Меркурий – очень странная планета, которая просто не должна существовать. Он невероятно мал, но содержит относительно массивное ядро. Меркурий настолько странный, что астрономы не смогли объяснить его свойства с помощью моделирования формирования Солнечной системы. Но теперь исследователи нашли важную подсказку, и в странностях Меркурия, похоже, виноваты планеты-гиганты.
Меркурий на сегодняшний день является самой маленькой планетой в Солнечной системе, его масса и объём составляют всего около 5,5% от массы и объёма Земли. Несмотря на эту миниатюрность, Меркурий ухитряется быть второй по плотности планетой в Солнечной системе с колоссальными 98% плотности Земли.
Меркурий имеет такую невероятную плотность благодаря своему большому ядру, которое занимает примерно 85% всего радиуса планеты. Для сравнения, ядро Земли достигает примерно половины радиуса.
С тех пор, как астрономы начали разрабатывать модели формирования Солнечной системы, им было трудно объяснить странное сочетание маленького размера Меркурия и его огромного ядра. Наши лучшие симуляции до сих пор отражают только общую картину формирования внутренних планет, период продолжительностью около 100 миллионов лет, в течение которого маленькие планетезимали сталкивались, чтобы сформировать планеты, которые мы имеем сегодня. В этих симуляциях мы можем получить правильное количество внутренних планет (четыре), за правильное количество времени, и определить их общие параметры, такие как эллиптичность их орбит.
Но эти симуляции не дают правильного представления о массах внутренних планет, и особенно они не в состоянии объяснить, почему у Меркурия такое большое ядро.
Возможно, астрономы разгадали тайну Меркурия в новой статье, опубликованной в журнале Icarus. Хотя они не могли полностью объяснить все свойства Меркурия, они подошли гораздо ближе, чем предыдущие группы, и они утверждают, что их результаты верны.
Во-первых они объяснили небольшой размер Меркурия. Частично это, безусловно, вызвано относительной нехваткой строительного материала в раннем протопланетном диске, который в конечном итоге превратился в планеты вокруг молодого Солнца. Моделирование развития протопланетных дисков предполагает, что они имеют тенденцию быть тоньше к своим внутренним краям в результате действия центробежной силы и радиационного давления растущей звезды. Итак, уже с самого начала Меркурий был небольшим.
Во-вторых, внешние планеты образовались не на своём нынешнем месте. На разных радиусах их орбит просто не хватило материала, чтобы они могли там сформироваться. Поэтому они должны были образоваться ближе друг к другу и ближе к Солнцу, где плотность газа была самой высокой. Сформировавшись, они начали гравитационно взаимодействовать друг с другом, притягивая соседние планеты в течение миллионов лет, пока не достигли своих нынешних орбит.
В своих симуляциях исследователи обнаружили, что этот танец между внешними планетами сильно истощил самые внутренние области протопланетного диска, удалив даже небольшое количество материала, который уже был там. Несмотря на то, что планеты-гиганты находятся очень далеко от орбиты Меркурия, их массивный размер более чем компенсирует их расстояние, а их движения вызывают нестабильность во внутреннем диске. Эти крошечные гравитационные буксиры способны отправлять материал прямо на Солнце или даже полностью выбрасывать его из Солнечной системы.
Итак, Меркурий был обречён быть маленьким. Но что насчёт его странно большого ядра? Исследователи обнаружили, что они могут объяснить такое впечатляющее ядро тем же сценарием, который истощил прото-Меркурий. Когда планеты только начали формироваться, Меркурий был не одинок; он делил орбиту с десятками, если не сотнями других планетезималей и протопланет. Гравитационные игры внешних планет удалили многие из этих протопланет из внутренней части Солнечной системы.
А потом начались столкновения. Исследователи обнаружили, что молодой Меркурий пережил десятки (а возможно, и сотни) столкновений с объектами аналогичного размера. Каждое столкновение было особенно сильным, способным оторвать и испарить любые более лёгкие структуры. Остались только более тяжёлые элементы, образующие ядра планет. С каждым столкновением Меркурий набирал массу ядра, но терял более лёгкие материалы мантии и коры.
Хотя модель исследователей правдоподобна, она не совсем отражает полную картину. Несмотря на то, что они могут создать симуляцию Меркурия с правильным размером ядра на правильной орбите, они всё же не могут воспроизвести общий размер планеты. Их смоделированные Меркурии всегда оказываются слишком большими.
Тем не менее, результаты по-прежнему считаются прогрессом. Теперь ясно, что планеты-гиганты сыграли важную роль в формировании внутренней части Солнечной системы, и их способность удалять материал из внутренней части протопланетного диска подготовила почву для того, чтобы Меркурий испытал столкновения, необходимые для создания его ядра. Будем надеяться, что более детальное моделирование зафиксирует всю сложную динамику молодой Солнечной системы и создаст полную картину истории эволюции всех планет.