1-я Книга Федора. Файл 7-А. "Земля под ударом"

Файл 6-Е. http://artefact-2007.blogspot.ru/2017/03/1-6-2016.html

    Ф. Дергачев

    Приоткрыв завесу над некоторыми особенностями своих методик, я решил вернуться к истории Солнечной системы. И весьма своевременно, так как в июле 2013 по теме программной статьи «Плутиносы, кьюбиуаны и другие горячие и холодные дикари Солнечной системы» журнал «National Geographic» опубликовал еще более откровенный и сенсационный материал «Земля под ударом». В нем моделируется поразительный механизм «Поздней тяжелой бомбардировки», обрушившейся на планеты Солнечной системы 3,8 млрд лет назад.  

http://astropt.org/blog/2012/05/01/intenso-bombardeamento/

    Роберт Иэрион

   Земля под ударом

    «Новые открытия ученых изменили представление о Солнечной системе. Оказывается, все началось с хаоса.

    Эта пылинка – из хвоста кометы. Ее добыли на расстоянии более 350 миллионов километров от Земли. Теперь она лежит под электронным микроскопом в подземной лаборатории Вашингтонского университета, и ее изображение продолжает расти, пока наконец не заполняет весь экран монитора. Приблизив темное пятно, похожее на скалу с зазубренными краями, Дейв Джозвиак увеличил приближение в 900 тысяч раз. Пятно распалось на угольно-черные крупицы. «Размер некоторых из этих ребят всего пара нанометров, – рассказывает Джозвиак. – Мы думаем, что это изначальный материал, из которого сформировалось все в нашей Солнечной системе».

    У пылинки есть имя: ее назвали Инти в честь бога Солнца древних инков. Скорее всего, Инти провела последние четыре с половиной миллиарда лет в глубокой заморозке за орбитой Нептуна внутри кометы Вильда. Несколько десятилетий назад Вильда прошла мимо Юпитера ближе к Солнцу и начала распадаться под действием солнечного тепла.

    В январе 2004 года космический корабль НАСА «Стардаст» проскочил мимо кометы, поймав тысячи пылинок с помощью ловушки из аэрогеля – пушистого прозрачного материала, похожего на замерзший дым. Два года спустя капсула с ценным грузом приземлилась на парашюте в пустыне штата Юта. Ученые извлекли пылинки из геля, поместили их под электронные микроскопы и устремили взгляд в прошлое, когда зарождалась наша Солнечная система. 

    

Зонд «Стардаст» поймал пыль, пролетая рядом с кометой Вильда. Каждая крупица оставляла след толщиной в волосок, когда попадала в пушистый аэрогель на скорости, превышающей 20 тысяч километров в час. http://nat-geo.ru/article/4039-zemlya-pod-udarom/photo/17365/

    То, что они увидели, их потрясло.

    Давно известно, что планеты, кометы и другие космические тела, летающие вокруг Солнца, возникли – некоторые около 4,5 миллиарда лет назад – из вращающегося диска пыли и газа, известного под названием Солнечная туманность. И долгое время принято было считать, что все объекты Солнечной системы сформировались примерно там, где они находятся сейчас.

    В царстве холода за орбитой Нептуна, где последние миллиарды лет провела пылинка Инти, она должна была бы состоять из смеси льда и мягкой, богатой углеродом пыли. Однако темные гранулы Инти содержали странные минералы: твердые кусочки камня и металла вроде вольфрама и нитрида титана. Эти материалы могли образоваться только вблизи новорожденного Солнца при температуре выше 1700°C. Значит, сформировавшись около светила, они затем в результате мощного процесса были заброшены во внешние области Солнечной системы.

    «Оказывается, когда-то Солнечная система вывернулась наизнанку», – говорит Дональд Браунли, глава научной группы «Стардаста».

    Когда большинство из нас учились в школе, Солнечная система была надежной и добропорядочной. «Девять планет вращались по установленным орбитам, точно, как часы, – говорит Рену Малхотра из Университета Аризоны. – Так всегда было и так всегда будет». Эта идея была воплощена в планетариях и оррериях – механических моделях Солнечной системы, первые из которых появились во времена Исаака Ньютона. В конце XVII века Ньютон доказал, что орбиту планеты можно вычислить, основываясь на ее гравитационном взаимодействии с Солнцем. Вскоре часовщики начали мастерить все более изящные и хитроумные оррерии, в которых медные планеты кружили вокруг Солнца по неизменным путям.

