Все-таки она вертится, только наоборот

Компьютерная модель объяснила ретроградное вращение газовых гигантов

Почему некоторые экзопланеты, представляющие собой «горячие Юпитеры», вращаются в сторону, противоположную вращению своих материнских звезд, американским физикам удалось объяснить без привлечения альтернативных экзотических теорий.

C середины 90-х годов прошлого века было открыто более 500 экзопланет, вращающихся вокруг звезд за пределами Солнечной системы. Большинство из них — юпитероподобные гиганты, состоящие из газа. Впрочем, такое изобилие «экзо-юпитеров» может быть следствием пока не очень совершенных методов детектирования, работающих на пределе технических возможностей и позволяющих уверенно засекать лишь короткопериодичные массивные планеты, вращающиеся на близком расстоянии от звезды.

Однако даже из несовершенства своих наблюдательных инструментов астрономы сумели извлечь информацию, существенно дополнившую наши представления об эволюции звездно-планетарных систем.

Так, неожиданно выяснилось, что некоторые из экзо-юпитеров вращаются в сторону, противоположную той, в которую вращается их материнское светило, — открытие, немало озадачившее астрофизиков, космологов и специалистов по гравитационным взаимодействиям.

Даже тем, кто знаком с принципами небесной механики лишь в общих чертах, подобное противовращение двух массивных тел, принадлежащих одному звездно-планетарному ансамблю, даже интуитивно должно показаться очень подозрительным. Еще более странным выглядит оно в случае с газовыми гигантами, вращающимися на близком расстоянии от звезды. Ретроградное вращение газовых гигантов бросало явный вызов существующей теории, согласно которой звездно-планетарные системы образуются из коллапсирующих газово-пылевых облаков, в которых вращающееся вещество должно обладать общим угловым моментом.

Подробно разобраться с ситуацией решила группа астрофизиков из Северо-западного университета (США, штат Иллинойс), опубликовавших свои выводы в сегодняшнем выпуске Nature.

Сперва был рассмотрен вариант, приходящий в голову первым делом: могут ли спровоцировать ретроградное вращение планет гравитационные возмущения в двойных звездных системах? Расчеты, однако, показали, что такая схема не работает: максимум, что может спровоцировать соседняя звезда, — это наклонение планетарной орбиты, но не полное изменение углового момента на противоположный.

Другой вариант — тройные звездные системы с экзотичной гравитационной иерархией. В таких ансамблях планеты действительно могут вращаться ретроградно из-за действия приливных сил, однако их конфигурация должна быть слишком изощренной, а действие — слишком продолжительным, чтобы дать столь большое число обратно вращающихся планет, которые уже наблюдают астрономы.

Экзотикой решить проблему не получилось,

а вот компьютерное моделирование намного более простой системы, состоящей из одной звезды и двух газовых гигантов, дало неожиданно положительные результаты, хорошо совпавшие с наблюдательными данными.

Рассмотренная университетскими теоретиками модель состоит из звезды солнечного класса и двух планет — внутренней, похожей на Юпитер и первоначально вращающейся на большом расстоянии от материнской звезды (где, как предполагается, и должно идти формирование газовых гигантов), и внешней, тоже газового гиганта, но расположенного на еще большем расстоянии.

Внешняя планета воздействует на внутреннюю очень слабо, и наблюдатель, живи он в системе миллиарды лет, не отметил бы в траектории планет никаких существенных изменений.

Ему, однако, следует запастись терпением, потому что с течением времени, как показала модель, из-за обмена угловыми моментами между планетами конфигурация системы начнет выглядеть все более необычно.

Из-за воздействия приливных сил орбита внутренней планеты, оказавшейся в зоне действия гравитации своей звезды и отдаленной соседки, примет вытянутую форму веретена, так что ее вращение будет напоминать скорее качание маятника, чем движение по эллипсу. Теряя энергию и угловой момент, внутренняя планета начнет дрейфовать к более массивному объекту — своей звезде. В некоторых случаях потеря углового момента может оказаться столь существенной, что планета может поменять вращение в крайней точке своего орбитального «качания» на противоположное. Для долгоживущего наблюдателя это должно стать хорошей наградой за терпение — вряд ли кто из астрономов откажется понаблюдать за планетой, на какое-то время остановившей свой бег и начавшей попятное движение!

Впрочем, если модель не врет, совсем не исключено, что ныне живущим астрономам тоже посчастливиться наблюдать системы с застывшими планетами-гигантами. О том, что модель, описывающая ретроградный сценарий, получилась у американцев достаточно корректной, свидетельствует и совпадение просчитанных результатов с полученной в наблюдениях статистикой (соотношением ретроградных и «правильных» экзо-Юпитеров), и присутствие разогретых газовых гигантов на низких звездных орбитах, где им в общем-то не место, и то, что в основе математического обеспечения модели лежит баллистическая теория, полвека обкатываемая NASA на аппаратах, использующих эффект гравитационных возмущений для эффективной экономии топлива.

Помимо теоретического возможно и практическое применение созданной модели, например для объяснения и прогнозирования ретроградной орбиты недавно обнаруженного загадочного астероида 2009 HC82, который может рано или поздно угрожать Земле.

А также идеологическое: слабо преуспев в теории «специально остановленной Луны», повернутой к Земле всегда одной стороной, сторонники концепции, что придумавший небесную механику высший разум потому запускает планеты вспять, что терпеть не может вселенского однообразия, лишаются еще одного «наглядного подтверждения» своей теории.