Нептун
Уран и Нептун, обе планеты невероятно далеки от Солнца и Земли. Орбита Урана расположена на расстоянии 20 АЕ от нашей звезды, а Нептуна — 30 АЕ. Однако Алана Босс bp Института Карнеги (Carnegie Institution, Washington) утверждает, что история этих планет гигантов может рассказать многое о происхождении жизни на Земле.
По словам Босса, Нептун и Уран могли образоваться из нестабильного диска газа и пыли, вращающегося вокруг Солнца на ранних этапах формирования нашей системы. Эти неустойчивые состояния создали гравитационные «карманы», притягивая все больше и больше космического строительного материала. По мере его притяжения, образовывались ядра планет.
Босс также утверждает, что Юпитер и Сатурн образовались этим же путем. Но Юпитер и Сатурн — газовые гиганты, а Нептун и Уран больше напоминают гигантские ледяные шары. Состав Нептуна и Урана практически совпадает с составом комет, они на половину образованы из воды и углекислого газа в твердом состоянии. Водород и гелий составляют не более 15-20% от массы планет, в то время как Юпитер и Сатурн практически полностью состоят из этих газов. Почему же планеты сформированные одним путем такие разные?
По модели Босса, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун были очень похожи в момент их зарождения. Ответ кроется в самом рождении и формировании нашей Солнечной Системы. Звезды рождаются и Гигантского Молекулярного Облака, состоящего из молекулярного водорода и космической пыли, простирающегося на несколько световых лет. В зависимости от размера эти «зоны» производят от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд, которые притягиваются и образуют некие группы, названные кластерами. Наибольшие из таких облаков могут создавать звезды O и B типов — самые массивные и мощные звезды и всех.
В модели Босса, Солнце было рождено как раз в таком большом облаке со звездами O и B типов. После окончания строительства Солнца, нестабильности в диске вокруг нашей звезды дали начало образованию четырем газовым протопланетам. В тоже время формируется звезда O или B типа и начинает испускать излучение крайнего ультрафиолетового диапазона (EUV-излучение). Вместе с Солнцем, вращающемся вместе с кластером, ранняя Солнечная Система подвергалась периодически таким излучениям. EUV-излучение было настолько интенсивным, что привело к изгнанию внешней газовой оболочки вокруг Урана и Нептуна, оставляя планеты с ядрами в 15 масс Земли и тонкой атмосферой. В итоге, или звездный кластер распался, или Солнечная система были «выброшены» за его пределы.
Но Хэл Левинсон из Юго-западного Исследовательского Университета не верит в то, что молодая Солнечная система могла быть вблизи звездного кластера — сила притяжений самого кластера привела бы совсем к другой звездной системе, а не той что мы сейчас имеем.
«Случайные проходящие звезды могли бы повлиять на внешнюю часть Солнечной системы», — предполагает Левинсон. «Пояс Койпера (кольцо комет, расположенное в 30-100 АЕ от Солнца) не был значительно поврежден, иначе они не могли бы расти. Этому причина — аккреция (приращение массы). Чем быстрее сталкиваются объекты, тем труднее им объединится в одно тело. И как только произошло какое-то воздействие на космическое тело, невероятно сложно вернуть его на свою прежнюю орбиту. К тому же, вешнее воздействие привело было к превращению комет в пыль и вытеснению ее из Солнечной системы.»
Левинсон скептически относится в теории Босса о формировании Нептуна и Урана еще и по другим причинам.
«Я сомневаюсь, что в этой модели объекты могли оставаться достаточно холодными.», — говорит Левинсон. «Вода должна находится в твердом состоянии, а не в газообразном.» Твердые вещества опускаются к центру протопланеты. Это важно, потому что сегодня Уран и Нептун наполовину состоят из воды и льда — практически состав комет. Но в то же время газ нагревается во время сжатия, а по модели Босса Уран и Нептун представляли собой большой шар сжимающегося газа.»