    Сам же Ньютон знал – все было не совсем так. Планеты должны взаимодействовать также и друг с другом. Их гравитация, хотя и намного более слабая, чем у Солнца, со временем оказывает влияние на орбиты соседей – круглых орбит быть не должно. Непрестанное воздействие гравитации способно усиливать небольшие отклонения настолько, что орбиты могут смещаться, пересекаться и выкидывать прочие фортели. Но как именно они это делают и когда, не смог выяснить даже Ньютон – у него не было формулы расчета движения многих объектов, каждый из которых воздействует на остальные.

    Cам создатель поправляет сбивающийся механизм Солнечной системы – к такому выводу пришел Ньютон в итоге. И концепция вечно стабильной Солнечной системы утвердилась – причем этот механизм стал казаться надежным и без божественного вмешательства. 

Как часы. Старинные модели, оррерии, представляют нам «вечную», стабильную Солнечную систему – а на самом деле она совсем непредсказуема. Как говорят астрономы, если вы переложите карандаш, через миллиард лет Юпитер сдвинется на пол-орбиты назад. http://nat-geo.ru/article/4039-zemlya-pod-udarom/photo/17366/

Другие видеоуроки по школьной программе смотрите на InternetUrok.ru
«Образование звёзд | астрономия 11 класс»

    Однако в последние десять лет взгляды ученых изменились. Данные «Стардаста» свидетельствуют: в младенчестве Солнечная система выворачивалась наизнанку. Многие ученые полагают, что и юность у нее была бурная: когда-то самые большие планеты сместились на новые орбиты, разбрасывая по пути крупные камни и кометы. Израненная поверхность Луны – свидетельство той эпохи грандиозного хаоса.

    «Кто мог подумать еще недавно, что планеты-гиганты так свободно шатались по Солнечной системе?» – говорит Алан Стерн из Юго-Западного исследовательского института. Чтобы в этом убедиться, понадобилось то, чего не хватало Ньютону – сверхмощный телескоп и сверхмощные компьютерные программы, вычисляющие прошлые и будущие орбиты планет.

    Первую подсказку дал Плутон. Этот чудаковатый обитатель Солнечной системы поднимается выше и опускается ниже той похожей на блин плоскости, в которой кружат восемь планет; он вращается по сильно вытянутой орбите. Однако самая любопытная особенность Плутона – это его связь с Нептуном. Пока Нептун совершает три оборота вокруг Солнца, Плутон за это же время совершает два. Причем обе планеты никогда не приближаются друг к другу. Такую связь называют резонансной.

    В 1993 году Рену Малхотра объяснила это так: во времена молодости Солнечной системы Нептун находился ближе к Солнцу, а сама система тогда была переполнена астероидами и кометами. Когда какое-нибудь из этих небесных тел приближалось к Нептуну, могучая гравитация планеты могла запустить его или ближе к Солнцу, или же, наоборот, за пределы Солнечной системы. Приближавшиеся отвечали собственной гравитацией – и орбита самого Нептуна каждый раз тоже немножко смещалась.

    Человек, будь он даже Ньютоном, никогда не смог бы просчитать совокупный эффект триллионов таких взаимодействий – однако созданная Малхотрой компьютерная модель показала, что в целом они должны были заставить Нептун отодвинуться дальше от Солнца. По сценарию Малхотры, это привело к тому, что планета Нептун «поймала» планету Плутон, заставив ее двигаться с собой в такт.

    Сперва коллеги отнеслись к выводам Малхотры скептически, однако не прошло и десяти лет, как выяснилось, что она была права. Телескопы обнаружили в поясе Койпера, темном регионе, простирающемся на огромное пространство за Нептуном, группы плутино – маленьких ледяных миров, состоящих с Нептуном в том же самом резонансе «два круга вокруг Солнца к трем».

    Так могло получиться в том случае, если Нептун двигался, словно снегоуборочная машина, сдвигая карликовые планеты на новые орбиты. «Теперь теория миграции планет практически общепризнана», – говорит Рену.

    Идея о миграции планет возникла в то самое время, когда планетологи задумались над некоторыми другими загадочными особенностями Солнечной системы. К началу 2000-х годов уже было понятно, что она появлялась на свет в жестоких родовых схватках.

    Планеты не конденсировались тихо-мирно из Солнечной туманности. О нет, они росли, плотоядно поглощая планетезимали – врезавшиеся в них на огромной скорости каменные астероиды, ледяные кометы и объекты размером побольше. Так, согласно одной из теорий, Луна образовалась из брызг расплавленного камня, выброшенных на орбиту, когда в Землю врезалось небесное тело размером с Марс. Все это, возможно, произошло в первые сто миллионов лет существования Солнечной системы.

