На фоне всего остального газовый гигант Юпитер образовался очень быстро. В последнем опубликованном номере журнала Proceedings of the National Academy of Sciences ученые сообщили, что твердое ядро планеты сформировалось менее чем за миллион лет после появления Солнечной системы. За какие-то следующие 2-3 миллиона лет его масса стала 50 раз больше массы Земли.

Исследователи и раньше создавали компьютерные модели рождения Юпитера, однако новая работа – «это первый случай, когда модель создавалась с использованием тех фактических данных, которые нам уже известны об этой планете», прокомментировал соавтор исследования Томас Крюйер, научный сотрудник Ливерморской национальной лаборатории (Калифорния, США). Для создания наиболее достоверной модели эксперты провели анализ внеземного материала, который попал на Землю вместе с древними метеоритами.

Наша Солнечная система начала свою жизнь в виде пылевого диска около 4,6 миллиарда лет назад. Среди планет первыми появились газовые гиганты, затем начали формироваться твердые планеты, такие как Земля. Самой же большой планетой системы является величественный Юпитер.

Несмотря на то, что основу его массы составляет именно газ, планета в 300 раз массивнее Земли. А факт о том, что планете удалось собрать вокруг себя больше материала, по сравнению с другими, более молодыми соседями, натолкнул ученых на мысль о том, что Юпитер является древнейшим из них. И новое исследование лишь усилило эти предположения.

Когда Юпитер только появился, растущая планета начала притягивать к себе газ и пыль, кружащие вокруг Солнца. Газовый гигант действовал и продолжает действовать в качестве щита для внутренней области Солнечной системы, защищая остальные планеты от мириад метеоритов. Когда возраст системы составлял около 1 миллиона лет, гравитация Юпитера была уже достаточно мощной для того, чтобы не пропускать космические булыжники через свою орбиту. Планета выступала своего рода «вышибалой», не пропуская потенциальных хулиганов в «закрытый клуб», говорят ученые.

«Примерно через 1 миллион лет Юпитер стал уже таким большим, что фактически перекрыл доступ из внешних границ к внутренней Солнечной системе», — говорит Брэндон Джонсон, планетолог Университета Брауна, не принимавший участие в новом исследовании.

Когда Солнечная система достигла возраста около 4 миллионов лет, масса Юпитера к этому моменту уже в 50 раз превышала массу Земли. Его орбита стала сближаться с Солнцем, что открыло доступ астероидам из внешних границ системы к внутренним. Сейчас эти космические булыжники образуют единый пояс, располагающийся между Юпитером и Марсом. Несколько камней в итоге попали на Землю, где такие ученые, как Крюйер, смогли их изучить.

Результаты исследования подтверждают ранее высказанное мнение о том, что Юпитер мог временно разделить имеющиеся в Солнечной системе метеориты на два «лагеря»: на те, что находятся между самим Юпитером и Солнцем, а также на все остальные, что находятся позади Юпитера.

Упади оба камня (из внутренней и внешней границ системы) в ваш огород, то вы бы, вероятнее всего, не нашли в них каких-то отличий. Однако Крюйер и его команда обладают возможностью проведения анализа особых химических сигнатур метеоритов, благодаря которому можно не только выяснить возраст последних, но и узнать, к какой именно из двух этих групп принадлежал тот или иной камень. Как говорит Крюйер, развитие технологий только недавно позволило проводить анализ такого уровня.

Согласно данным анализа, метеориты разделились на две группы спустя около 1 миллиона лет после формирования Солнечной системы и находились в таких условиях примерно до того момента, как системе стукнуло 4 миллиона лет. То есть в системе в течение нескольких миллионов лет одновременно существовало два скопления метеоритов.

«Это не было каким-то обычным временным изменением. Это было полноценное пространственное разделение», — говорит Крюйер.

Что-то должно было удерживать их разделенными такое продолжительное время. И этим «чем-то», по мнению авторов исследования, вероятнее всего, являлся молодой Юпитер.

«Вряд ли это было что-то другое», — добавляет Крюйер.

«Это очень интересная работа, дающая очень интересные результаты, хорошо согласующиеся с нашими нынешними представлениями об истории Солнечной системы. Вероятнее всего, все так и было», — комментирует работу исследователей Константин Батыгин, планетарный астрофизик Калифорнийского технологического института, не принимавший участия в исследовании.

Батыгин сравнивает планетологов с детективами. И те и другие исследуют места событий в поиске оставшихся намеков о том, что на самом деле произошло.

«Порой на месте преступления крошечные капли крови на потолке могут рассказать гораздо больше, чем отрезанные конечности», — говорит Батыгин.

Согласно этой аналогии, планеты представляют собой те самые конечности, в то время как метеориты – капли крови. Но, как и при поиске нужных улик, добавляет ученый, всегда остается место для сомнений.

Например, по мнению астронома Юго-Восточного исследовательского института Колорадо Кевина Уолша, все могло быть совсем иначе. В то время структура протодиска Солнечной системы могла сама разделить метеориты на группы.

«Ключевой момент, который выделяют авторы исследования, заключается в том, что Юпитер сперва должен был сформироваться, чтобы иметь возможность удерживать метеоритные поля раздельными друг от друга», — добавляет Уолш.

«Хотя никто не исключает варианта, что мы просто плохо понимаем особенности распределения метеоритов и астероидов в ранней Солнечной системе, и планета с массой Юпитера на самом деле могла и не играть столь значимой роли во всем этом».

Тем не менее новое исследование пока только подтверждает более ранние идеи о молодой Солнечной системе и в частности эволюции Юпитера. Например, согласно одной из них, носящей название гипотезы большого отклонения, Юпитер начал менять орбиту в ранний период истории Солнечной системы, причем сначала планета приближалась к Солнцу, а затем начала удаляться от светила — подобно лавирующей яхте (отсюда и название, взятое из парусного спорта). Идея была предложена самим Уолшем и получила поддержку других ученых в 2011 году.

Притягивание к Солнцу могло происходить ровно до того момента, пока не сформировался Сатурн, который начал тянуть Юпитер обратно от светила. Такая перетяжка, в свою очередь, могла стать причиной объединения групп метеоритов в единый пояс. Более того, по мнению некоторых ученых, молодой и массивный Юпитер может являться объяснением тому, почему наша Земля получилась относительно маленькой и имеет относительно тонкую атмосферу.

«С галактической точки зрения мы являемся жителями очень странной планеты», — комментирует Батыгин.

Научные данные указывают, что Земля появилась из солнечной туманности примерно через 100 миллионов лет после формирования системы и к этому моменту обладала слишком малой гравитацией, «чтобы нарастить богатую водородом и гелием атмосферу», как правило, встречающуюся у других миров. Благодарить за это нужно Юпитер, который буквально высосал большинство этого материала себе.

Охотники за экзопланетами, наблюдающие за другими звездными системами, обнаружили несколько супер-Земель – планет размером больше Земли, но меньше таких газовых гигантов, как Нептун. Несколько из этих экзопланет больше Земли всего в два раза и находятся в обитаемых зонах своих звезд. По мнению Крюйера, причиной, по которой наша Солнечная система лишена супер-Земель, как раз заключается в Юпитере и его влиянии.

«Даже в своем младенчестве Юпитер оказал серьезное влияние на динамику и эволюцию Солнечной системы. Несмотря на то, что это влияние сейчас сократилось, полностью он его не утратил. Даже через миллион лет Юпитер будет играть важную роль в том, как будет выглядеть наша система», — соглашается Джонсон.