Новое исследование, проведенное учеными Университета Райса, раскрывает драматическую роль Юпитера в формировании ранней Солнечной системы. Согласно полученным данным, газовый гигант создал четкие кольца и широкие промежутки в протопланетном диске, что помогло разрешить давнюю загадку: почему множество примитивных метеоритов появилось на несколько миллионов лет позже самых первых твердых материалов. Работа основана на гидродинамических моделях роста Юпитера и компьютерных симуляциях, отслеживающих эволюцию пыли и молодых планет. Результаты опубликованы в журнале *Science Advances*.
Планетологи Андре Изидоро и Байбхав Шривастава, используя передовые компьютерные симуляции, обнаружили, что стремительное раннее расширение Юпитера существенно нарушило диск газа и пыли, окружавший молодое Солнце. Мощное гравитационное притяжение планеты породило рябь по всему диску, создав то, что они описывают как «космические пробки». Эти «пробки» препятствовали падению мелких частиц в Солнце. Вместо этого частицы накапливались в плотных полосах, что позволило им объединяться в планетезимали — твердые предшественники планет.
Ключевым выводом исследования стало то, что планетезимали, формирующиеся в этих полосах, не были изначальными строительными блоками Солнечной системы. Они представляли собой более позднее поколение и образовались во время, совпадающее с рождением многих хондритов — класса каменистых метеоритов, содержащих как химические, так и хронологические свидетельства самой ранней эпохи Солнечной системы.
«Хондриты — это как капсулы времени из зари Солнечной системы, — объяснил Изидоро, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах в Университете Райса. — Они падали на Землю на протяжении миллиардов лет, где ученые собирают и изучают их, чтобы раскрыть тайны нашего космического происхождения. Загадка всегда заключалась в том, почему некоторые из этих метеоритов сформировались так поздно, спустя 2—3 миллиона лет после первых твердых тел. Наши результаты показывают, что сам Юпитер создал условия для их отсроченного рождения».
Особое значение хондритов обусловлено тем, что они сохраняют некоторые из самых нетронутых материалов, доступных для научного изучения. Метеориты первого поколения объектов, формирующих планеты, расплавились и трансформировались, потеряв большую часть своей первоначальной структуры. В отличие от них, хондриты сохраняют примитивную пыль Солнечной системы, а также мелкие расплавленные капли, называемые хондрулами. Их неожиданно позднее формирование десятилетиями ставило перед исследователями сложные вопросы.
«Наша модель связывает воедино два явления, которые ранее казались несовместимыми — изотопные отпечатки в метеоритах, имеющие две разновидности, и динамику формирования планет, — пояснил Шривастава. — Юпитер быстро рос, проделал промежуток в газовом диске, и этот процесс защитил разделение между материалом внутренней и внешней частей Солнечной системы, сохранив их различные изотопные сигнатуры. Он также создал новые области, где планетезимали могли формироваться гораздо позже».
Исследование также проливает свет на другую головоломку: почему Земля, Венера и Марс вращаются вблизи 1 астрономической единицы от Солнца, вместо того чтобы спиралью приближаться к нему — обычный исход во многих планетных системах, наблюдаемых вокруг других звезд. Блокируя поток газа внутрь, Юпитер предотвратил миграцию молодых планет к Солнцу. В результате эти миры остались в земной зоне, где в конечном итоге сформировались Земля и соседние с ней планеты.
«Юпитер не просто стал самой большой планетой — он задал архитектуру всей внутренней Солнечной системы, — отметил Изидоро. — Без него Земли, какой мы ее знаем, возможно, не существовало бы».
Выводы команды согласуются с кольцевыми и промежуточными структурами, наблюдаемыми сейчас в дисках молодых звездных систем с помощью телескопа ALMA (Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка) в северном Чили. Эти структуры показывают, как формирующиеся гигантские планеты могут перестраивать свое окружение. «Глядя на эти молодые диски, мы видим начало формирования гигантских планет, которые перекраивают среду своего рождения, — заключил Изидоро. — Наша собственная Солнечная система ничем не отличалась. Ранний рост Юпитера оставил след, который мы можем прочитать сегодня, запертый внутри метеоритов, падающих на Землю».
Исследование получило поддержку, в частности, от Национального научного фонда (NSF), проекта Big-Data Private-Cloud Research Cyberinfrastructure, финансируемого NSF, и Центра исследовательских вычислений Университета Райса.
