Современная Солнечная система — сама безмятежность: из года в год планеты вращаются вокруг Солнца на своих стабильных орбитах, и мы можем на десятилетия вперед предсказывать их поведение. Но так было не всегда. Это спокойствие, по-видимому, возникло только после гладиаторского периода планетарных столкновений, когда космические титаны сшибались друг с другом, возможно, полностью изгнав с арены по крайней мере одного своего крупного соперника.

Исследователи потратили годы на изучение Солнечной системы в поисках ключей к разгадке того, как могла закончиться эта сравнительно хаотическая эпоха. В небольшом скоплении далеких космических булыжников Дэвид Несворный, ученый-планетолог из Юго-Западного исследовательского института, обнаружил своеобразное «пятно крови», свидетельствующее об одном конкретном конфликте: схватке между Нептуном и неизвестной планетой, в результате которой Нептун вышел победителем. Его анализ, опубликованный в конце декабря на сервере предварительных статей, вносит дополнительную поддержку в теорию о том, что наша Солнечная система когда-то была домом для большего количества планет, чем мы видим сейчас.

Один из способов узнать о событиях, произошедших более четырех с половиной миллиардов лет назад — это изучить нынешнюю коллекцию каменистых и ледяных мирков, известную как пояс Койпера. Начинаясь около орбиты Нептуна и простираясь на многие миллиарды километров вглубь космоса, эти замороженные объекты миллионами лет занимались своими делами, не обращая внимания на большинство планетарных драматических разборок, храня в себе тайны со времен образования Солнечной системы.

В итоге Несворный сосредоточился на одной конкретной группе из десятков объектов пояса Койпера, обнаруженных за последнее десятилетие или около того. Их пути проходят через самые отдаленные области нашей планетарной системы, но, что действительно делает их особенными, так это то, что их орбиты отклоняются примерно на десять градусов за пределы плоского диска Солнечной системы — признак того, что что-то их туда вытолкнуло. «Если у вас есть определенная орбита, трудно изменить ее наклон, особенно сразу у нескольких объектов», — говорит Несворный.


За пределами Нептуна Солнечная система и близко не кончается.

По словам Натана Кайба, ученого-планетолога из Университета Оклахомы, который не участвовал в новом исследовании, чтобы заставить скопления булыжников изменить свои орбиты и переместиться на край Солнечной системы, моделирования показали, что требуется серьезное гравитационное влияние от большой планеты.

Ближе всего к поясу Койпера находится Нептун, на который и пали все подозрения. Но, как мы знаем, эта гигантская планета точно синхронизируется со многими другими объектами пояса Койпера, в том числе и с Плутоном. Эта синхронизация возникает из-за тонких гравитационных толчков Нептуна, однако они же помешали бы Плутону обзавестись спутниками — а ведь, как мы знаем, у него их целый рой.

В итоге, как выяснили исследователи еще в конце прошлого века, Нептун, скорее всего, сформировался на 10-20 процентов ближе к Солнцу, и уже позже занял свою орбиту. Тем самым он не помешал сформироваться «Плутону и его друзьям», а лишь вошел с ними в орбитальный резонанс, иными словами — синхронизировал орбиты. 

Но как целая гигантская планета, такая как Нептун, могла «переехать»? Одна из первых идей заключалась в том, что он плавно вращался по все удлиняющейся спирали в результате регулярных столкновений с небольшими объектами во время Поздней тяжелой бомбардировки около 4 млрд лет назад.


Нептун отлично синхронизирован с объектами пояса Койпера.

Собственно, эта теория кажется складной — тогда и Земле «прилетело» от объекта размером с Марс, в результате чего обломки столкновения сформировали Луну. Проблема тут лишь в том, что для «буксировки» Нептуна, который в 17 раз тяжелее нашего голубого шарика, в глубину Солнечной системы, понадобится прямое попадание с десятка таких объектов величиной с Марс, что выглядит малореальным. 

И теперь новую теорию предложил Несворный, изучив те самые отклоненные объекты пояса Койпера. По его расчетам, Нептун действительно отвественен за эту странность, если он двигался наружу Солнечной системы по орбите, переходящей из круга в более сжатый эллипс. При других сценариях эта группа далеких булыжников просто не располагалась бы в нужном месте с правильным наклоном.

Но, чтобы заставить Нептун достаточно резко поменять свою орбиту, потребовалось серьезное гравитационное потрясение — вероятно, непрямое столкновение с другой планетой, возможно, сопоставимой массы. И работа Несворного в этом плане не первая: хватает исследований, предполагающих, что в ранней Солнечной системе изначально было больше планет-гигантов, чем текущие Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Глядя на утыканную кратерами планеты и спутники Солнечной системы, многие из которых появились как раз во время Поздней бомбардировки, сценарий потери планет не кажется фантастическим. «Если у вас есть нестабильность, у вас гораздо больше шансов потерять планеты, чем сохранить их все», — говорит Кайб.


Орбиты некоторых объектов в поясе Койпера связаны не только с Нептуном — они намекают и на гравитационное влияние Девятой планеты.

В итоге, когда Несворный запустил симуляцию гипотетической версии Солнечной системы с третьим ледяным гигантом (помимо Урана и Нептуна), все сошлось. Если загадочная гигантская планета в прошлом сталкивается или проходит очень близко с Нептуном, то орбита последнего растягивается по мере своего движения, заставляя его уходить дальше от Солнца, тем самым давая части объектов пояса Койпера их характерный наклон.

Разумеется, это косвенные доказательства, которые, однако, наводят на размышления. «Это наука», — говорит Несворный. «Никогда не знаешь наверняка, что происходило миллиарды лет назад, но для меня это достаточно убедительно».

Симуляция также показала, что, поскольку Нептун пережил столкновение, дополнительный ледяной гигант, вероятно, получил серьезный импульс и был или оттеснен очень далеко, на край Солнечной системы, или вообще был выброшен из нее, чтобы блуждать во тьме Млечного Пути, став очередной планетой-сиротой. Однако, если сработал первый сценарий и он не получил достаточного толчка, чтобы полностью освободиться от гравитации Солнца, он мог бы остановиться, возможно, в 30 раз дальше от нашей звезды, чем Нептун сегодня — именно там, где некоторые астрономы предсказали нахождение невидимой Девятой планеты.

По словам Кайба, сильно надеяться на это не стоит: симуляция показала, что шанс остановиться «выкинутой» планете в нужной области лишь около 5%. Несворный же говорит, что цель его работы — это не сколько доказательство существования Девятой планеты, сколько обеспечение лучшего понимания возможных столкновений между молодыми планетами, в чем нам может помочь более детального картирование внешних границ Солнечной системы. Эта задача станет основной целью будущего Большого обзорного телескопа, который должен заработать в следующем году. Он должен помочь ученым лучше разобраться в поясе Койпера — и, возможно, даже поспособствует открытию Девятой планеты.