Гипотеза образования Луны http://nat-geo.ru/files/solarsystem2_copy_1375709113.jpg

   Но и на этом грандиозные катастрофы не кончились. Многие сотни миллионов лет спустя Луна подверглась серии тяжелых ударов, которые навеки изъязвили ее поверхность шрамами огромных кратеров. Эта так называемая Поздняя тяжелая бомбардировка должна была обрушиться на Землю еще более яростно.

    Телескопы обнаружили в простирающемся за Нептуном поясе Койпера множество мелких тел, вращающихся по самым разным орбитам. Некоторые из этих тел сгруппированы в плоский диск, другие – в облако в форме бублика, орбиты третьих были еще более, как говорят о вытянутых орбитах, эксцентрическими, чем у Плутона. Мирная миграция Нептуна прочь от Солнца, которой Малхотра объясняла появление плутино, не могла бы так яростно расшвырять эту космическую мелочь.

    Тем временем астрономы открыли сотни планет, вращающихся вокруг других звезд (их называют экзопланетами). Какие-то из них вращаются по орбитам, расположенным гораздо ближе друг к другу, чем у планет нашей системы. Некоторые гиганты размером с Юпитер или Нептун стремительно носятся по раскаленным орбитам в опасной близости от своих солнц. Другие совершают длительные экскурсии в глубокий космос по удивительным траекториям – вообще, в среднем орбиты экзопланет более вытянуты, чем у планет нашей системы. Существуют даже планеты, свободно плавающие в межзвездном пространстве.

    Если бы все планеты рождались близ своих звезд и там же бы оставались – они двигались бы, как в медных оррериях, по идеально круглым орбитам. Очевидно, многие планеты мигрировали, однако мирные миграции вряд ли могли привести к появлению экстремальных орбит и таких явлений, как Поздняя тяжелая бомбардировка. Левисон начал подозревать, что уж какой-какой, а мирной история Солнечной системы не была – что она, наоборот, пережила период глобального хаоса. В 2004 году в Ницце он вместо отпуска отлавливал трех своих коллег, чтобы постараться понять, как это было. Так родилась «модель Ниццы».

    Согласно модели, четыре планеты-гиганта нашей системы, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, изначально двигались гораздо ближе друг к другу по почти совершенно круглым орбитам, причем последние три были расположены ближе к Солнцу, чем теперь. На ранней стадии они занимали место внутри дисковидной солнечной туманности, в которой еще было множество ледяного и каменного крошева. Поглощая эти планетезимали или выбрасывая их после сближения прочь от Солнца, гиганты расчищали свободные пространства.

http://nat-geo.ru/files/solarsystem1_1375708836.jpg

    Поскольку гиганты также оказывали гравитационное воздействие и друг на друга, вся система была хрупкой – «почти беспредельно хаотичной», по выражению Левисона.

    Это как если бы планеты в оррерии были соединены пружинами друг с другом (соединения означают гравитацию). Наиболее мощная пружина соединяла бы самые крупные планеты – Юпитер и Сатурн. Удар по этой пружине встряхнул бы всю систему.

    Именно это, полагают единомышленники Левисона, и случилось, когда Солнечной системе было от 500 до 700 миллионов лет. Планеты взаимодействовали с планетезималями, и их собственные орбиты смещались. Юпитер сдвигался ближе к Солнцу, Сатурн, а также Уран и Нептун – чуть дальше. Все совершалось медленно, пока вдруг не оказалось, что на один оборот Сатурна приходится два оборота Юпитера.

    Этот резонанс «один к двум» не был стабильным, как тот, что существует между Нептуном и Плутоном, – это был мгновенный и мощный удар по пружине. По мере того как Юпитер и Сатурн сближались и оказывали друг на друга гравитационное воздействие в одной и той же точке своих орбит, эти орбиты, почти круглые, вытягивались в эллипсы. Это довольно скоро положило конец точному резонансу, но прежде Сатурн подвинулся к Урану и Нептуну достаточно близко, чтобы придать им ускорение и резко швырнуть прочь от Солнца. Примерно в половине компьютерных моделей группы Левисона они даже менялись местами.

    Вспахав те зоны Солнечной системы, где еще было множество ледяных планетезималей, Уран и Нептун запустили разрушительную катастрофу. Ледяные шары разлетались во все стороны.

