Понимание ранней эволюции Юпитера позволяет по-новому взглянуть на историю формирования всей Солнечной системы. Гравитация Юпитера, которую часто называют “архитектором” нашей планетной системы, сыграла ключевую роль в том, как сложились орбиты других планет и каким стал газопылевой диск, из которого возникли все тела вокруг Солнца.
В свежем исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, профессор планетологии Калифорнийского технологического института Константин Батыгин и профессор физики и астрономии Мичиганского университета Фред С. Адамс подробно рассмотрели начальное состояние Юпитера. Их расчёты показали: примерно через 3,8 миллиона лет после появления первых твёрдых тел в Солнечной системе – в момент, когда газовый диск вокруг Солнца уже почти рассеялся – Юпитер был значительно крупнее нынешнего и обладал куда более мощным магнитным полем.
“В конечном итоге мы хотим понять, откуда мы произошли, и выяснение ранних этапов формирования планет – ключ к этой загадке”, говорит Батыгин. “Это ещё один шаг к пониманию того, как формировался не только Юпитер, но и вся Солнечная система”.
Учёные подошли к вопросу с неожиданной стороны, исследовав малые спутники Юпитера – Амальтею и Фиву. Они вращаются ближе к Юпитеру, чем даже самый малый из четырёх больших галилеевых спутников – Ио. Орбиты Амальтеи и Фивы чуть наклонены, и анализ этих малых отклонений позволил рассчитать, каким Юпитер был в самом начале: примерно в два раза больше сегодняшнего по радиусу, а по объёму – эквивалентен более чем 2000 Землям. Магнитное поле тогдашнего Юпитера, по оценке исследователей, было в 50 раз сильнее нынешнего.
Адамс отмечает, насколько удивительно, что даже спустя 4,5 миллиарда лет всё ещё можно по “отпечаткам” спутников восстановить параметры молодой планеты. “Это поразительно: спустя такое время в Солнечной системе сохранились следы, позволяющие восстановить картину прошлого Юпитера”, – говорит он.
Особенность этого исследования в том, что учёные обошлись без типичных предположений, которые обычно используют при моделировании формирования планет – например, о том, как быстро аккрецировался газ или какова была масса твёрдого ядра. Вместо этого они сосредоточились на динамике орбит спутников и сохранении момента импульса Юпитера – физических величинах, которые можно измерить напрямую.
Анализ позволил получить “моментальный снимок” Юпитера на рубеже, когда газовая туманность вокруг Солнца исчезла и архитектура системы фактически “заморозилась”. Эти результаты уточняют существующие теории, согласно которым Юпитер и другие гиганты формировались за счёт быстрой аккреции газа на уже сформированное массивное ядро.
Базовые модели формирования планет создавались десятилетиями – в том числе благодаря работам Дейва Стивенсона из Caltech. Новое исследование развивает эти идеи, уточняя размеры, скорость вращения и магнитные характеристики Юпитера на ранних этапах его истории.
Батыгин подчёркивает, что самые первые моменты жизни Юпитера пока всё равно остаются во многом загадочными, но нынешняя работа значительно проясняет ключевые этапы его становления. “Нам удалось установить важную веху, – говорит он. – Это точка отсчёта, от которой можно более уверенно восстанавливать эволюцию всей Солнечной системы.”