Istochnik (na angliiskom yazyke):
Press Release of Royal Observatory, Edinburgh
19 noyabrya 2003 goda

Novye svidetel'stva v pol'zu sushestvovaniya planetnoi sistemy okolo Vegi

Sprava vverhu: Krupneishii v mire submillimetrovyi teleskop imeni Dzheimsa Klarka Maksvella (Mauna-Kea, Gavaii) v rabochem polozhenii. Shtorki bashni otkryty, no teleskopa ne vidno: 15-metrovoe alyuminievoe zerkalo spryatano pod tonkoi membranoi, prozrachnoi dlya submillimetrovyh voln.

Britanskie astronomy iz Astronomicheskogo tehnologicheskogo centra Korolevskoi observatorii v Edinburge znachitel'no uvelichili shansy Vegi na obladanie planetnoi sistemoi. Prichem sistemoi, kotoraya bol'she pohozha na nashu sobstvennuyu, chem na te ekzoticheskie, kotorye obnaruzheny v poslednie gody okolo drugih zvezd.

Bol'shinstvo iz sotni planet, naidennyh k nastoyashemu vremeni, okazalis' gazovymi gigantami na blizkih k zvezdam orbitah. Stol' neozhidannaya konfiguraciya sil'no otlichaetsya ot privychnogo nam raspredeleniya planet okolo Solnca. Angliiskie astronomy primenili novuyu tehniku komp'yuternogo modelirovaniya dlya ob'yasneniya struktury togo slabogo pylevogo diska, kotoryi uzhe davno byl zamechen okolo Vegi. Rezul'taty modelirovaniya luchshe vsego vosproizvodyat nablyudaemuyu strukturu diska pri nalichii okolo Vegi planety, podobnoi Neptunu po masse, kotoraya nahoditsya na orbite, sravnimoi s orbitoi Neptuna po razmeru. Shirokaya obrita predpolagaemoi neptuno-podobnoi planety ostavlyaet ogromnoe prostranstvo dlya orbit nebol'shih kamennyh planet tipa Zemli v central'nyh oblastyah sistemy Vegi.

Tehnika modelirovaniya britanskih astronomov, opisannaya v Astrofizicheskom zhurnale ot 1 dekabrya 2003 goda, opiraetsya na nablyudeniya, poluchennye s pomosh'yu samoi chuvstvitel'noi na segodnyashnii den' v mire submillimetrovoi kamery SCUBA, sozdannoi v tom zhe Astronomicheskom tehnologicheskom centre Korolevskoi observatorii i ustanovlennoi na teleskope imeni Dzheimsa Klarka Maksvella (Gavaii). Na snimke kamery SCUBA viden okruzhayushii Vegu disk, obrazovannyi holodnoi pyl'yu s temperaturoi vsego -180œS.

Ris. 1. Submillimetrovyi snimok holodnogo pylevogo diska vokrug Vegi v polose 0,85 mm, poluchennyi na teleskope imeni Dzheimsa Klarka Maksvella v 1998 godu. Disk povernut k nam pochti plashmya. Horosho vidny dva yarkih sgusheniya, uslovno okrashennye v zheltyi i krasnyi cveta. Zvezdu pochti ne vidno - ee polozhenie mezhdu dvumya sgusheniyami otmecheno zvezdochkoi. Disk imeet dovol'no bol'shie razmery, kak minimum v dva raza prevoshodyashie orbitu Neptuna. Malaya koncentraciya pyli v neposredstvennoi blizosti ot zvezdy - pervyi i ochen' veskii namek na sushestvovanie tam planetnoi sistemy. Odnako britanskie astronomy sfokusirovali svoe vnimanie ne na central'noi polosti, a na dvuh sgusheniyah v diske zvezdy, pytayas' vosproizvesti v svoih modelyah ih poyavlenie v diske. Poluchennaya imi model' risuet kartinu, ochen' napominayushuyu nashu sobstvennuyu planetnuyu sistemu.

