Земля могла образоваться из двух разных колец вокруг Солнца — Astronomical Journal

Формирование внутренней области Солнечной системы остается одной из самых популярных тем в современной планетологии. На протяжении десятилетий среди ученых преобладала концепция, согласно которой каменистые планеты формировались в пределах единого протопланетного диска, окружавшего молодое Солнце. Однако новые математические модели, созданные группой исследователей под руководством Билла Ботке, ставят под сомнение традиционные теории. Согласно новой гипотезе, Земля и ее ближайшие «соседи» могли образоваться не из одного кольца, а из двух независимых дисков, расположенных на разном расстоянии от Солнца. Это объясняет многие особенности, противоречащие классическим моделям.

Компьютерные модели, построенные на предположении о существовании единого «резервуара» пыли и обломков, неминуемо сталкивались с серьезными несоответствиями. Например, в таких симуляциях масса Меркурия оказывалась завышенной, Марс имел слишком большой объем, а орбиты Венеры и Земли находились слишком близко друг к другу. Кроме того, химический состав земных и марсианских пород в таких расчетах оказывался практически идентичным, что противоречит фактическим данным. И, наконец, структура нашей планеты указывает на наличие двух различных типов пород, что трудно объяснить в рамках единого, однородного источника вещества. Именно эти парадоксы побудили исследователей искать альтернативный сценарий.

После шести месяцев непрерывных вычислений, в течение которых многочисленные попытки усовершенствовать «однодисковую модель» не принесли результатов, ученые решили пойти на радикальный шаг. Они решили попробовать модель с двумя резервуарами, один из которых расположен значительно дальше от Солнца, чем первый. «В результате новая симуляция неожиданно продемонстрировала высокую степень соответствия наблюдаемой структуре внутренней части Солнечной системы. В оптимальном сценарии внутренний диск располагался примерно на равном расстоянии между Солнцем и нынешней орбитой Земли, а внешний диск — на расстоянии около 1,7 астрономических единиц. Такое распределение материала позволило сформироваться планетам с массами и орбитами, близкими к наблюдаемым сегодня», — отмечают авторы исследования.

Особенно важно то, что модель с двумя дисками объясняет различия в элементном составе Земли и Марса. Согласно расчетам, наша планета сформировалась преимущественно из материала внутреннего диска, тогда как Марс — почти полностью из внешнего диска. Этим объясняется его меньшая масса, различия в химическом и изотопном составе. Луна, согласно тем же моделям, тоже ‒ результат деятельности внутреннего резервуара, что согласуется с данными о её происхождении.

Несмотря на убедительные аргументы, новая гипотеза остается спорной. Для точного воссоздания структуры внутренней части Солнечной системы необходимо соблюсти ряд строгих условий. Даже незначительные изменения формы или плотности дисков могут привести к существенным расхождениям в окончательном расположении планет. Пока не ясно, почему именно такие условия могли сложиться в ранней Солнечной системе. Тем не менее, исследователи продолжают совершенствовать модель, используя суперкомпьютеры для проверки различных сценариев и оценки их последствий.

Если моделью с двумя дисками подтвердится, можно будет объяснить не только происхождение планет земной группы, но и ряд других космических загадок. Например, необычные типы астероидов, разнообразие состава лунных пород и особенности распределения вещества в астероидном поясе. Кроме того, такая модель могла бы пролить свет на процессы, протекающие в других планетарных системах, где наблюдаются схожие структурные признаки. Сегодня современные телескопы фиксируют немало молодых звезд со множеством пылевых колец. Новая теория, возможно, позволит понять механизмы их эволюции.

Таким образом, идея о двух отдельных протопланетных диска вокруг раннего Солнца открывает новое направление в исследовании происхождения нашей планеты. Совмещая геохимические данные, астрономические наблюдения и результаты компьютерного моделирования, теория позволит создать более целостную картину ранней истории Солнечной системы. Хотя многие вопросы остаются открытыми, сама возможность существования подобного механизма делает изучение внутренней части Солнечной системы еще интересным и многообещающим, — подвели итог авторы проекта.