Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, возможно, заняли свои нынешние орбиты после редкого космического события — близкого пролета таинственного блуждающего объекта. К такому выводу пришли ученые, пытаясь объяснить один из самых больших вопросов планетологии: что вызвало нестабильность гигантских планет в молодой Солнечной системе. Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.

Согласно современным представлениям, планеты-гиганты сформировались гораздо ближе друг к другу и к Солнцу, а затем их орбиты резко изменились, сместившись на нынешние позиции. Этот древний хаос объясняет множество современных загадок: от странных орбит троянских астероидов Юпитера до структуры далекого пояса Койпера. Судя по данным метеоритов, катастрофа произошла в первые 5–20 миллионов лет жизни системы. Но ее причина оставалась неизвестной.

Группа астрофизиков из Лаборатории астрофизики Бордо (Франция) и Института планетологии (США) проверила новую гипотезу. Они провели 3000 компьютерных симуляций, чтобы увидеть, мог ли гравитационный «толчок» со стороны пролетающего объекта вызвать такие изменения. Молодое Солнце, как и другие звезды, родилось в плотном скоплении, где близкие пролеты были вполне вероятны.

Изначально в моделировании  планеты-гиганты находились в устойчивой конфигурации, которая сама по себе могла сохраняться более 100 миллионов лет. Затем ученые «запускали» в систему одиночный пролетающий объект на разных дистанциях и с разными скоростями.

Результаты показали, что для успешного сценария, который приводит к системе, похожей на нашу, нужны особые условия.

• Объект должен быть не слишком массивным — от 3 до 30 масс Юпитера. Это относит его к классу коричневых карликов или свободно блуждающих планет-изгоев.
• Он должен пройти достаточно близко — примерно в 20 астрономических единицах от Солнца (для сравнения, Уран находится в 19 а.е.). 
• Столкновение должно быть «золотой серединой» — слишком сильное уничтожает систему, а слишком слабое не оставляет следа.

Лишь около 1% симуляций (20 из 3000) смогли воспроизвести современные орбиты гигантов и при этом сохранить «холодный классический пояс Койпера» — реликтовую область за Нептуном, чьи нетронутые орбиты служат индикатором силы древних потрясений.

«Вероятность такого события в значительной степени зависит от того, сколько в молодом скоплении было свободно плавающих планет и коричневых карликов, — отмечают авторы. — Современные наблюдения показывают, что их может быть больше, чем считалось». 

Если их количество занижено всего в четыре раза, то вероятность нужного пролета возрастает с 1% до 5%, делая сценарий более реалистичным.