Однако под действием силы притяжения газопылевого диска их орбиты постепенно изменились. Самая большая из планет, Юпитер, первой сошла с предначертанного ей круга. Медленно перемещаясь по своей новой — уже спиральной — орбите, она приближалась к Солнцу, а в протопланетном диске по мере ее движения образовалась круговая полоса, очищенная от газа и пыли. Так ледокол движется среди плавающих на его пути льдин, оставляя позади себя чистый фарватер.
Пока астрономы, сторонники этой модели, не знают, насколько далеко Юпитер продвинулся к Солнцу на той ранней стадии развития нашей планетной системы. Возможно, он достиг орбиты, по которой обращается сегодня Марс. В то время планеты земного типа — Меркурий, Венера, Земля и Марс — еще не доросли до своих нынешних размеров. Потребовалось до 100 миллионов лет, прежде чем из глыб метровой и километровой величины и, наконец, небесных тел размером с Луну сформировались эти крупные каменные планеты. Если бы Юпитер подошел ближе к Солнцу хотя бы на расстояние одной астрономической единицы, то все пространство между современными орбитами Марса и Земли было бы подчистую выметено, и планетам земного типа не хватило бы строительного материала, чтобы дорасти до своих нынешних размеров. В свою очередь, это объясняет, почему размеры Марса гораздо меньше, чем того требует теория.
Астрономы, наблюдающие в наши дни за экзопланетами, отмечают поразительное сходство между Юпитером из «модели Ниццы» и многочисленными «горячими Юпитерами», найденными в глубинах космоса, — гигантскими планетами, которые необычайно близко подбираются к своей центральной звезде и период обращения которых составляет всего несколько суток. К этой категории относится примерно каждая пятая из обнаруженных экзопланет. Подобная участь ждала и Юпитер, если бы его не остановил… Сатурн, считают приверженцы «модели Ниццы».
Он тоже перемещался в сторону Солнца, пока не сблизился с Юпитером так, что обе планеты почувствовали силу притяжения друг друга. Периоды их обращения синхронизировались: пока Юпитер трижды обегал Солнце, Сатурн совершал два оборота вокруг него. Подобные — «резонансные» — орбиты играют особую роль в небесной механике. Они могут дестабилизировать движение планет, как это наблюдается порой в поясе астероидов, а могут придать ему особую устойчивость.
Юпитер и Сатурн сохраняли стабильность, хотя расстояние между ними было невелико. Держась все время вдвоем, они пересилили притяжение газопылевого диска и начали понемногу удаляться от Солнца. Компьютерные модели показывают, что две планеты, находящиеся в резонансе, удаляются от центральной звезды только в том случае, когда более дальняя из них весит значительно меньше, чем ближняя. Это и имело место в случае Юпитера и Сатурна. Так самая большая планета Солнечной системы избежала участи стать «горячим Юпитером».
Эти путаные перемещения Юпитера, то устремлявшегося в центральную часть Солнечной системы, то поворачивавшего назад, и объясняют причину, по которой так разнороден состав пояса астероидов, расположенного между современными орбитами Марса и Юпитера. Туда были оттеснены и небольшие каменные астероиды, образовавшиеся в окрестности Земли, и «грязные снежки» — кометы, которые формировались близ планет-гигантов. Одни эти объекты содержат преимущественно кремний и его соединения, другие — в основном соединения углерода. Ранее астрономы полагали, что те и другие образовались в одной и той же зоне, на расстоянии от 300 до 500 миллионов километров от Солнца. Между тем, недавние наблюдения показали, что углеродсодержащие астероиды, находящиеся здесь, действительно, больше напоминают кометы.
