Интересные факты о прошлом Солнечной системы (часть 2)

Продолжение рассказа о том, какой была наша Солнечная система в незапамятные времена.  Первую часть обзора можно прочесть здесь.

 

Газовые гиганты находились на других местах

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Долгие годы астрономы считали данную последовательность планет-гигантов и их местоположение неизменными последние 4.5 миллиарда лет. Однако, по мере накопления данных о механизме формировании планет и протопланетных дисках, ученым стало понятно, что в только что сформировавшейся Солнечной системе большие планеты никак не могли занимать те места, на которых они располагаются сейчас.

В середине 2000-х годов был опубликован целый ряд исследований, которые наглядно продемонстрировали, что в ранней Солнечной системе газовые гиганты располагались отнюдь не на своих привычных местах и даже не в привычной последовательности. Результаты всех работ по эволюции Солнечной системы ныне сведены в т.н. «модель Ниццы». И, хоть как и у любой другой теоретической работы, у нее имеются свои пробелы, в настоящее время предложенный ею сценарий миграции газовых гигантов принимается научным сообществом как наиболее адекватно описывающий возникновение привычной нам Солнечной системы.

Итак, согласно модели, сразу после своего формирования Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран находились намного ближе к Солнцу и друг другу, вращаясь на круговых орбитах, отстоящих на 5,5–17,0 а. е. от центра Солнечной системой. За ними, примерно на той орбите, где сейчас располагается Нептун, находился большой протопланетный диск из каменных и ледяных планетезималей.

Однако через несколько сотен миллионов лет Юпитер и Сатурн вошли в орбитальный резонанс, что привело к увеличению эксцентриситета их орбит и дестабилизации всей Солнечной системы. Расположение планет начало быстро меняться. После того, как Юпитер и Сатурн заняли свои нынешние места, их гравитация «сдвинула» Нептун и Уран, которые в итоге перешли на значительно более дальние орбиты и вдобавок поменялись местами.

Гравитация Нептуна столкнула десятки тысяч планетезималей с устойчивых до этого орбит и фактически полностью рассеяла протопланетный диск, удалив из него 99.9% вещества. Часть выброшенных в ходе данного катаклизма тел в итоге сформировали облако Оорта и пояс Койпера.

 

Тайна потерянного пятого газового гиганта

Общеизвестно, что в ранней Солнечной системе существовало большое количество каменных протопланет, абсолютное большинство из которых не дожили до сегодняшних дней. Однако, судя по всему, планеты-гиганты тоже «понесли потери». Как показывают результаты моделирования, любое смещение Юпитера со своей первоначальной орбиты неизбежно привело или к тому, что Земля столкнулась бы с Марсом или Венерой, или же наоборот, Уран или Нептун оказались бы выброшены со своей орбиты. Однако указанные планеты живы и здоровы, а все косвенные данные указывают на то, что Юпитер все же изменил свою орбиту.

Решением парадокса стала теория о существовании в ранней Солнечной системе пятого газового гиганта размером с Уран. Примерно 600 миллионов лет назад он был выброшен гравитацией Юпитера во время великой миграции газовых гигантов и с тех самых пор является «планетой-сиротой».

Кто знает, возможно когда-нибудь астрономам и удастся обнаружить потерянную планету?  По крайней мере, уже предложено несколько потенциальных названий для утраченного газового гиганта — в их числе Аид, Гадес и Мефитис.

Поздняя тяжелая бомбардировка астероидами и кометами

Если теории о миграции газовых гигантов все же основаны на косвенных свидетельствах и результатах компьютерного моделирования, то в существовании поздней тяжелой бомбардировки можно убедиться, просто полюбовавшись на Луну. Еще в 1970-е годы радиоизотопный анализ лунного грунта и лунных метеоритов показал, что большинство камней на нашем спутнике оплавились в весьма коротком по геологическим меркам промежутке между 4.1 и 3.8 миллиардами лет назад.

Сейчас считается, что в ту эпоху Солнечная система (или по крайней мере ее внутренняя часть) подверглась настоящему нашествию астероидов и комет, которые активно сталкивались с планетами, свидетельствами чему являются огромные кратеры на Луне, Марсе, Меркурии и других небесных телах.  Вполне возможно, что именно эта тяжелая бомбардировка спровоцировала необратимое изменение марсианского климата, который в то время намного лучше подходил для жизни, нежели сейчас.

Вероятнее всего, тяжелая поздняя бомбардировка астероидами и кометами была спровоцирована миграцией газовых гигантов, однако высказываются и другие версии — в частности, близкое прохождение звезды или гибель одной из протопланет.

 

Земля-снежок

В эпоху глобального потепления трудно представить, что всего 50 лет назад в СМИ был популярен тренд глобального похолодания и многие всерьез опасались скорого начала нового ледникового периода. Еще труднее представить себе, что некогда практически вся поверхность нашей Земли была покрыта льдом, причем такое событие происходило минимум дважды.

Первый раз Земля превратилась в гигантский снежок 2.4 миллиарда лет назад. Данное событие известно как Гуронское оледенение. По времени оно совпало с «кислородной катастрофой» — резким изменением состава земной атмосферы, вызванным появлением в ней большого количества свободного кислорода, который являлся продуктом жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Это резкое изменение состава атмосферы уменьшило силу парникового эффекта и спровоцировало глобальный ледниковый период, продливший 300 миллионов лет. Не стоит забывать, что в то время Солнце светило на 20% слабее чем сейчас — это тоже сыграло свою роль.

Второе глобальное оледенение, получившее название «Земля-снежок», произошло в промежутке между 850 и 630 миллионами лет назад. Как показывает анализ осадочных пород и палеомагнитных свидетельств, льды в ту эпоху доходили даже до экватора. Однако судя по всему часть мирового океана все же осталась свободна ото льда, так как жизни на нашей планете удалось пережить катастрофу.

Глобальное оледенение закончилась после увеличения вулканической активности. Исторгнутый вулканами углекислый газ и метан привели к усилению парникового эффекта, который постепенно помог Земле «оттаять». Сразу после завершения глобального оледенения эволюция живых существ резко ускорилась, и жизнь вскоре вышла на сушу. Это явление известно ныне как «Кембрийский взрыв».

 

Земные сутки были значительно короче

Мы не знаем, сколько длились сутки в период сразу после формирования Земли, потому что гигантское столкновение, из-за которого образовалась Луна,  навсегда изменило угол наклона земной оси и раскрутило планету, сбросив все «начальные» показатели. По всей видимости, в те древние времена сразу после появления Луны сутки на Земле длились всего 5 часов.  В дальнейшем, приливное взаимодействие с Луной замедлило скорость вращения Земли вокруг своей оси и этот процесс продолжается.  В наши дни продолжительность земных суток увеличивается в среднем на 2 миллисекунды за 100 лет.

Благодаря изучению ископаемых (кораллов, а в более древние эпохи — сине-зеленых водорослей), ученым удалось установить, что во времена динозавров продолжительность суток составляла 23 часа, во времена предшествующие выходу жизни на сушу (0.5 миллиарда лет назад) — 20.5 часов. 1.3 миллиарда лет назад длительность суток составляла 15-16 часов, а год состоял из 546-588 дней. Только представьте, сколько можно было бы успеть сделать за все это время.