Perecherknutyi kvadrat oboznachaet polozhenie predpolagaemoi planety. Rasstoyanie mezhdu neyu i zvezdoi 65 a.e. - vdvoe bol'she rasstoyaniya ot Solnca do Neptuna. Shirina snimka 50".

Nepravil'naya forma diska - eto i est' klyuch, kotoryi pozvolil Marku V'yattu (avtoru raboty) sdelat' vyshenazvannoe zaklyuchenie o nalichii okolo Vegi neptuno-podobnoi planety. Hotya my ne mozhem videt' ee neposredstvenno, ee gravitaciya vozmushaet pylevoi disk i obrazuet v nem sgusheniya, kotorye i uvidel submillimetrovyi teleskop Maksvella.

Modelirovanie predpolagaet, chto neptuno-podobnaya planeta sformirovalas' na bolee blizkoi k Vege orbite, chem nyneshnyaya. Po mere migracii planety s ishodnoi orbity na nyneshnyuyu - shirokuyu (na chto ushlo okolo 56 mln. let), ona uvlekla s soboi mnozhestvo planetezimalei, zahvativ ih na rezonansnye orbity, chto i privelo k obrazovaniyu sgushenii v pylevom diske.

"V tochnosti to zhe sluchilos' kogda-to i v Solnechnoi sisteme, - utverzhdaet V'yatt. - Neptun postepenno migriroval na bolee udalennuyu ot Solnca orbitu iz-za prisutstviya vnutri Yupitera. Raz tak, ne isklyucheno, chto imeya neptuno-podobnuyu planetu s analogichnoi sud'boi i svoistvami, Vega mozhet obladat' eshe odnoi massivnoi yupitero-podobnoi planetoi na menee shirokoi orbite".

"Model' mozhno proverit' kak minimum dvumya sposobami, - ob'yasnyaet Vain Holland, provodivshii nablyudeniya Vegi neposredstvenno na teleskope Maksvella. - Ona predskazyvaet, chto sgusheniya v diske dolzhny obrashat'sya vokrug Vegi s periodom priblizitel'no trista let. Povtoriv nablyudeniya cherez neskol'ko let my uzhe dolzhny zametit' ih vzaimnoe smeshenie. Model' takzhe predskazyvaet nalichie v diske bolee tonkoi struktury. Ee sushestvovanie mogut podtverdit' ili oprovergnut' sleduyushie pokoleniya submillimetrovyh teleskopov i priemnyh kamer".

Kak eto ne paradoksal'no, no na snimke kamery SCUBA sama zvezda edva proyavilas'. Vse delo v tom, chto ona slishkom goryacha dlya detektorov, rabotayushih v dal'nem IK-diapazone. V opticheskom zhe vse stanovitsya na svoi mesta - Vegu ochen' legko naiti na nebe nevooruzhennym glazom. V severnyh shirotah ona uderzhivaet tret'e mesto po yarkosti na nebe i imeet slegka golubovatyi ottenok.

Neskol'ko faktov, kasayushihsya Vegi:

• Vega - pyataya po yarkosti zvezda nebosvoda i tret'ya v severnom polusharii neba.
• Rasstoyanie do Vegi: 25 svetovyh let.
• Diametr Vegi v 3 raza prevoshodit solnechnyi.
• Massa - v 2,5 raza.
• Svetimost' - v 58 raz.
• Spektr zvezdy: A0.
• Vozrast: okolo 350 millionov let (ochen' priblizitel'no - prim. perev.).
• Vmeste s Denebom i Al'tairom Vega obrazuet znamenityi letne-osennii treugol'nik.
• Vega yavlyaetsya yarchaishei zvezdoi sozvezdiya Liry. Soglasno drevnegrecheskim mifam, lira byla izobretena Germesom, kotoryi podaril ee svoemu bratu Apollonu. Poslednii, v svoyu ochered', peredal ee svoemu synu Orfeyu - muzykantu, uchastvovavshemu v pohode argonavtov.
• Vega okazalas' pervoi zvezdoi, kotoruyu sfotografirovali lyudi. Eto sluchilos' v noch' s 16 na 17 iyulya 1850 goda. Istoricheskii snimok byl poluchen na Garvardskoi observatorii cherez 15-dyuimovyi refraktor. Ekspoziciya sostavila 100-sekund.

