С середины 1990−х годов астрономы открыли более четырех сотен планетных систем рядом с другими звездами. Большая их часть обнаружена по косвенным признакам — напрямую увидеть планеты удается не часто. Поэтому самыми актуальными для науки остаются методы, позволяющие искать планеты, не видя их. Американские ученые нашли еще один такой способ, задумавшись о том, как выглядит наша Солнечная система глазами наблюдателя с далекой звезды.
«Планеты могут быть слишком тусклыми, чтобы их наблюдать напрямую. Однако пришельцы, следя за Солнечной системой, могли бы легко определить присутствие Нептуна, например, по дыре, которую его гравитация выметает в пыли», — пояснил Марк Кушнер, астрофизик из Космического центра имени Годдарда и руководстель исследования.
Пояс Койпера, начинающийся за орбитой Нептуна, содержит миллионы больших и малых ледяных тел (в том числе Плутон), вращающихся вокруг Солнца.
Эти объекты, постоянно сталкиваясь, рождают мириады крохотных частиц, которые затем путешествуют по всей Солнечной системе. Эти частицы взаимодействуют с планетами, солнечным светом и солнечным ветром. В зависимости от скорости и размеров частицы переходят на внутренние орбиты или удаляются от Солнца. Ученые под руководством Кушнера создали математическую модель, описывающую поведение этих частиц, с учетом их взаимных столкновений.
«Ранее считалось, что учет столкновений невозможен, поскольку пришлось бы просчитывать траектории огромного количества частиц. Но мы нашли способ», — пояснил Кушнер. При помощи суперкомпьютера Discover ученые проследили за 75 тысячами модельных частиц, учтя их взаимные столкновения и взаимодействие со светом. Размер модельных частиц варьировался от 1,2 мм до куда меньших, размером с частички сигаретного дыма.
Частицы были помещены на одну из трех орбит, расположенных за нынешней орбитой Нептуна. Моделирование показало, что гравитация Нептуна начинает воздействовать на облако частиц, образуя в нем дыру, которая следует за ним по орбите вокруг Солнца.
Время назад
Чтобы узнать, как эволюционировал Пояс Койпера за миллионы лет, ученые в своей модели ускорили темп взаимных столкновений и образования новых частиц. Считая, что скорость столкновения частиц Пояса на ранних этапах была больше, ученые увидели, как выглядело облако миллионы лет назад.
В оптическом диапазоне ни Пояс Койпера, ни межпланетную пыль в Солнечной системе жители других миров увидеть не в состоянии. Однако в инфракрасном свете с расстояния несколько парсек вполне можно увидеть пылевое облако, окружающее Солнце. Моделирование показало, как могла выглядеть Солнечная система в начальные моменты своего развития. Спустя лишь несколько миллионов лет после рождения Солнечной системы облако пыли и обломков было куда уже, чем в наши дни. Подобные кольца сегодня астрономы наблюдают вокруг некоторых молодых звезд, например в Фомальгауте, рядом с которым несколько лет назад была найдена экзопланета. «Восхитительно то, что мы уже наблюдали такие узкие кольца вокруг других звезд. Нашим следующим шагом будет моделирование пылевых дисков вокруг Фомальгаута и других звезд. Распределение пыли в них поможет нам указать на присутствие там планет», — пояснил соавтор исследования Кристофер Старк.