    Некоторые были пойманы планетами-гигантами, которые так обзавелись несколькими спутниками с необычными орбитами. Многие объекты были заброшены в пояс Койпера. Бессчетное количество объектов – может быть, триллион – были изгнаны еще дальше, в облако Оорта, огромный кокон из комет, окутывающий Солнечную систему и достигающий половины расстояния до ближайшей звезды.

    Множество комет во внутренней области Солнечной системы врезались в планеты или распались под воздействием солнечного тепла.

    Тем временем миграции планет-гигантов взбаламутили также пояс каменных астероидов между Юпитером и Марсом. Разлетающиеся астероиды совместно с кометами из внешних областей породили Позднюю тяжелую бомбардировку. Недавно космический аппарат НАСА GRAIL заснял картину тяжелых последствий этого и других космических обстрелов Луны на ранних этапах ее истории: вся лунная кора покрылась глубокими разломами. Земле наверняка досталось еще больше, однако движение литосферных плит загладило кратеры. Живые организмы, если таковые уже существовали, могли уцелеть только глубоко под землей.

    Худший период Поздней тяжелой бомбардировки продолжался, как показывает модель группы Левисона, менее ста миллионов лет. Однако недавняя работа Билла Боттке из Юго-Западного исследовательского института позволяет предположить, что последующие столкновения прервали развитие жизни на длительный срок – до двух миллиардов лет. Когда астероид врезается в Землю, в атмосферу выбрасываются крошечные капли расплавленного камня, которые позже выпадают в виде дождя из твердых, гладких бусинок, называемых сферулами. Залежи сферул, которые образовались после падения на Юкатан астероида размером десять километров в поперечнике, приведшего к вымиранию динозавров, находили по всему миру. На сегодня найдено около десятка похожих залежей сферул, образовавшихся 1,8–3,7 миллиарда лет назад.

Примерно 3,8 миллиарда лет назад с Землей случилась катастрофа, которую ученые называют Поздней тяжелой бомбардировкой. Загадочный дождь из астероидов и комет изрешетил нашу планету. Жизнь тогда могла бы сохраниться только под поверхностью. (Источники: Стивен Моджзсис, Университет Колорадо/Институт селенологии НАСА; Уильям Боттке, Юго-западный исследовательский институт) http://nat-geo.ru/article/4039-zemlya-pod-udarom/photo/16637/

    Компьютерные модели группы Боттке показывают, что эти врезавшиеся в Землю пришельцы являлись из ныне не существующего внутреннего обода кольца астероидов, который продолжал терять астероиды еще два миллиарда лет, после того, как его потревожил Юпитер. По мнению Боттке, в Землю могло врезаться до 70 астероидов, каждый из которых был сравним по размерам с тем, что уничтожил динозавров.

    «И все-таки в Солнечной системе еще более или менее спокойно по сравнению с тем, что творится в других местах, – убежден Гарольд Левисон. – Должно быть, такое спокойствие необходимо для появления обитаемой планеты».

    Реально ли повторение этого апокалипсиса? «Модель Ниццы» – гипотеза, и далеко не все ученые убеждены в ее истинности. Сегодня все согласны в том, что планеты, по крайней мере некоторые, мигрировали, но привело ли это к катастрофической судороге в масштабе всей Солнечной системы, остается предметом споров. Обломки комет вроде Инти наверняка выбрасывались на обочину системы, но планеты могли сдвигаться и более мирно.

    Ключевую роль в определении истинности «модели Ниццы» должна сыграть картография. Составление карт состава и орбит далеких небесных тел выявит, зашвырнули ли их туда, где они сейчас находятся, и если да, то как именно это произошло. Алан Стерн из Юго-Западного исследовательского института возглавляет проект НАСА New Horizons («Новые горизонты»), в рамках которого беспилотный космический зонд в июле 2015 года пролетит мимо Плутона и пяти его известных нам лун. Стерн надеется, что оттуда New Horizons удастся перенаправить так, чтобы он смог исследовать хотя бы один объект из пояса Койпера.

    Новые телескопы, строительство которых запланировано на следующее десятилетие, покажут гораздо больше объектов из пояса Койпера. Кроме того, они смогут заглянуть в облако Оорта, которое Стерн называет чердаком Солнечной системы. Среди обломков, выброшенных Юпитером, там могут оказаться целые потерянные планеты. «Я думаю, облако Оорта снесет нам крышу, – говорит Стерн. – Оно окажется нашпигованным планетами. Я убежден, что мы найдем там множество Марсов и Земель».

http://nat-geo.ru/files/solarsystem3_1375708916.jpg

    А что ждет известные нам планеты? Ученые убеждены, что четыре планеты-гиганта закончили блуждания и останутся на нынешних орбитах еще пять миллиардов лет, пока Солнце не разбухнет и не поглотит внутренние планеты.