perevod:
A.I.D'yachenko, obozrevatel' zhurnala "Zvezdochet"

Esli vy nikogda ne chitali o pylevyh diskah, ih dinamike i evolyucii, esli zodiakal'nyi svet ili poyas Koipera v nashei sobstvennoi planetnoi sisteme ne popadali v fokus vashego pristal'nogo vnimaniya, - vozmozhno, nekotorye detali etogo press-reliza pokazhutsya vam chistoi abrakadabroi. Ne beda. Te razdely nebesnoi mehaniki, kotorye izuchayut pylevye diski i orbital'nye rezonansy, deistvitel'no malo osvesheny v populyarnoi literature. Vospolnim eto probel.

Podpityvaemye pylevye diski

Vega byla pervoi zreloi zvezdoi, isklyuchaya Solnce, u kotoroi byl obnaruzhen pylevoi disk. Eto sluchilos' v 1983 godu - srazu posle vyvoda na orbitu infrakrasnoi observatorii IRAS. S teh por takie diski byli obnaruzheny u mnogih blizkih zvezd glavnoi posledovatel'nosti.

Obratite vnimanie na slova "glavnoi posledovatel'nosti": rech' idet ne o teh plotnyh akkrecionnyh diskah, kotorye povsemestno nablyudayutsya okolo formiruyushihsya zvezd, eshe tol'ko gotovyashihsya k vyhodu na glavnuyu posledovatel'nost' (tak nazyvaemye materinskie diski, iz kotoryh rastushaya protozvezda cherpaet massu). Rech' idet o bolee razrezhennyh, opticheski tonkih diskah okolo zvezd, vozrast kotoryh mnogokratno prevoshodit samye smelye ocenki sroka sushestvovaniya pylevogo diska okolo zvezdy posle ee rozhdeniya. Vyhodit, diski, perezhivshie etap formirovaniya zvezdy, podpityvayutsya: nekii process nepreryvno postavlyaet v nih novuyu pyl'.

Pyl' mozhet voznikat' dvumya putyami: (1) kondensaciei iz gazoobraznoi substancii ili (2) razrusheniem i izmel'cheniem bolee krupnyh tverdyh tel. Pervyi iz etih processov nablyudaetsya, k primeru, v atmosfere nekotoryh krasnyh gigantov. Tam kondensiruetsya uglerod-soderzhashaya pyl' (kopot'), za chto eti zvezdy chasto nazyvayut koptyashimi. Esli by astronomam udalos' na sto procentov isklyuchit' gipotezu o kondensacionnom mehanizme podpitki pylevyh diskov okolo zvezd glavnoi posledovatel'nosti (a nekotorye astronomy v etom uzhe ne somnevayutsya), mozhno bylo bez ogovorok govorit' o nalichie v etih diskah bolee krupnyh chem pyl' tel.

Ris. 2. Podpityvaemyi pylevoi disk okolo Fomal'gauta - risunok hudozhnika.

V kachestve istochnika pyli mogut vystupat' planetezimali raznogo kalibra, nachinaya ot kameshkov i snezhkov i vplot' do mnogokilometrovyh asteroidov i komet. Oni mogut drobit'sya pri stolknoveniyah; ih oskolki v svoyu ochered' tozhe drobyatsya i mnozhatsya, i tak dalee - do polucheniya "muki melkogo pomola" (etot process nazyvaetsya stolknovitel'nym kaskadom). Pri etom imenno "muka", to est' mel'chaishaya pyl', vnosit osnovnoi vklad v teplovoe izluchenie diska, ibo ploshad' poverhnosti naimen'shih chastic diska naibol'shaya.

