«Юпитер не просто стал самой крупной планетой — он задал архитектуру всей внутренней Солнечной системы».
Новое исследование показывает, что Юпитер влиял на судьбу Земли ещё до её появления, формируя в ранней Солнечной системе разрывы, которые не позволяли материалу для будущих планет “стечь” к Солнцу.
Работа под руководством учёных из Университета Райса (Хьюстон) предполагает, что ранний рост Юпитера перехватил поток газа и пыли во внутренние области системы, помешав спиральному падению к Солнцу вещества, из которого позже возникли Земля, Венера и Марс. По словам авторов, гравитация планеты-гиганта не только стабилизировала орбиты внутренних планет, но и сформировала общую структуру системы, создав кольца и промежутки, повлиявшие на сроки и способы образования каменистых тел.
«Юпитер не просто стал самой большой планетой — он задал архитектуру всей внутренней Солнечной системы», — говорит соавтор работы Андре Изидоро, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах Университета Райса. — «Без него у нас, возможно, не было бы Земли в том виде, в каком мы её знаем».
Используя численное моделирование, Изидоро и его коллеги проследили, как стремительный рост Юпитера в первые миллионы лет повлиял на вращающийся газопылевой диск вокруг новорождённого Солнца. Результаты показывают, что мощная гравитация Юпитера возмущала диск и формировала кольцеобразные структуры вещества — своеобразные “заторы”, замедлявшие поток внутрь.
По мнению исследователей, именно эти плотные кольца задерживали мелкие пылевые частицы, которые в противном случае быстро бы уходили к Солнцу, — и тем самым позволяли им слипаться, образуя твёрдые зачатки планет.
По мере роста Юпитера и образования широкого разрыва в диске Солнечная система фактически разделилась на внутреннюю и внешнюю зоны, а обмен веществом между ними резко сократился. Такой барьер сохранил различия состава: в метеоритах наблюдаются две изотопные линии — “внутренняя” и “внешняя”. Он же создал новые области, где планетезимали могли формироваться гораздо позже.
«Наша модель связывает воедино то, что прежде не укладывалось в общую картину: двоякие изотопные сигнатуры в метеоритах и динамику формирования планет», — отмечает соавтор Байбхав Шривастава, аспирант Университета Райса.
Исследование также предлагает объяснение, почему часть примитивных метеоритов появилась на миллионы лет позже первых твёрдых тел Солнечной системы.
Эти поздние метеориты — хондриты — считаются одними из наиболее первозданных материалов: они содержат мельчайшие расплавленные капли, хондры, в которых сохранилась химическая летопись самых ранних этапов эволюции диска.
«Загадка всегда была в том, почему некоторые из этих метеоритов образовались так поздно — через 2–3 миллиона лет после появления первых твёрдых частиц», — говорит Изидоро. — «Наши результаты показывают: условия для их позднего рождения создал сам Юпитер».
В работе отмечается, что, изменив структуру диска и ослабив внутренний приток вещества, Юпитер, вероятно, способствовал формированию “второго поколения” планетезималей. Часть из них стала хондритовыми метеоритами, которые до сих пор падают на Землю.
Кольца и промежутки, предсказанные моделями группы, ныне наблюдаются в молодых планетных системах с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решётки (ALMA) в Чили, что поддерживает идею: планеты-гиганты перестраивают своё окружение уже в процессе формирования.
«Наша Солнечная система не была исключением, — подчёркивает Изидоро. — Ранний рост Юпитера оставил след, который мы читаем и сегодня — он запечатлён в метеоритах, падающих на Землю».
Результаты подробно изложены в статье, опубликованной 22 октября в журнале Science Advances.