Зараз основною теорією еволюції Сонячної системи вважається модель Ніцци. Вона припускає, що після розсіювання первинної протопланетного диска чотири гіганти - Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун - зверталися по майже кругових орбітах на видаленні в 5,5-17. е. від Сонця, а не в 5-30, як зараз. За орбітою крайній з цих планет знаходився великий щільний диск з кам'яних і крижаних планетезималей. І тягнувся він до 35. е. від Сонця - далі нинішньої орбіти Нептуна.

Хоча імовірно викинутий Сонячною системою газовий гігант і поневіряється, мабуть, в міжзоряному просторі без зірки, він міг бути захоплений однією з них і тепер обертатися навколо іншого сонця. (Ілюстрація NASA, ESA, G. Bacon.)

На внутрішньому краї цього диска планетезимали періодично гравітаційно взаємодіяли з самим віддаленим гігантом, який змінював їх орбіти. Планета захоплювала маленькі крижані тіла, захоплюючи їх ближче до Сонця, при цьому обмінюючись моментами імпульсу з планетезималями. Для компенсації переданого моменту гігант злегка зрушувався від Сонця, починаючи ще частіше підбирати планетезимали і відправляти їх до світила, і так далі... Таким чином, орбіти Урана, Нептуна і Сатурна послідовно переміщувалися зовні, поки планетезимали не опинилися поблизу Юпітера. Через кілька сотень мільйонів років Юпітер і Сатурн, два внутрішніх планети-гіганта, увійшли в орбітальний резонанс 1:2 (або 2:3), що різко збільшило ексцентриситет їх орбіт, дестабілізуючи всю систему. Під дією Юпітера Сатурн переміщується до його нинішнього стану, попутно виштовхуючи від Сонця Нептун і Уран.

Модель добре пояснює безліч деталей історії нашої планетної системи, включаючи важку пізню бомбардування. Але у неї є недоліки. Зокрема, всі спроби точно змоделювати вищеописані процеси закінчуються провалом: один з чотирьох гігантів виявляється викинутим волоцюгою; землеподібної планети починають стикатися між собою - або, того гірше, орбіта Юпітера стає неправильною, попутно дестабілізуючи орбіти інших тел.

Чому ми не бачимо нічого подібного на практиці? Девід Несворни з Південно-Західного дослідницького інституту в Боулдері (США) і Алессандро Морбіделлі з Обсерваторії Лазурного берега (Франція) спробували вирішити проблему, припустивши, що модель вірна, просто в її розвитку брало участь більше компонентів, чим передбачалося.

Отже, ось що вийшло. Наявність п'ятого гіганта змогло захистити землеподібної планети від частих сутичок між собою (що дещо несподівано) і одночасно стабілізувало систему в період міграції планет-гігантів до зовнішніх орбітах. Стабілізація справила негативний вплив тільки на саму планету - у результаті вона була викинута гравітацією Юпітера з Сонячної системи, придбавши швидкість вище третьої космічної.

Нинішній стан речей також було перевірено на відповідність сценарієм з початкової шостий гігантською планетою. Але ймовірність еволюції такої системи в сучасну виявилася дещо менше, ніж з п'ятьма гігантами, хоча і значно вище, ніж у фундаментально нездатною прийти до сьогоднішньої картині системі, зовсім не має додаткових гігантів.

Згідно дослідникам, за властивостями планета-вигнанець була чимось середнім між Нептуном і Ураном, при подібною масі і щільності. У той же час, якщо вірна модель з шістьма велетами, з яких два пізніше були вигнані, маса обох вигнанців повинна була становити половину від маси Нептуна (8-9 земних), що поміщає їх у клас «суперземель». Такий варіант, до речі, до певної міри пояснює відсутність планет такого роду в нинішній Сонячній системі - при дуже частому виявленні взагалі.

Наскільки модель Ніцци з вигнанням планет-гігантів може бути типовою для Всесвіту? Поки нам не вдалося виявити подібну систему ніде. Схема «землеподібної планети - пояс астероїдів - газові гіганти - крижані гіганти», та ще й з великим розривом між планетами, дуже відрізняється від відомого нам про інших системах; більш того, вже відомі випадки, коли гіганти розміщуються ближче до зірки, ніж землеподібної планети.

Після проведення приблизно 10 тис. симуляцій розвитку системи астрономи прийшли до висновку, що з її первинного стану випливає безліч варіантів з різним розподілом орбіт планет, що не збігається з нинішнім. При цьому ймовірність утворення Сонячної системи в її сучасному вигляді дорівнює приблизно 5%, тобто лише кожна двадцята зоряна система буде мати настільки рідкісне розподіл планет у відповідній ієрархії. Правда, враховуючи нинішні дані про кількість планетних систем, це означає, що тільки в нашій Галактиці винятків повинно бути принаймні кілька мільярдів.

Підготовлено за матеріалами arXiv.