 2015. gadā iebilda, ka, iespējams, iemesls visam varētu būt Neptūna pārvietošanās no Saules, ko provocēja kādreizējā planēta.
Kad Neptūns pārvietojās savā pēdējā orbītā un slaucīja gružus orbītā, kas atbilst tās pašas radītajiem, kādā brīdī tas varēja tikt pakļauts, kas izdalīja pietiekami daudz šo gružu, lai veidotu savu straumi.
Modeļi ir parādījuši, ka tāda pati gravitācijas ietekme, kas Jupiteram varētu izraisīt lēcienu no orbītas uz orbītu un izstumt papildu planētu no Saules sistēmas, varēja notikt īstajā laikā, lai virzītu arī Neptūnu.
“Rezultāts ir kaut kas līdzīgs kodolam,” saka Nesvorni. "Tas ir netiešs pierādījums … tas nav pārliecinošs."
Patiesībā, mēs nekad droši neuzzināsim, kas notika Saules sistēmā tās veidošanās laikā. “Mēs nevaram rakstīt Saules sistēmas Bībeli,” saka Batygin. "Par šiem notikumiem mēs varam runāt tikai ļoti vispārīgi."
Ja kāds no Saules sistēmas iemītniekiem patiešām tiek izraidīts no tās robežām, viņš atrodas labā uzņēmumā. Pēdējos gados astronomi ir atraduši vairākas negodīgas planētas, kas dreifē starp zvaigznēm, kuras, visdrīzāk, arī izmeta no mājām. Projektējot šī atklājuma rezultātus uz pārējo galaktiku, “Jupitera lielumā ir daudz vairāk planētu, kas peld brīvi, nekā zvaigznes”, saka Nesvorni.
Tas var būt pārspīlējums - saskaņā ar jaunākajiem aprēķiniem uz katrām četrām zvaigznēm ir tikai viena Jupiteram līdzīga planēta, bet tā joprojām ir miljardiem klejojošu pasauļu. Un tie ir tikai tie, kuru lielums ir salīdzināms ar Jupiteru. Mūsu izstumtais, iespējams, bija mazāks - apmēram Neptūna lielumā; un mums nav ne jausmas, cik daudz šādu ķermeņu klejo pa galaktiku. Bet mēs zinām, ka Visumam ir tendence dot priekšroku maziem ķermeņiem nekā lielajiem.
“Varu derēt, ka viņu ir daudz,” saka Nesvorni. Cita starpā astronomi Piena ceļā ir atklājuši tūkstošiem zvaigžņu sistēmu, un daudziem no tiem ir sadursmju pazīmes daudz lielākā mērogā nekā iepriekš apskatītajā. "Tas ir pārsteidzoši," saka Nesvorni, "cik sakārtota ir palikusi Saules sistēma."
Kristofers Krokets