Co wypaczyło orbity planet Układu Słonecznego? Nazwany gość, kilka razy większy od Jowisza
Kiedy patrzysz na klasyczne zdjęcia Układu Słonecznego w podręcznikach, widzisz planety krążące wokół Słońca po niemal idealnych orbitach kołowych w jednej płaszczyźnie. W rzeczywistości opisują planety jako elipsy, a ich orbity są względem siebie ustawione pod różnymi kątami.
Jak to się stało? Nowe badanie przynosi zaskakujące wyjaśnienie – za wszystko może odpowiadać starożytny przelot obok masywnego ciała kosmicznego.
Zespół naukowców z Uniwersytetu w Toronto i Uniwersytetu w Arizonie postawił hipotezę, że wkrótce po powstaniu Układu Słonecznego przez jego wnętrze przeleciało ciało o masie od 2 do 50 mas Jowisza. Ten kosmiczny intruz zbliżył się jedynie do Słońca i udał się w przestrzeń międzygwiazdową, ale jego wpływ grawitacyjny mógł na zawsze wyznaczyć orbity planet.
„Standardowe teorie powstawania planet zakładają, że powinny one powstawać na orbitach prawie kołowych i współpłaszczyznowych” – wyjaśniają autorzy badania. „Dlatego lekko eliptyczne i wzajemnie nachylone orbity planet-olbrzymów stanowią wyzwanie dla tych teorii”.
Jeden lot i wszystko jest inne
Korzystając z symulacji komputerowych, naukowcy zbadali 50 000 różnych scenariuszy masywnego ciała przechodzącego przez wczesny Układ Słoneczny. Znaleźli konkretny przypadek, który najlepiej pasuje do obecnego układu — obiekt o masie 8,27 masy Jowisza, który przeleciał w odległości zaledwie 1,69 jednostki astronomicznej od Słońca (dla porównania Ziemia krąży w odległości 1 jednostki astronomicznej). Szacowana prędkość przelotu wyniosła 2,69 km na sekundę.
„To niezwykłe, że pojedyncze spotkanie z subgwiazdowym ciałem o masie (mniejszym od gwiazdy) może doprowadzić mimośrody i względne nachylenie orbit planet-olbrzymów do wartości porównywalnych z obserwowanymi” – piszą autorzy. Symulacje komputerowe wykazały ciekawą rzecz – w przypadku przewidywanego przelotu istniałoby około jednego procenta szans, że planety znajdą się na tych samych orbitach, na których je dzisiaj obserwujemy.
Szansa wynosząca 1% może wydawać się bardzo mała. Ale jeśli weźmiemy pod uwagę ogromną liczbę gwiazd w naszej Galaktyce (rzędu 1010) oraz fakt, że gwiazdy często powstają w gromadach otwartych, takie zdarzenie wcale nie jest nieprawdopodobne. „Innymi słowy, nie musimy szukać igły w stogu siana, aby znaleźć odpowiednie spotkanie” – stwierdzają autorzy.
Ofiarne kopnięcie grawitacyjne
Podczas swoich badań naukowcy skupili się głównie na czterech gazowych olbrzymach – Jowiszu, Saturnie, Uranie i Neptunie. Dlaczego na nich? Ponieważ ich ruch po orbitach ma niewielki wpływ na inne ciała Układu Słonecznego. Dzięki temu planety te najlepiej zachowały ślady wydarzeń z zamierzchłej przeszłości. Naukowcy nie zapomnieli jednak o wewnętrznych planetach skalistych, w tym o Ziemi, i badali także ich losy w symulacjach komputerowych. Okazało się, że nawet w przypadku bardzo bliskiego przelotu planety wewnętrzne z dużym prawdopodobieństwem pozostaną na stabilnych orbitach.
Tylko w dwóch przypadkach na sto jedna z planet otrzyma tak silny impuls grawitacyjny, że opuści Układ Słoneczny w ciągu następnych dwudziestu milionów lat. W zdecydowanej większości przypadków planety pozostałyby na swoich orbitach – trochę by się zmieniły, ale cały układ pozostałby stabilny.
Przechodzące ciało, masywniejsze od gigantycznego Jowisza, ale wciąż znacznie mniejsze od Słońca, modeluje się jako śmigające przez wewnętrzną część Układu Słonecznego, gdzieś pomiędzy orbitami Merkurego i Urana. Większe obiekty powodowałyby zbyt duże zakłócenia i prawdopodobnie prowadziłyby do niestabilności całego systemu. „Przeloty mas gwiazdowych w odległości mniejszej niż 50 jednostek astronomicznych prawie zawsze skutkują wyrzuceniem planet lub nadmiernym wzbudzeniem ich orbit” – czytamy w badaniu.
Fascynujące jest to, że pojedyncza wizyta masywnego ciała może mieć tak znaczący wpływ na architekturę naszego Układu Słonecznego. Badanie oferuje eleganckie wyjaśnienie, ale jednocześnie otwiera nowe pytania. Czy takie spotkanie mogło mieć wpływ także na inne aspekty Układu Słonecznego, takie jak powstawanie pasa asteroid czy odległe obiekty trans-Neptuna? Czy istnieją podobne ślady starożytnych spotkań w innych układach planetarnych? Są to wyzwania dla przyszłych badań.
Autorzy badania planują dokładniej zbadać tę hipotezę. Chcą zbadać szerszy zakres warunków początkowych i bardziej szczegółowo zbadać wpływ takich przelotów na planety ziemskie i mniejsze ciała Układu Słonecznego.