Esli by v diske ne sushestvovalo postoyanno deistvuyushego istochnika novoi pyli, on by ochen' bystro razrushilsya. Inymi slovami, pylevoi disk sam po sebe - efemernoe obrazovanie. Vo vzaimnyh stolknoveniyah pylevye chasticy izmel'chayutsya. No chem men'she srednii razmer chastic v diske dannoi massy, tem bol'she ih summarnoe sechenie. Znachit veroyatnost' stolknovenii uvelichivaetsya i chasticy drobyatsya eshe intensivnee. Stolknovitel'nyi kaskad, takim obrazom, okazyvaetsya lavinoobraznym processom. Kogda chasticy stanovyatsya dostatochno melkimi im nachinayut ugrozhat' srazu neskol'ko opasnostei: isparenie, luchevoe davlenie ili poterya uglovogo momenta pod deistviem effekta Pointinga-Robertsona.

S ispareniem vse ponyatno.

Esli chastica okazhetsya chereschur melkoi, davlenie sveta mozhet peresilit' gravitaciyu, i togda pylinka navsegda pokinet disk po giperbolicheskoi traektorii, obrashennoi vypuklost'yu k zvezde. Tak rabotaet vtoroi razrushayushii faktor.

Odnako, dazhe esli ona ostaetsya dostatochno krupnoi, ei ugrozhaet ne menee strashnaya opasnost': teryaya uglovoi moment pod deistviem effekta Pointinga-Robertsona, pylinka nachnet neobratimo sblizhat'sya so zvezdoi. Dostignuv nekotorogo rasstoyaniya, ona poprostu isparitsya.

Effekt Pointinga-Robertsona, zastavlyayushii pylevuyu chasticu teryat' skorost', mozhno naglyadno ob'yasnit' bez formul. Delo v tom, chto dvizhushayasya po orbite pylinka nepreryvno lovit fotony, idushie ot zvezdy strogo v radial'nom napravlenii. A pereizluchaet ih v vide teplovyh kvantov v raznye storony simmetrichno tol'ko v svoei sisteme otscheta. Esli zhe pereiti v sistemu otscheta, nepodvizhnuyu otnositel'no zvezdy, eti kvanty budut izluchat'sya preimushestvenno v napravlenii dvizheniya chasticy - v etom ves' fokus. Po zakonu sohranieniya impul'sa chastica budet tormozit'sya i sblizhat'sya so zvezdoi.

Ris. 3. Illyustraciya k effektu Pointinga-Robertsona. Idushie ot zvezdy fotony, slovno naezdniki, "sadyatsya na sheyu" pylevym chasticam (pogloshayutsya imi). Buduchi razmenyannymi na neskol'ko teplovyh fotonov, oni "slezayut s konya na polnom skaku", sohranyaya v srednem napravlenie dvizheniya pylevoi chasticy i unosya s soboi chast' ee uglovogo momenta.

V svete vysheskazannogo, sovershenno udivitel'nym okazyvaetsya tot fakt, chto dolya zvezd glavnoi posledovatel'nosti, u kotoryh imeyutsya pylevye diski (imenno podpityvaemye, a ne materinskie), uzhe segodnya ocenivaetsya ne menee 15% ot obshego ih chisla. I eto pri tom, chto do nastoyashego vremeni astronomam byli dostupny lish' samye moshnye iz nih. (Bol'shie nadezhdy v otnoshenii obnaruzheniya bolee slabyh diskov vozlagayutsya na budushie proekty infrakrasnyh i submillimetrovyh teleskopov, takie kak orbital'nyi NGST, letayushaya observatoriya SOFIA ili nazemnyi massiv ALMA.) Obratite vnimanie: dolya zvezd s podpityvaemymi diskami okazyvaetsya gorazdo vyshe, chem dolya zvezd glavnoi posledovatel'nosti, u kotoryh iskateli ekzoplanet obnaruzhili do-zvezdnyh kompan'onov (okolo 5%).

Zadumaites' na etim, i vam stanet ochevidno, chto dopler-metod, ispol'zuemyi segodnya dlya poiska inyh planetnyh sistem, otkryvaet lish' verhushku aisberga. On lovit tol'ko planety-giganty, da i to na blizkih orbitah. Pylevye diski, naoborot, obnazhayut samoe donyshko aisberga - "muku", ostavshuyusya posle pomola bolee krupnyh planetezimalei.