    Но существует один процент вероятности, что внутренняя область Солнечной системы однажды в течение ближайших пяти миллиардов лет потеряет стабильность. Причина – странная связь между Юпитером и Меркурием. Когда максимальное приближение Юпитера к Солнцу совпадает с определенным положением Меркурия, Юпитер оказывает на Меркурий небольшое, но устойчивое гравитационное воздействие. Это создает вероятность (один шанс из ста), что за миллиарды лет Меркурий однажды пересечет орбиту Венеры…» (Роберт Иэрион «Земля под ударом». «National Geographic», Июль 2013). http://nat-geo.ru/article/4039-zemlya-pod-udarom/part/full/

Как устроена Вселенная? / Серия 7. Солнечные системы / Solar Systems» 

    Our Solar System

    «In the new story of the solar system, the future is a bit dicey, and it all began in chaos.

    The dust speck had been plucked from the tail of a comet more than 200 million miles away. Now, under an electron microscope in a basement lab at the University of Washington, its image grew larger, until it filled the computer screen like an alien landscape. Zooming in on a dark patch that looked like a jagged cliff, Dave Joswiak upped the magnification to 900,000. The patch resolved into tiny, jet-black grains. “Some of these guys are only a couple of nanometers in size - that’s amazingly small,” Joswiak said. His tone was reverent. “We think this is the primordial, unaltered material that everything formed from in the solar system.”

    The dust speck has a name: Inti, for the Inca god of the sun. It probably spent nearly all of the past 4.5 billion years in a deep freeze beyond Neptune, inside the comet Wild 2 (pronounced VILT-two). Decades ago Wild 2 somehow got nudged into an orbit that drew it in past Jupiter, where it began to disintegrate in the sun’s heat. In January 2004 a NASA spacecraft called Stardust zipped past Wild 2 and snared thousands of dust specks with a trap made of aerogel - a puffy, glassy material that looks like frozen smoke. Two years later a capsule carrying this delicate cargo parachuted into the Utah desert. The Stardust team teased the specks from the gel, stuck them in their electron microscopes, and stared back at the birth of our solar system. They were stunned by what they saw.

    Scientists have long known that the planets, comets, and other bodies orbiting the sun were born, some 4.5 billion years ago, from a spinning disk of dust and gas called the solar nebula. They’ve long assumed that things formed more or less where they orbit now. In the frigid realm beyond Neptune, the material available for making comets would have been a mix of ice and fluffy, carbon-rich dust. But Inti’s dark grains contained exotic minerals - hardy bits of rock and metal such as tungsten and titanium nitride that could only have been forged near the newborn sun, at temperatures of more than 3000 degrees Fahrenheit. Some violent process must have hurled them into the outer solar system.

    “We were dumbfounded,” says Donald Brownlee, head of the Stardust team and Joswiak’s boss. “It was astounding to find these highest-temperature materials in the solar system’s coldest bodies. The solar system was literally turning itself inside out.”

    When most of us were growing up, the solar system seemed reliable and well behaved. “There were nine planets orbiting in well-determined orbits like clockwork, forever,” says Renu Malhotra of the University of Arizona. “Forever in the past, and forever in the future.” Planetarium displays and the lovely mechanical devices called orreries embodied this idea, which went back to Isaac Newton. In the late 17th century Newton showed that a planet’s orbit could be calculated from its gravitational interaction with the sun. Soon clockmakers were building increasingly elaborate orreries, with brass planets that circled the sun on unchanging pathways.

    Newton himself knew that reality was messier. The planets, he recognized, must also interact with one another. Their gravitational tuggings are far weaker than those of the sun, but over time they affect the paths of neighbors. As a result, as Brownlee puts it, “there’s no such thing as a circular orbit.” In principle the relentless pull of gravity can amplify these small deviations until orbits migrate, cross, or otherwise go haywire. Newton concluded that God must step in from time to time to fix the clockwork. But he couldn’t say when. Even he who invented calculus was defeated by the “n-body problem”: He had no formula for calculating into the distant future the orbits of multiple bodies that were all pulling on one another.

    In practice no one saw evidence that planetary orbits had ever changed. So the clockwork solar system stuck with us - enduringly stable, it seemed, even without fixes from the Creator.

