Гипотеза большого оверштага
Гипотеза большого оверштага (от англ. Grand Tack hypothesis) — гипотеза, согласно которой, Юпитер сформировался на расстоянии 3,5 а.е от Солнца, затем мигрировал до расстояния в 1,5 а.е, пока не попал в орбитальный резонанс с Сатурном, после чего мигрировал до своей современной орбиты (5 а.е). Название происходит от термина оверштаг, когда лодка, направляя нос против ветра, поворачивается в обратном направлении[1].
Мигрируя к Солнцу, Юпитер разрушает пояс астероидов, а также область, где сейчас находится Марс, что объясняет его небольшой размер[2]. Пояс астероидов был разрушен ещё раз, но уже при миграции обратно, что объясняет его существование в нынешнем виде[3]. При миграции некоторые планетезималии могли столкнуться с Солнцем и быть уничтоженными[4].
Описание
После того, как Юпитер очистил вокруг своей орбиты весь материал, он совершил миграцию II типа. Не будь Юпитер остановленным, он находился бы близко к Солнцу, став «горячим юпитером», что происходит у многих экзопланет[5]. Однако, вместе с ним мигрировал и Сатурн, совершивший миграцию I типа. В результате между планетами возник орбитальный резонанс 2:3, а в газопылевом диске сформировался разрыв. Сатурн частично очистил свою часть разрыва, в результате воздействие диска на Юпитер снизилось[6]. Началась обратная миграция. Процесс «оверштага» был завершён, когда Юпитер достиг своей нынешней орбиты.[7]
Что объясняет гипотеза
Данная гипотеза объясняет несколько феноменов в Солнечной системе, хотя были предложены и альтернативные объяснения.
Размер Марса
Согласно симуляциям, Марс должен был иметь массу от 0,5 до 1 земной массы, но его масса составляет лишь 0,107 земных. Миграция Юпитера объясняет эту проблему: в результате «оверштага» газопылевой диск смещается до расстояния около 1 а.е от Солнца и в результате в той области формируются Земля и Венера[8][9][10]. На расстоянии 2 а.е от Солнца материала для формирования планет остаётся немного[11], и из этого материала сформировался Марс[12]. Близко к Солнцу материала также остаётся немного, и из него формируется Меркурий[13].
Существование пояса астероидов
Юпитер и Сатурн во время миграции смещают большинство астероидов с их начальных орбит, оставляя после себя возбужденный остаток, существовавший как внутри, так и за пределами первоначального местоположения Юпитера. До миграции Юпитера окружающие области содержали астероиды, состав которых менялся в зависимости от их расстояния от Солнца[14]. Ближе к Солнцу преобладали каменистые астероиды, а во внешней области за «линией холода» — более примитивные и ледяные астероиды[15]. По мере того как Юпитер и Сатурн мигрируют внутрь, около 15% внутренних астероидов рассеиваются за орбиту Сатурна[2]. Позже, когда Юпитер и Сатурн начали мигрировать обратно, около 0,5% примитивных астероидов рассеиваются на орбиты во внешнем поясе астероидов[7]. В результате входа в гравитационное поле Юпитера и Сатурна многие из астероидов теперь имеют большие эксцентриситеты и наклоны орбит. Некоторые из ледяных астероидов остались на орбитах, где позже сформировались планеты земной группы. Это позволило при столкновении доставлять на планеты воду[16][17] .
Примечания
- Zubritsky, Elizabeth Jupiter's Youthful Travels Redefined Solar System . NASA. Дата обращения: 4 ноября 2015.
- Beatty, Kelly Our "New, Improved" Solar System . Sky & Telescope (16 October 2010). Дата обращения: 4 ноября 2015.
- Sanders, Ray How Did Jupiter Shape Our Solar System? . Universe Today (23 August 2011). Дата обращения: 4 ноября 2015.
- Choi, Charles Q. Jupiter's 'Smashing' Migration May Explain Our Oddball Solar System . Space.com (23 March 2015). Дата обращения: 4 ноября 2015.
- Fesenmaier, Kimm New research suggests Solar system may have once harbored super-Earths . Caltech (23 March 2015). Дата обращения: 5 ноября 2015.
- New research suggests solar system may have once harbored super-Earths . Astrobiology. Дата обращения: 5 ноября 2015.
- Walsh, Kevin J.; Morbidelli, Alessandro; Raymond, Sean N.; O'Brien, David P.; Mandell, Avi M. (2011). “A low mass for Mars from Jupiter's early gas-driven migration”. Nature. 475 (7355): 206—209. arXiv:1201.5177. Bibcode:2011Natur.475..206W. DOI:10.1038/nature10201. PMID 21642961. Неизвестный параметр
|s2cid=
(справка) - Jacobson, S. A.; Morbidelli, A., A. (2014). “Lunar and terrestrial planet formation in the Grand Tack scenario”. Phil. Trans. R. Soc. A. 372 (2024): 174. arXiv:1406.2697. Bibcode:2014RSPTA.37230174J. DOI:10.1098/rsta.2013.0174. PMC 4128261. PMID 25114304.
- Lichtenberg, Tim Ripping apart asteroids to account for Earth's strangeness . Astrobites (2 November 2015). Дата обращения: 6 ноября 2015.
- Carter, Philip J.; Leinhardt, Zoë M.; Elliott, Tim; Walter, Michael J.; Stewart, Sarah T. (2015). “Compositional evolution during rocky protoplanet accretion”. The Astrophysical Journal. 813 (1): 72. arXiv:1509.07504. Bibcode:2015ApJ...813...72C. DOI:10.1088/0004-637X/813/1/72. Неизвестный параметр
|s2cid=
(справка) - Walsh, Kevin The Grand Tack . Southwest Research Institute. Дата обращения: 6 ноября 2015.
- Raymond, Sean N.; O'Brien, David P.; Morbidelli, Alessandro; Kaib, Nathan A. (2009). “Building the terrestrial planets: Constrained accretion in the inner Solar System”. Icarus. 203 (2): 644—662. arXiv:0905.3750. Bibcode:2009Icar..203..644R. DOI:10.1016/j.icarus.2009.05.016. Неизвестный параметр
|s2cid=
(справка) - Hansen, Brad M.S. (2009). “Formation of the Terrestrial planets from a narrow annulus”. The Astrophysical Journal. 703 (1): 1131—1140. arXiv:0908.0743. Bibcode:2009ApJ...703.1131H. DOI:10.1088/0004-637X/703/1/1131. Неизвестный параметр
|s2cid=
(справка) - Davidsson, Dr. Björn J. R. Mysteries of the asteroid belt . The History of the Solar System. Дата обращения: 7 ноября 2015.
- Raymond, Sean The Grand Tack . PlanetPlanet (2 August 2013). Дата обращения: 7 ноября 2015.
- O'Brien, David P.; Walsh, Kevin J.; Morbidelli, Alessandro; Raymond, Sean N.; Mandell, Avi M. (2014). “Water delivery and giant impacts in the 'Grand Tack' scenario”. Icarus. 239: 74—84. arXiv:1407.3290. Bibcode:2014Icar..239...74O. DOI:10.1016/j.icarus.2014.05.009. Неизвестный параметр
|s2cid=
(справка) - Matsumura, Soko; Brasser, Ramon; Ida, Shigeru (2016). “Effects of Dynamical Evolution of Giant Planets on the Delivery of Atmophile Elements during Terrestrial Planet Formation”. The Astrophysical Journal. 818 (1): 15. arXiv:1512.08182. Bibcode:2016ApJ...818...15M. DOI:10.3847/0004-637X/818/1/15. Неизвестный параметр
|s2cid=
(справка)