Модель Босса формирования Урана и Нептуна отличается от стандартной модели наращивания массы, которая объясняет формирование ядра планет слипанием частиц космической пыли. Поскольку эти частицы циркулировали вокруг Солнца, облака пыли сталкивались все с большим количеством материала, увеличивая массу и создавая значительную силу тяжести вокруг них.
Большинство ученых согласны, что Земля формировалась именно таким образом, наращение массы за счет космической пыли и каменных глыб. Вероятно Меркурий, Венера и Марс сформировались тем же способом. Но по отношению к внешним планетам аккреционная модель не походит, просто не хватило бы времени для образования ядер этих планет. Босс говорит, что планетарные ядра Урана и Нептуна росли в течении 10 миллионов лет именно путем аккреции, в то время как диск газа и пыли вокруг Солнца, вероятно, существовал только несколько миллионов лет.
Левинсон вместе с Эдом Томмэсом (Ed Thommes) из Калифорнийского университета и Мартином Дунканом (Martin Duncan) из Королевского Университета в Кингстоне, Онтарио, разработали другую теорию формирования Урана и Нептуна. Согласно его все четыре планеты, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун формировались путем аккреции в области 4-10 АЕ от Солнца. В то время в ядрах Юпитера и Сатурна скапливался небулярный газ, ядра Урана и Нептуна выведены из этого процесса. Единственное, что позволило этим планетам остаться в пределах Солнечной системы — это облако космического мусора, находящегося за пределами орбиты Сатурна. Оно затормозило планеты и позволило им занять свои орбиты вокруг Солнца.
Художественное представление пояса Койпера
Но Левинсон утверждает, что и его модель далека от идеала. Требуется больше знаний, что понять весь путь формирования Солнечной системы. Ученый предполагает, что скорее всего планеты образовались путем комбинации аккреционной теории и теории нестабильного диска. Если бы Юпитер и Сатурн начали расти из нестабильности, они бы привлекли много материала в области их формирования, из которого могли начать формироваться ядра Урана и Нептуна.
Дэвид Холенбах из NASA Ames Research Center рассматривает третий способ рождения внешних планет. Все четыре планеты были образованы путем аккреции, но Юпитер и Сатурн образовались первыми. Затем Солнце или другая массивная звезда стала причиной «фотоиспарения» газового диска, что не позволило Урану и Нептуну нарастить достаточную массу по сравнению с Юпитером и Сатурном.
Холенбах утверждает, что в его теории все внешние планеты сформировались примерно там, где они и сейчас. Урану и Нептуну потребовалось больше времени, чтобы образовались их ядра , а «фотоиспарение» повлияло на газовый диск сильнее на дальних расстояниях от Солнца.
Однако, Босс не думает, что любая внешняя планета формируется за счет аккреции.
А что насчет Земли? По словам Босса, Земля и другие каменистые планеты не попали под звездную радиацию, по той причине, что они не появились пока Солнце не покинуло кластер.
К тому же кометы появились первыми в ранней Солнечной системе, поэтому излучение от массивной звезды должно было воздействовать на пояс Койпера. Длительный период интенсивного радиационного излучения должен был привести к появлению сложной органики на кометах.
После образования Земли и других планет земной группы, шальные кометы из пояса Койпера бомбардировали ее, внося свой вклад в водоснабжение. Органика, поступившая с кометами, могла стать причиной зарождения жизни на Земле.
Холенбах, однако, скептически относится к тому, что предбиотические молекулы были занесены с кометами. Он считает, что объекты из пояса астероидов являются лучшими кандидатами на доставку углерода, азота, кислорода и водорода на Землю. После их поступления на планете под воздействием солнечного света стали образовываться молекулы, необходимые для зарождения жизни и для этого не требовалось воздействие комет.
Холенбах оставляет вопросы открытыми: нужен ли был внешний источник или достаточно было радиации раннего Солнца для образования молекул, которые не могли образоваться другим способом?!