    But a far more dramatic view has arisen in the past decade or so. While the findings from Stardust indicate the solar system was turned inside out during infancy, many scientists now think it also went through a raucous adolescence: Hundreds of millions of years after they formed, the biggest planets swept into new orbits, casting large rocks and comets every which way. In this view the scarred surface of the moon is lingering testimony to a period of epic mayhem.

    “Who would have thought the giant planets might move, that the entire layout of the solar system could change?” says Alan Stern of the Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. Some signs were there, Stern says. But it took new telescope surveys to reveal them, along with “digital orreries”—clever algorithms that apply brute computing power to calculating the past and future orbits of the planets.

    The first clue came from Pluto. The oddball of the solar system, it dips far above and below the pancake-like plane in which the eight planets travel; it swoops on an elongated orbit that takes it from 30 to 50 times Earth’s distance from the sun. But the most curious thing about Pluto is its bond with Neptune. It’s called a resonance: For every three times that Neptune orbits the sun, Pluto orbits twice, and in such a way that the bodies never approach each other.

     In 1993 Renu Malhotra figured out how that exact synchrony could have evolved. She proposed that when the solar system was young and full of asteroids and comets, Neptune was closer to the sun. If one of those bodies approached Neptune, the planet’s powerful gravity might either fling the object closer to the sun or out of the solar system entirely, in a cosmic version of crack the whip. Because action begets reaction, Neptune’s orbit would shift a tiny bit too. A human, even a Newton, could never calculate the effect of trillions of such interactions - but Malhotra’s computer model showed that on average they would compel Neptune to migrate away from the sun. In her scenario, that led it to “capture” Pluto, which was already farther out, and sweep it into gravitational lockstep.

    Her colleagues were doubtful, but Malhotra was proved right within a decade. In the Kuiper belt, a dark region extending far beyond Neptune, telescopes unveiled bunches of Plutinos - icy dwarf worlds that have the same two-to-three resonance with Neptune. That could only have happened, says Malhotra, if Neptune had advanced toward the Kuiper belt like a gravitational snowplow, piling up dwarf planets into new orbits. “Once the Plutinos were discovered, it was a slam dunk,” she says. “Planet migration practically became a textbook idea.”

    The notion of migrating planets came along at a time when planetary scientists were puzzled by several other features of the solar system. By the early 2000s they had long since realized that the birth pangs of the solar system had been violent. The planets had not condensed gently from the solar nebula; instead they had grown to full size by absorbing planetesimals - rocky asteroids, icy comets, and larger objects - that smashed into them at high speed. According to one theory, the moon coalesced from the spray of molten rock that was blasted into orbit when a body the size of Mars collided with Earth. All this probably happened in the first 100 million years. 

OUR MOON IS BORN

The birth of the planets 4.5 billion years ago was extremely violent. They grew to full size by absorbing rival planet embryos in a series of titanic collisions—one of which probably gave Earth its moon (below). The moon’s large size, low density, and other features suggest that it emerged from an explosion of debris after a Mars-size proto-planet struck Earth, vaporizing itself and part of Earth’s rocky mantle (left). According to one recent hypothesis, the moon had a little sister at first. (ART BY DANA BERRY; SOURCE: ROBIN CANUP, SWRI). http://ngm.nationalgeographic.com/2013/07/125-solar-system/image-gallery#/7

    The puzzle was that the extreme violence didn’t end then. Many hundreds of millions of years later, the moon suffered a series of major impacts that left it permanently scarred with huge craters. This so-called Late Heavy Bombardment would have pounded Earth even more viciously. Scientists had no good explanation for what sparked it, since by the time it happened, the planets had swept their orbits mostly clean of debris.

    Telescopes were unveiling a similar enigma in the Kuiper belt. Besides Plutinos, it was littered with bodies on wildly different orbits. Some of the bodies were grouped in a flat disk, some in a puffy doughnut-shaped cloud; others were on orbits even more crazily eccentric (the technical term for elongated) than Pluto’s. “It looked like a train wreck,” says Harold Levison, Stern’s colleague at the Southwest Research Institute. The smooth outward migration of Neptune that Malhotra had used to explain the Plutinos would not have strewn debris so widely.

    Meanwhile, astronomers had started to discover planets around other stars - and to radically expand their notions of what’s possible in a planetary system. Hundreds of extrasolar planets have now been detected. Some are in tightly bunched orbits, much closer together than the planets in our solar system. Some are Jupiter- or Neptune-size worlds that race on insanely hot orbits close to their suns. Others loop deep into space on weird trajectories - on average the orbits of extrasolar planets are more eccentric than those in our solar system. Some planets even float freely in interstellar space.

