«Теперь, когда мы можем взглянуть на нашу солнечную систему в контексте всех этих планетных систем, одной из самых интересных особенностей является отсутствие планет внутри орбиты Меркурия», — сказал Грегори Лафлин, профессор и заведующий кафедрой астрономии и астрофизики. в Калифорнийском университете в Санта-Крус и соавтор статьи. «Стандартная планетная система в нашей галактике, кажется, представляет собой набор суперземлей с тревожно короткими орбитальными периодами. Наша солнечная система все больше становится похожей на чудаковатую».По его словам, в новой статье объясняется не только «зияющая дыра» в нашей внутренней солнечной системе, но и некоторые характеристики Земли и других внутренних каменистых планет, которые сформировались бы позже, чем внешние планеты, из-за истощенных запасов формирующих планеты материал.
Лафлин и соавтор Константин Батыгин исследовали последствия ведущего сценария для формирования Юпитера и Сатурна. В этом сценарии, предложенном другой группой астрономов в 2011 году и известном как «Великий галс», Юпитер сначала мигрировал внутрь к Солнцу, пока формирование Сатурна не заставило его изменить курс и мигрировать наружу в его текущее положение.
Батыгин, который сначала работал с Лафлином во время учебы в Калифорнийском университете в Санта-Круз, а сейчас является доцентом кафедры планетологии в Калифорнийском технологическом институте, провел численные расчеты, чтобы увидеть, что произойдет, если бы набор каменистых планет с близкими орбитами сформировался до внутренней миграции Юпитера.В то время было правдоподобно, что каменистые планеты с глубокой атмосферой формировались близко к Солнцу из плотного диска газа и пыли, на пути к тому, чтобы стать типичными «суперземлями», такими как многие из экзопланет, которые астрономы обнаружили вокруг другие звезды. Однако по мере того, как Юпитер двигался внутрь, гравитационные возмущения от планеты-гиганта сместили бы внутренние планеты (и меньшие планетезимали и астероиды) на тесно связанные, перекрывающиеся орбиты, вызвав серию столкновений, которые разбили все зарождающиеся планеты на куски.«Это то же самое, о чем мы беспокоимся, если бы спутники были уничтожены на низкой околоземной орбите.
Их фрагменты начали бы врезаться в другие спутники, и вы рисковали бы цепной реакцией столкновений. Наша работа показывает, что Юпитер создал бы именно такую каскад столкновений во внутренней Солнечной системе, — сказал Лафлин.Образовавшиеся в результате обломки полетели бы к Солнцу под воздействием сильного встречного ветра из плотного газа, все еще циркулирующего вокруг Солнца. Надвигающаяся лавина уничтожила бы любые недавно сформированные суперземли, загнав их на Солнце.
Второе поколение внутренних планет сформировалось бы позже из истощенного материала, который остался позади, что согласуется с доказательствами того, что внутренние планеты нашей солнечной системы моложе внешних планет. В результате внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс — также менее массивны и имеют гораздо более тонкую атмосферу, чем можно было бы ожидать в противном случае, сказал Лафлин.
«Одно из предсказаний нашей теории состоит в том, что планеты, действительно похожие на Землю, с твердыми поверхностями и умеренным атмосферным давлением, встречаются редко», — сказал он.Охотники за планетами обнаружили более тысячи экзопланет, вращающихся вокруг звезд в нашей галактике, в том числе около 500 систем с несколькими планетами.
В результате этих наблюдений выяснилось, что "типичная" планетная система состоит из нескольких планет с массой в несколько раз больше массы Земли (называемых суперземлями), вращающихся гораздо ближе к своей родительской звезде, чем Меркурий к Солнцу. В системах с планетами-гигантами, подобными Юпитеру, они также имеют тенденцию быть намного ближе к своим звездам-хозяевам, чем планеты-гиганты в нашей Солнечной системе. Каменистые внутренние планеты нашей Солнечной системы с относительно небольшими массами и тонкой атмосферой могут оказаться довольно аномальными.
Согласно Лафлину, образование планет-гигантов, таких как Юпитер, происходит довольно редко, но когда это происходит, планета-гигант обычно мигрирует внутрь и оказывается на орбитальном расстоянии, аналогичном земному. Только образование Сатурна в нашей солнечной системе вытеснило Юпитер и позволило сформироваться Меркурию, Венере, Земле и Марсу.
Следовательно, другое предсказание этой статьи состоит в том, что системы с планетами-гигантами с орбитальными периодами более 100 дней вряд ли будут содержать несколько близких планет, сказал Лафлин.«Такая теория, согласно которой сначала это произошло, а затем произошло, почти всегда ошибочна, поэтому я поначалу был настроен скептически», — сказал он. «Но на самом деле это связано с общими процессами, которые были тщательно изучены другими исследователями.
Существует множество свидетельств, подтверждающих идею о внутренней, а затем и внешней миграции Юпитера. Наша работа рассматривает последствия этого.« Великий галс »Юпитера вполне может были «грандиозной атакой» на изначальную внутреннюю солнечную систему ».