Понимание ранней истории Юпитера имеет решающее значение для реконструкции эволюции всей Солнечной системы. Будучи самой массивной планетой, Юпитер заслуженно получил прозвище «архитектор» нашей планетной семьи. Его мощная гравитация определяла движение протопланетных тел, направляла формирование других планет и участвовала в перераспределении материала в протопланетном диске, из которого возникли Земля, Марс и их соседи.
Новое исследование, проведённое Константином Батыгиным, профессором планетологии Калифорнийского технологического института, и Фредом С. Адамсом, профессором физики и астрономии Мичиганского университета, проливает свет на физическое состояние Юпитера в первые миллионы лет его существования.
Учёные сосредоточились на реконструкции структуры Юпитера в момент, когда солнечная туманность — газопылевое облако, окружавшее Солнце в ранние эпохи — начала рассеиваться. Этот этап критически важен: исчезновение туманности ознаменовало конец поступления газа, необходимого для роста планет-гигантов.
На основе тщательного анализа орбит малых спутников Юпитера — Амальтеи и Фивы, расположенных ближе всех к планете, исследователи выявили ключевые параметры древнего Юпитера. Эти спутники имеют слегка наклонённые орбиты, и именно эти отклонения оказались «следами прошлого», которые команда Батыгина и Адамса использовала для обратного расчета физических характеристик Юпитера на раннем этапе его эволюции.
Их моделирование показало, что около 3,8 миллиона лет спустя после формирования первых твёрдых тел в Солнечной системе Юпитер был примерно вдвое больше по радиусу, чем сегодня. Объём молодого Юпитера достигал эквивалента более чем 2000 Земель. Также выяснилось, что его магнитное поле в те времена превышало современное примерно в 50 раз.
«Наша конечная цель — понять, откуда мы произошли. Определение параметров на ранних стадиях формирования планет помогает собрать недостающие части этой головоломки», — говорит Батыгин. — «Это приближает нас к пониманию не только природы Юпитера, но и происхождения всей Солнечной системы».
Особый акцент в работе был сделан на сохранении углового момента Юпитера и особенностях орбит его спутников — параметрах, которые можно точно измерить и интерпретировать. Такой подход позволяет с высокой надёжностью реконструировать физические характеристики Юпитера в момент, когда происходил так называемый «фотоиспарительный переход» — фаза, на которой солнечный ветер окончательно рассеял остатки газопылевого диска.
Это также подтверждает теорию, что Юпитер и другие планеты-гиганты как в нашей, так и в других звёздных системах, формировались через аккрецию ядра. Сначала образуется массивное твёрдое ядро, а затем оно начинает стремительно накапливать окружающий газ, если к этому моменту туманность ещё не исчезла.
«Удивительно, что спустя 4,5 миллиарда лет мы всё ещё можем получить точную информацию о физических свойствах Юпитера в его юности», — добавляет Адамс. — «Это подчеркивает, насколько важно изучение спутников и их орбитальной динамики».
Результаты этого исследования не только углубляют наше понимание Юпитера, но и служат важной отправной точкой для изучения экзопланетных систем. Поскольку наблюдаемые у других звёзд газовые гиганты часто напоминают Юпитер, полученные данные могут помочь понять, насколько типична наша Солнечная система во Вселенной.
Как подчёркивает Батыгин:
«То, что мы установили, представляет собой надёжный ориентир. Это отправная точка, от которой мы можем более уверенно реконструировать эволюцию нашей планетной системы и сравнивать её с другими».