    None of this is what you would expect from planets that were born in a spinning disk around a star and stayed quietly in their birthplace. That process should produce well-spaced, near-circular orbits, like the ones in the brass orreries. Clearly many planets had migrated, but smooth migrations didn’t seem to account for extreme orbits and late bombardments, at least not to Levison. He began to suspect that our solar system’s history had been anything but smooth - that it had somehow endured a “global gravitational instability,” as he now calls it. In 2004 he gathered with three colleagues on sabbatical in Nice, France, to try to work out how.

    Levison, who goes by “Hal,” is a burly man with thin, graying hair pulled back into a ponytail and an untamed Santa-style beard. He’s both serious and impish; his Boulder office contains lush old illustrations of planetary orbits, an Albert Einstein action figure, and a model of Gort, the robot from The Day the Earth Stood Still. He’s fond of giving provocative talks and will sometimes wear a catcher’s mask to ward off brickbats from the audience. “What I’m going to say is really absolutely crazy,” he said at the start of a recent seminar. “If we publish this, my career might be over.” He could have made the same remark back in 2004 about what is now called the Nice model - the hypothesis that he and his colleagues, including Alessandro Morbidelli of the Côte d’Azur Observatory in Nice, developed on the basis of dozens of computer simulations.

    In essence Levison’s team proposed that our solar system’s four giant planets - Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune - had started out much more closely packed together, on nearly circular orbits, with the latter three closer to the sun than they are now. Early on they were embedded in the disk-shaped solar nebula, which was still full of icy and rocky debris. As the planets absorbed those planetesimals or flung them away after close encounters, they cleared gaps in the disk.

DISTURBING THE GIANTS

The Late Heavy Bombardment of Earth may have resulted from a dramatic disturbance of planetary orbits. That led Neptune (foreground) and Uranus to disrupt a belt of comets, and Jupiter the asteroid belt. According to the Nice model (named for the French town where it was conceived), Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune had been born close together in the solar nebula, a disk-shaped cloud littered with rocky and icy debris. As the four giants’ strong gravity sucked in or slung away such debris, their own orbits slowly shifted—until they hit a tipping point. http://ngm.nationalgeographic.com/2013/07/125-solar-system/image-gallery#/2

    Because the planets were also tugging on one another, the whole system was fragile - “almost infinitely chaotic,” Levison says. Instead of each planet being linked only to the sun by a brass arm, it’s as if they were all linked by gravitational springs as well. The most powerful one linked the two biggest bodies, Jupiter and Saturn. A yank on that spring would jolt the whole system.

    And that, the team believes, is what happened when the solar system was about 500 million to 700 million years old. As the planets interacted with planetesimals, their own orbits shifted. Jupiter moved slightly inward; Saturn moved slightly outward, as did Uranus and Neptune. Everything happened slowly - until at a certain point Saturn was completing exactly one orbit for every two of Jupiter’s.

    That one-to-two resonance wasn’t stable like the one between Neptune and Pluto; it was a brief, vigorous yank on the spring. As Jupiter and Saturn approached and pulled each other repeatedly at the same point in their orbits, those near-circular orbits were stretched into the ellipses we see today. That soon ended the precise resonance, but not before Saturn had moved close enough to Uranus and Neptune to accelerate them. Those two planets hurtled violently outward. In about half the Nice team’s simulations, they even swapped places.

    As Uranus and Neptune plowed through zones of the solar system that were still full of icy planetesimals, they triggered a devastating cascade. Ice balls were catapulted in all directions. The giant planets captured a few as oddly orbiting moons. Many objects, perhaps including the comet Wild 2, were scattered into the Kuiper belt. An untold number - perhaps a trillion - were banished even farther to the Oort cloud, a vast cocoon of comets reaching halfway to the next star. A lot of comets were also hurled into the inner solar system, where they crashed into planets or fell apart in the heat of the sun.

    Meanwhile the giant-planet migrations also disrupted the rocky asteroid belt between Jupiter and Mars. Scattering asteroids joined comets from farther out to create the Late Heavy Bombardment. A recent NASA mission called GRAIL documented how badly our moon suffered then and earlier in its history: Its entire crust was deeply fractured. Earth would have caught even more flak, but shifting tectonic plates have erased the craters. Any early life could only have survived deep underground.