Лаун-теннис «уран-нептуном»
Но вернемся в далекое прошлое, когда к этому «балету» двух гигантских планет, круживших по просторам Солнечной системы, присоединилась еще пара участников — Уран и Нептун. Итак, в ту пору, когда газопылевая туманность, обволакивавшая Солнце, рассеялась, эти четыре планеты образовали «мультирезонансную конфигурацию». В то время расстояние между Юпитером и Нептуном составляло всего 7 астрономических единиц (сегодня их разделяет 25 астрономических единиц). Такая система очень стабильна и может просуществовать миллиарды лет благодаря тому, что силы притяжения планет взаимно уравновешиваются. Их ход теперь размерен, словно слаженная работа отдельных частей машины. Но, подобно камешкам, попавшим внутрь машины и ломающим ее, в этом планетарном механизме оказались свои «посторонние предметы». Это было плотное кольцо из планетезималей — ледяных глыб, оставшихся от той эпохи, когда шло формирование планет. Они располагались на расстоянии 13–14 астрономических единиц от Солнца, а их суммарная масса в 30–50 раз превышала массу Земли. Время от времени то одна, то другая из этих глыб сбивалась с привычного пути и приближалась к Урану или Нептуну, возмущая их движение.
Наконец, по прошествии нескольких сотен миллионов лет, накопившиеся деформации орбит стали так велики, что дружный ансамбль планет окончательно рассорился. Иными словами, этот небесный механизм начал просто рассыпаться. При этой «аварии», разыгравшейся на дорогах небес, одна за другой — словно незакрепленные колеса, слетающие на полной скорости с оси, — были выброшены со своих орбит Уран и Нептун. При этом одна из них, — вероятно, Нептун — стала обращаться по очень вытянутой орбите, пересекавшейся с орбитой Сатурна. На протяжении всего нескольких десятков тысяч лет обе планеты не раз оказывались рядом друг с другом, находясь на волосок от столкновения. Возможно, иногда их разделяло всего несколько миллионов километров.
Астрономы не исключают даже того, что Юпитер и Сатурн, словно два теннисиста — мячом, «перекидывались» Нептуном (или Ураном), отправляя его то ближе к центру площадки, именуемой Солнечной системой, то чуть ли не в аут — примерно туда, где он обретается и поныне после одного из «метких ударов», нанесенных Юпитером. Какая из двух планет служила «космическим мячом», непонятно. В половине компьютерных моделей, разработанных астрономами, ей оказывался Уран, в половине — Нептун. Возможно, что последний сформировался ближе к Солнцу, чем Уран, и лишь потом, «в годину смуты», охватившей нашу Солнечную систему, был отброшен к самой ее границе. Впрочем, астрономы затрудняются пока объяснить, что именно заставило Уран и Нептун поменяться местами.
Крупным планом: Земля
На нашу планету и сейчас иногда обрушиваются метеориты. Но эти одиночные коллизии не идут ни в какое сравнение с Великой космической бомбардировкой, разразившейся около 3,9 миллиарда лет назад. Впрочем, на Земле практически нельзя найти непосредственные следы тех событий — кратеры, метеориты, а потому Бернар Марти из Исследовательского центра петрографии и геохимии в Нанси и его коллега Андерс Мейбом попытались доказать сам ее факт иначе. Их аргументом стало содержание инертных газов — неона, аргона, криптона и ксенона — в атмосфере Земли и образцах ее горных пород. Наблюдения показали, что соотношения между содержанием в земной мантии этих четырех газов, а также воды и азота соответствуют тем же показателям для определенного класса метеоритов, а именно хондритов. На основе этого ученые предположили, что подобные соотношения были типичными для того протопланетного вещества, из которого образовались и сами хондриты, и Земля.
В атмосфере же нашей планеты содержится в процентном отношении больше инертных газов, чем в мантии Земли. Увеличиться их концентрация могла только за счет столкновений Земли с кометами, сформировавшимися на расстоянии свыше 15 астрономических единиц от Солнца, при температурах от 220 до 245 градусов ниже нуля, когда летучие инертные газы превращаются в лед. Проанализировав состав атмосферы, Марти и Мейбом пришли к выводу, что во время Великой космической бомбардировки около 1 % снарядов, рухнувших на Землю, составляли кометы. Всего за ту сравнительно короткую эпоху, длившуюся для Земли каких-то 50 миллионов лет, общая масса нашей планеты.