В любом случае, обе дальние планеты нашей системы после этих коллизий стали обращаться по очень вытянутым, эллиптическим орбитам, так и норовя забраться в это ледяное скопление глыб и взбаламутить его. В течение короткого времени они вымели оттуда все глыбы, и тогда град метеоритов устремился на планеты, расположенные в окрестности Солнца. Лишь после этого орбиты планет-гигантов, теперь уже не испытывавших гравитационных возмущений, постепенно сгладились — стали почти круговыми.
Около 3,7 миллиарда лет назад положение планет Солнечной системы, наконец, стабилизируется. Впрочем, теперь они находятся значительно дальше от Солнца, нежели в ту пору, когда наша планетная система только формировалась.
Архитектурное наследие эпохи «бури и натиска»
И все-таки прежняя гармония не вернулась. Тот же Юпитер то приближается к Солнцу на расстояние 741 миллион километров, то удаляется от него на 816 миллионов километров. Немного не совпадают и плоскости, в которых располагаются орбиты гигантских планет. Максимальный угол между этими плоскостями составляет 2 градуса. «Это, конечно, не так много, — отмечает Морбиделли, — но все же существенно больше, чем ожидалось».
«Модель Ниццы» многое объясняет в архитектуре Солнечной системы. Вот несколько примеров.
В окрестности Юпитера обретаются десятки тысяч астероидов — так называемые «троянцы». Ранее астрономы считали, что они образовались одновременно с ним. Однако Морбиделли и его коллеги предположили, что эти планетки были захвачены Юпитером в эпоху «смуты», которая охватила Солнечную систему около 4 миллиардов лет назад. Сформировались же они в разных областях нашей планетной системы. В самом деле, некоторые из троянцев, скорее, напоминают кометы; другие же практически не содержат ни воды, ни органических веществ. Кроме того, орбиты некоторых троянцев наклонены под углом 40 градусов к плоскости орбиты Юпитера, а это тоже хорошо согласуется с «моделью Ниццы».
Многие спутники планет-гигантов обращаются, вопреки правилам, в обратном направлении. Сейчас их насчитывается уже порядка сотни. Если «нормальные» спутники чаще всего возникали вместе со своими планетами, то «ретрограды» пленены ими. В 2007 году американский астроном Дэвид Несворны показал, что подобный захват возможен, когда две планеты вплотную сближаются друг с другом. Но из «модели Ниццы» явствует, что и Юпитер, и Сатурн когда-то оказывались рядом с Ураном или Нептуном.
По ту сторону орбиты Нептуна начинается пояс Койпера. Он включает такую крупную планету, как Плутон диаметром около 2300 километров. Расчеты показывают, что масса пояса Койпера слишком мала, чтобы там могли сформироваться подобные планеты. «Модель Ниццы» помогает разрешить и эту проблему. Согласно ей, пояс Койпера представляет собой жалкий остаток того огромного пояса планетезималей, который был почти уничтожен Ураном и Нептуном. Общая его масса в тысячи раз превышала массу пояса Койпера.
И еще один любопытный аспект «модели Ниццы». Она лишний раз свидетельствует, насколько случайным было возникновение Солнечной системы в том виде, в каком она существует. Исследователям было достаточно лишь немного изменить начальные условия этой «задачи», как они получали очень странные результаты. Планеты то обращались по необычайно вытянутым орбитам, больше напоминавшим траектории комет, то начинали двигаться вокруг Солнца в обратном направлении, то их орбиты неизменно оставались в резонансе друг с другом. И именно такие — экзотические — планетные системы астрономы обнаруживают, наблюдая за отдаленными звездами, увеличилась, согласно расчетам, на 200 квадриллионов тонн. За прошедшие после этого 3,8 миллиарда лет Земля потяжелела лишь на 200 триллионов тонн (1 квадриллион равен 1000 триллионов).
Однако результат, полученный Марти и Мейбомом в 2007 году, противоречит расчету, который проделал ранее бразильский ученый Родни Гомеш. В статье, опубликованной им в 2005 году на страницах журнала Nature, говорится, что космические «бомбы» делились тогда примерно поровну на астероиды и кометы. Подтверждением служат компьютерные модели, составленные им.
Великая космическая бомбардировка. Дубль два
В 2009 году космический телескоп «Спитцер» обнаружил в окрестности звезды HR 8799 молодую планетную систему, где протекают те же бурные процессы, что наблюдались, согласно «модели Ниццы», около 4 миллиардов лет назад в окрестности Солнца. Возникла эта система, состоящая, по крайней мере, из трех планет, которые в десять с лишним раз крупнее Юпитера, совсем недавно. В ее центральной части телескоп «Спитцер» приметил вращающееся газопылевое облако. Оно было необычайно большим, отметили исследователи из Аризонского университета. Они предположили, что это облако постоянно подпитывается мелкими крупицами, образующимися при столкновении таких объектов, как кометы и астероиды. Очевидно, гравитационные возмущения, вносимые планетами-гигантами, так велики, что небольшие небесные тела то и дело отклоняются от своих орбит, сшибаясь друг с другом. Как полагают астрономы, планеты-гиганты в этой планетной системе до сих пор еще не заняли своих окончательных орбит и хаотично блуждают в окрестности звезды, стремясь обрести равновесие.
Первая рана Земли
У нашей планеты была бурная молодость. В ту пору множество метеоритов буквально изрешетили ее поверхность, но до сих пор считалось, что все следы тех катастроф давно изгладились. Различные тектонические и эрозионные процессы стерли раннюю летопись Земли. Так что, нам известны лишь сравнительно недавние примеры метеоритной угрозы — они относятся уже к эпохе, когда метеориты были не такими большими.
Однако летом 2012 года пришла неожиданная весточка из прошлого. На юго-западе Гренландии были обнаружены характерные признаки кратера, образовавшегося около трех миллиардов лет назад. Он почти на миллиард лет старше кратера Фреде — форт в Южной Африке, который удерживал ранее рекорд.
Чтобы отыскать эти признаки, потребовалось поистине детективное расследование в духе Шерлока Холмса, длившееся около трех лет. Его участникам пришлось поочередно исключить всех «подозреваемых» — любые геологические события, которые могли бы объяснить происхождение некоторых необычных образцов пород. И тогда стал очевиден преступник: метеорит.
Фраза «характерные признаки» прозвучала не случайно. Когда-то здесь впрямь находился кратер диаметром от 500 до 600 километров, самый большой кратер на Земле, известный науке. Сейчас этот рекорд принадлежит кратеру Фредефорт. Его диаметр составляет 300 километров.
Всего на сегодняшний день на нашей планете обнаружен 178 кратер, образовавшийся после падений метеоритов. Но как получилось, что самый громадный кратер до сих пор оставался неизвестным? Все объясняется просто. За минувшие три миллиарда лет он был полностью уничтожен. Лишь по отдельным признакам — после трех лет кропотливой работы — ученые сумели доказать, что здесь располагался кратер.
В ту пору юго-западное побережье современной Гренландии представляло собой вулканический архипелаг — цепочку островов, своими очертаниями напоминавшую Японию. Возможно, метеорит упал не на сушу, а в море, рядом с одним из островов, ведь породы, исследованные учеными, носят следы специфических изменений. Когда-то они были залиты кипящей водой, очевидно, захлестнувшей сушу после падения каменной громады, прилетевшей из космоса. Просачиваясь вглубь земли, морская вода растворяла некоторые материалы и выносила их на поверхность, где они вновь выпадали в осадок.