    The worst of the Late Heavy Bombardment was over, according to the Nice model, in less than 100 million years. But recent work by Bill Bottke of the Southwest Research Institute suggests that ongoing impacts may have disrupted life for up to two billion more years. When an asteroid slams into Earth, tiny droplets of molten rock are lofted high into the atmosphere, and they later rain out as solid, glassy beads called spherules. Deposits of spherules from the six-mile-wide asteroid that hit the Yucatán some 65 million years ago, wiping out the dinosaurs, have been discovered all over the world. So far at least a dozen comparable spherule beds have been found that date from a series of impacts between 1.8 billion and 3.7 billion years ago.

    The computer simulations by Bottke’s team trace the source of those impacts to a now vanished inner rim of the asteroid belt, which shed asteroids for two billion years after Jupiter disturbed it. According to Bottke, as many as 70 may have struck Earth, each comparable to the one that extinguished the dinosaurs.

    “Solar system evolution is dynamic,” Levison says. “It’s violent. Our solar system is probably on the mild side compared with what happens elsewhere. You probably need that mildness in order to have a habitable planet.”

    The Nice model is a hypothesis, and not all scientists are convinced it’s true. Everyone now agrees that at least some planets migrated, but whether that set off a violent solar-system-wide paroxysm is up for debate. “It’s a fascinating concept,” says Donald Brownlee. “It must happen in places, around other stars. Whether or not it happened here, we don’t know for sure.” It’s clear that comet particles like Inti were blasted outward from near the sun, he says, but the planets may have shifted more gently.

    The key to testing the Nice model is mapmaking. Charting the composition and orbits of distant objects should reveal whether and how the planets cast them there. Stern is leading a NASA mission called New Horizons that will send an unmanned probe past Pluto and its five known moons in July 2015. From there Stern hopes to redirect New Horizons to examine at least one other body in the Kuiper belt.

    Powerful new telescopes planned for the next decade will expose far more objects in the Kuiper belt. They may also peek into the Oort cloud, which Stern calls the solar system’s attic. The debris cast there by Jupiter may include some lost planets. “I think the Oort cloud will blow our minds,” says Stern. “It will be littered with planets. I think we’ll find lots of Marses and Earths out there.”

THE SOLAR SYSTEM’S ATTIC

During the early chaos of the solar system, Jupiter is thought to have flung trillions of comets and perhaps a few planets into deep space. Only lightly bound to the sun, they now form a spherical cloud, called the Oort cloud, around the solar system we know. In this view from the cloud, the sun and its familiar retinue are a small, bright swirl, and an undiscovered planet looms in the foreground. A new telescope being developed in Chile might reveal such planets. http://ngm.nationalgeographic.com/2013/07/125-solar-system/image-gallery#/10

    What about the future of the planets we know? Forecasting the solar system is like forecasting the weather. There’s so much randomness in the system, says theorist Greg Laughlin of the University of California, Santa Cruz, that the forecast - as well as any historical reconstruction - has to be given in probabilities. Scientists are as certain as they can be that the four giant planets have finished wandering and will still be on the same orbits five billion years from now, when the aging sun is expected to balloon outward and engulf the inner planets. It’s a little bit less certain that the inner planets - Mercury, Venus, Earth, and Mars - will still be around to die that way.

    “There is a one percent chance the inner solar system will go dramatically unstable during the next five billion years,” says Laughlin. The problem is a weird long-distance connection between Jupiter and Mercury. When Jupiter’s closest approach to the sun lines up with Mercury’s noticeably squashed orbit in just the right way, Jupiter exerts a slight but steady tug. Over billions of years this gives Mercury a 1-in-100 chance of crossing the orbit of Venus. There is a further 1-in-500 chance that if Mercury goes nuts, it will also perturb the orbit of Venus or Mars enough for one of them to hit Earth—or miss it by several thousand miles, which would be almost as bad. “The entire Earth would get stretched and melted like taffy,” says Laughlin, eagerly demonstrating with his hands.

    That faint risk of apocalypse - a 1-in-50,000 chance that the Earth will succumb to orbital chaos before the sun incinerates it - is our legacy of the solar system’s youth, when it turned inside out. “If you give gravity enough time,” says Levison, “it will do stuff like this.”» (By Robert Irion. Published: July 2013). http://ngm.nationalgeographic.com/2013/07/125-solar-system/irion-text

    Темы блога «Артефакт». «Тайная история Солнечной системы»

    [Последние изменения внесены 21 октября 2015 года]

    Файл 7-Б. «Солнечная система - уникальна?» http://artefact-2007.blogspot.ru/2015/06/1-7.html .