Как наличие Суперземли повлияло бы на Солнечную систему

Исследователи разработали трехмерную модель, которая имитирует то, как орбитальная архитектура Солнечной системы могла бы эволюционировать с образованием планеты, которая по массе как минимум вдвое превышает массу Земли — Суперземли — вместо пояса астероидов.

«Что, если бы пояс астероидов, вместо того, чтобы образовать кольцо более мелких тел, как это происходит сегодня, образовал планету между Марсом и Юпитером?» — задают вопрос ученые. «Как это повлияло бы на внутренние планеты, то есть Венеру, Землю и Марс, в частности?»

С момента открытия первой экзопланеты в 1992 году исследователи задавались вопросом, насколько распространены планетные системы — группы планет, вращающихся вокруг звезды, — а также сколько из этих планетных систем похожи на нашу Солнечную систему. Автор исследования Говард Чен говорит, что наша Солнечная система редка; большинство планетных систем компактнее нашей, и многие системы содержат планеты-суперземли.

По словам ученых, понимание того, как изменилась бы обитаемость внутренних планет нашей Солнечной системы — Меркурия, Венеры, Земли и Марса, если бы напротив Марса находилась Суперземля, может помочь астробиологам в их исследованиях по поиску планетных систем, способных поддерживать жизнь.

В своем исследовании ученые предложили пять различных потенциальных масс планет в диапазоне от 1% массы Земли до 10 масс Земли. Для каждой массы они смоделировали два миллиона лет движения по орбите, чтобы выяснить, какое воздействие каждая масса окажет на Солнечную систему. В частности, они отслеживали изменения наклонений других планет (угол наклона) и эксцентриситетов — насколько орбита планеты отклоняется от истинной окружности.

Наклон влияет на интенсивность температуры в каждом сезоне: больший наклон создает более высокие температуры, в то время как меньший наклон создает более мягкие температуры. Эксцентриситет определяет продолжительность каждого сезона: меньший эксцентриситет выравнивает четыре сезона до схожей продолжительности, в то время как больший эксцентриситет создает дисбаланс количества дней в каждом сезоне.

Исследователи обнаружили, что моделирование с меньшей массой оказало меньшее влияние на обитаемость внутренних планет. Они нашли некоторые изменения в наклонении — Марс «качнулся» немного больше, — но в целом внутренняя часть Солнечной системы осталась пригодной для жизни.

«Если это одна или две массы Земли, что все еще довольно небольшая планета, наша внутренняя Солнечная система останется в норме. Мы можем испытывать немного более жаркое лето или более холодную зиму, потому что есть это колебание наклона, но мы все равно сможем жить своей жизнью», — объяснил Говард Чэн.

Однако с более массивными планетами произошли более сильные изменения в структуре системы. При моделировании планеты, в десять раз превышающей массу Земли, ученые обнаружили, что внутренние планеты испытывают большое наклонение и высокий эксцентриситет, что приводит к опасным перепадам температур между сезонами. Массивная планета, возможно, даже сдвинула бы орбиту Земли ближе к Венере и за пределы обитаемой зоны, в которой она находится в настоящее время.

«Наши результаты показывают, что дополнительная планета размером с Суперземлю, расположенная между 2 и 3,5 а.е., дестабилизировала бы орбиту Земли на временных масштабах 1-2 млн лет, увеличила бы наклонение Марса на ~ 55 ° и создала бы возмущение эксцентриситета Венеры на величину до ~ 0,4».

Хотя эти выводы и являются гипотетическими, они могут помочь астробиологам предсказать, как и где жизнь может иметь шанс появиться в планетной системе. Исследование также дает представление о том, насколько большой может стать супер-Земля, прежде чем подавить возможность жизни вокруг себя.

«Если мы обнаружим систему, похожую на Солнечную, но с несколько иной историей — где вместо пояса астероидов есть планета, — смогут ли внутренние области этой планетной системы оставаться гостеприимными для жизни? Ответ зависит от того, насколько велика планета», — говорит Эмили Симпсон, соавтор работы. «Если она слишком массивна, то это, вероятно, будет гибельно для планет, находящихся в пределах ее влияния».

Исследование было опубликовано в журнале Icarus.