Kak razglyadet' srednyuyu chast' aisberga, planety melkogo i srednego kalibra? Okazyvaetsya, o nih mogut koe-chto rasskazat' vse te zhe pylevye diski! Tochnee, ih struktura. Imenno na nei sosredotocheno v poslednie gody vnimanie mnogih astronomov, v tom chisle i Marka V'yatta.

Vega-podobnye zvezdy i fenomen Vegi

Nalichie diska vokrug zvezdy opredelyaetsya po izbytku teplovogo izlucheniya v infrakrasnom svete i submillimetrovom diapazone. Eto i est' svechenie pylevoi komponenty diska, podogrevaemoi svetom zvezdy. So vremeni otkrytiya diska u Vegi zvezdy s podobnymi izbytkami chasto nazyvayut Vega-podobnymi, a sam fakt nalichiya u nih infrakrasnyh diskov - fenomenom Vegi. Odnako v ponyatie fenomena Vegi kak pravilo vkladyvaetsya bolee glubokii smysl: delo v tom, chto pochti vse Vega-podobnye zvezdy (vozmozhno, vse bez isklyucheniya - prim. avtora), u kotoryh udalos' razglyadet' disk v detalyah (pust' ochen' skupyh), pokazyvayut interesnuyu osobennost', kotoraya skoree vsego prisusha i Solnechnoi sisteme.

A imenno, central'naya oblast' prostranstvenno razreshennyh pylevyh diskov (takih poka ne bolee desyatka) imeet otnyud' ne samuyu vysokuyu svetimost'. Kak pravilo, tam obnaruzhivaetsya proval intensivnosti s radiusom v 20-40 a.e.

Ris. 4. Submillimetrovyi snimok podpityvaemogo pylevogo diska okolo Fomal'gauta - Vega-podobnoi zvezdy, nahodyashegosya na rasstoyanii 50 svetovyh let ot Solnca. Sdelan na teleskope Maksvella v polose 0,45 mm. Sprava vnizu oboznachen razmer orbity Plutona.

Izvestnyi nam na Zemle zodiakal'nyi svet, voznikayushii iz-za rasseyaniya solnechnyh fotonov na pyli, yavlyaetsya vidimym proyavleniem nashego sobstvennogo okolosolnechnogo pylevogo diska. Tak vot, ne isklyucheno, chto vnutrennie chasti Solnechnoi sistemy - otnyud' ne glavnyi rezervuar etoi pyli! Poyas Koipera - vot mesto, gde ona mozhet rozhdat'sya gorazdo intensivnee.

Posmotrev na Solnechnuyu sistemu s rasstoyaniya v neskol'ko svetovyh let v moshnyi infrakrasnyi teleskop, astronomy Vegi skoree vsego uvideli by takoi zhe "bublik", obrazovannyi podogrevaemoi Solncem pyl'yu, s dyrkoi vnutri, kotoryi my vidim u Vega-podobnyh zvezd. Zdes', na Zemle, my horosho znaem, chto u nas est' planety, kotorye aktivno "vymetali" posle rozhdeniya (i "vymetayut" segodnya) bolee melkie tela iz kruga radiusom 30 a.e. (orbita Neptuna). Net planetezimalei - nechemu drobit'sya i isparyat'sya, sledovatel'no i pyli v etom kruge budet men'she. Za ego predelami, to est' v poyase Koipera, - pozhaluista. Tam planetezimalei mnogo, ih nikto ne "vymetaet" - znachit, est' chemu drobitsya i podpityvat' pylevoi disk.

No eto my znaem lish' potomu, chto sami zdes' zhivem. A vot astronomy s Vegi nashih planet ne vidyat. Vidyat tol'ko "bublik" pylevogo diska v teplovyh luchah i, vozmozhno, nazyvayut eto "fenomenom Solnca", sovershenno spravedlivo podozrevaya, chto nekotorye osobennosti ego geometrii vyzvany nalichiem zdes' planet. (Pravda, nash "bublik" sushestvenno slabee pylevogo diska okolo Vegi. K tomu zhe, nel'zya umolchat' i o tom, chto v Solnechnoi sisteme est' dopolnitel'nyi postavshik pyli - glavnyi poyas asteroidov. No eto sovershenno otdel'naya tema, na kotoruyu my poka zakroem glaza.)

