Мы живем в планетарной системе самого редкого типа

Планетарная система формируется на стыке порядка и хаоса. Она возникает как молекулярное облако — большой холодный сгусток газообразного водорода, который может разрушаться, образуя звезды. По мере формирования центральных звезд остальная часть облака сплющивается во вращающийся протопланетный диск, связывающий воедино турбулентные водовороты газа, льда и пыли. На этом этапе может возникнуть хаос, поскольку большие планеты толкают меньшие. Планеты-гиганты также дерутся между собой, конкурируя за лишний материал, чтобы стать еще больше, иногда выбрасывая неудачливых проигравших из системы в рукопашной схватке "последние планеты".

Долгое время ученые считали, что наша собственная Солнечная система — "упорядоченное" расположение крошечных сфер ближе к Солнцу,а больших — дальше от него — типичный результат этого сложного процесса. Но, как показали "охотники за планетами" — миссия NASA "Kepler", большинство систем совсем не похожи на нашу — там планеты примерно одинакового размера и массы и "упакованы" плотно, как горошины в стручке.

Это несоответствие вдохновило астрофизиков Локеша Мишру из IBM, Яна Алиберта из Бернского университета и их коллег на исследование того, какие еще архитектуры могут быть. Это сложная задача для современных телескопов, но не для компьютерного моделирования. В ходе своих исследований они выделили третий тип системы — "смешанное" распределение перетасованных малых и больших планет — и их моделирование предсказало еще один: "антиупорядоченная" архитектура планет, которые становятся все меньше по мере удаления от своей звезды. Эти результаты, полученные в двух исследованиях в области астрономии и астрофизики, подтверждают вывод о том, что подобные архитектуры наиболее распространены, а значит, упорядоченные системы, подобные нашей, встречаются реже всего. "Думаю, через несколько лет мы выведем что-то вроде „стандартной модели“ образования планет, — говорит Мишра — По ней станет понятно, как появляются разные архитектуры планетарных систем".

Важно отметить, что это исследование вводит новую математическую основу для количественной оценки сходства между планетами системы в соответствии с любой наблюдаемой характеристикой, такой как масса или размер; одно число показывает общий диапазон значений этой характеристики среди планет, а другое отражает, насколько широко эти значения обычно варьируются от планеты к планете. Это может помочь выявлять закономерности, раскрывающие общие правила, управляющие рождением и ростом планетарных систем, а также тем, где эти упорядоченные правила нарушаются. Сопоставление прогнозов модели с наблюдениями предполагает, например, что похожие планеты в системах-стручках возникают из устойчивых протопланетных дисков с малой массой, а диски с большей массой легче создают большие планеты (как Юпитер), которые могут хаотично взаимодействовать, создавая три другие архитектуры. Вскоре проверить эти идеи можно будет с помощью мощного космического телескопа Джеймса Уэбба.

Астрофизик из Чикагского университета Дэниел Фабрики, не участвовавший в новом исследовании, говорит, что такие наблюдения делают исследования особенно ценными. "Речь идет о создании некоторого набора концепций, из которых мы рассчитываем сделать интересные выводы в будущем. И это всегда хорошая идея, потому что с научной точки зрения надежнее делать прогнозы, а затем проверять их, а не наблюдать удивительные вещи и потом подгонять под них теорию".