Nado skazat', chto astronomicheskoe soobshestvo eshe ne proniklos' vsecelo optimizmom issledovatelei podpityvaemyh pylevyh diskov. No skepticizm storonnikov kondensacionnoi gipotezy podpitki v poslednie gody teryaet pochvu pod nogami. Radius slabo zapylennoi central'noi zony okazyvaetsya kak pravilo bol'she radiusa, na kotorom goryachaya zvezda pozvolyaet kondensirovat'sya pyli. I, samoe glavnoe, radius "dyrki" ne imeet pryamoi zavisimosti ot spektral'nogo klassa zvezdy! A ved' chem yarche i goryachee svetilo, tem dal'she ot nee dolzhna kondensirovat'sya pyl'. V nebol'shoi kogorte blizkih i razreshennyh prostranstvenno pylevyh diskov okolo zvezd glavnoi posledovatel'nosti my vidim skoree obratnye primery! U Vegi (spektral'nyi klass A05) radius polosti ocenivaetsya vsego v 26 a.e., v to vremya kak u epsilon Eridana (K2V) - v 30 a.e. Astronomy, izuchayushie fenomen Vegi, ne somnevayutsya, chto radius central'nyh dyrok v diskah harakterizuet v deistvitel'nosti radius nahodyashihsya tam planetnyh sistem.

Rezonansy

Prezhde chem my kosnemsya raboty Marka V'yatta, kasayusheisya neposredstvenno Vegi, dadim opredelenie klyuchevomu v dannom kontekste ponyatiyu rezonansnoi orbity:

Planetnym rezonansom (p+q) : p nazyvaetsya takaya orbita planetezimali, na kotoroi ona sovershaet vokrug zvezdy celoe chislo oborotov p rovno za to vremya, poka planeta uspevaet obernut'sya celoe chislo raz p+q.

Pri eto velichina q nazyvaetsya poryadkom rezonansa. Rezonansami pervogo poryadka, k primeru, okazyvayutsya 2:1, 3:2, 4:3 rezonansy. 5:3 - eto uzhe rezonans vtorogo poryadka.

Razberem dlya primera samyi interesnyi dlya nas v dal'neishem rezonans 3:2 (zdes' p=2, q=1). Po opredeleniyu v nego popadayut vse planetezimali, kotoryi delayut rovno 2 oborota vokrug zvezdy za vremya, kotoroe trebuetsya planete dlya zaversheniya 3 oborotov. Chtoby ne uhodit' daleko ot real'nosti, rassmotrim konkretno planetu Neptun. Dazhe esli vy ni razu ne slyshali o Poyase Koipera i ne derzhali v rukah ni odnoi knigi po astronomii, krome shkol'nogo uchebnika, vam vse ravno dolzhen byt' izvesten odin primer nebesnogo tela, nahodyashegosya v 3:2 rezonanse s Neptunom. - Konechno, eto Pluton.

Pluton obrashaetsya vokrug Solnca priblizitel'no za 248 let - srok, kak raz v poltora raza prevoshodyashii orbital'nyi period Neptuna (165 let). Mozhno zadat'sya voprosom, kak Pluton popal na rezonansnuyu orbitu. No eto lish' chast' problemy. V celom problema vyglyadit gorazdo interesnee: v real'nosti ne menee 10-25% ob'ektov poyasa Koipera nahodyatsya na 3:2 rezonansnyh orbitah po otnosheniyu k Neptunu! V chest' glavnogo "predvoditelya" etogo semeistva - Plutona - ih stali nazyvat' plutino. (O posyagatel'stve na "predvoditelya" chitaite v sleduyushem vypuske Mirandy.)

Ris. 5. Karta vneshnih oblastei Solnechnoi sistemy na 28 fevralya 2004 goda. Krasnymi kruzhkami oboznacheny izvestnye klassicheskie nerezonansnye ob'ekty poyasa Koipera, fioletovymi kruzhkami - rasseyannye ob'ekty poyasa Koipera (SKBO) i belymi kruzhkami - plutino.

Obratite vnimanie na interesnuyu osobennost' raspolozheniya poslednih. Vse plutino v celom obrazuyut dve ochevidnye gruppirovki: odna obgonyaet Neptun priblizitel'no na 90œ vperedi, drugaya - otstaet priblizitel'no na stol'ko zhe. Krome togo, imenno v okrestnosti etih dvuh oblastei plutino pozvolyayut sebe zahodit' vnutr' orbity Neptuna. Eti oblasti - ne chto inoe kak puchnosti 3:2 rezonansnyh orbit, o kotoryh poidet rech' dalee v etoi stat'e.

Original'naya versiya karty (23 kb). Oboznacheniya drugih grupp asteroidov na karte sleduyushie: svetlo-korichnevye treugol'niki - asteroidy-kentavry, izvestnye periodicheskie komety - zakrashennye golubye kvadraty, prochie komety - pustye golubye kvadraty, ob'ekty s vysokoekscentrichnymi orbitami - golubye treugol'niki. Greki i troyancy na orbite Yupitera tozhe oboznacheny golubymi treugol'nikami.

Vse plutino imeyut odinakovye bol'shie poluosi orbit a ~ 39,4 a.e., ibo soglasno 3-mu zakonu Keplera, kuby bol'shih poluosei orbit dvuh planet otnosyatsya drug k drugu tak zhe, kak kvadraty ih periodov. A raz periody obrasheniya u plutino po opredeleniyu pochti ne otlichayutsya ot 248 let, to i bol'shie poluosi imeyut ochen' blizkie znacheniya. Ekscentrisitety i nakloneniya k ekliptike u orbit plutino sistematicheski vyshe, chem u klassicheskih (to est' nerezonansnyh) planetezimalei v poyase Koipera. Pochemu tak? Kak ponyat' sushestvovanie etogo strannogo semeistva plutino?

Voobshe govorya, mozhno pridumyvat' kakuyu ugodno istoriyu obrazovaniya Solnechnoi sistemy, no esli ona ne mozhet ob'yasnit' nablyudaemuyu segodnya strukturu sohranivshegosya do nashih vremen reliktovogo poyasa planetezimalei za orbitoi Neptuna, ona goditsya razve chto kotu pod hvost. Real'nost' i tol'ko ona dolzhna yavlyat'sya otpravnoi tochkoi razvitiya lyubyh teorii. Priroda nachhat' hotela na mnogie nashi "razumnye mysli" otnositel'no zarozhdeniya planet. Razvitie nablyudatel'nyh sredstv prinosit novye fakty, kotorye ochen' chasto zastavlyayut peresmatrivat' astronomov svoi vzleleyannye teorii. Za primerami daleko hodit' ne nuzhno.

Skol' razumnym kazalos' predpolozhenie, chto obrazovanie planetezimalei (ne govorya uzh o planetah) ochen' zatrudneno v kratnyh sistemah. Eshe by, ved' pri obrazovanii kratnoi sistemy kompan'ony vzaimno vozmushayut materinskie gazopylevye diski drug druga, vzbaltyvaya ih i ne davaya gazu i pyli osest' v tonkii, plotnyi disk, gde moglo by idti formirovanie planetezimalei. Itog: rovno polovina razreshennyh prostranstvenno podpityvaemyh diskov okolo zvezd glavnoi posledovatel'nosti obnaruzheny imenno v kratnyh sistemah!

Svoistva razreshennyh pylevyh diskov okolo zvezd glavnoi posledovatel'nosti
Tablica iz stat'i Paulya Kalasa (1998)

* oboznachaet zvezdy v kratnyh sistemah
Vozrast zvezd ochen' priblizitelen (s tochnost'yu do poryadka), za isklyucheniem HR 4796A i Fomal'gauta, u kotoryh est' kompan'ony pozdnih spektral'nyh klassov.

V vysshei stepeni razumnym kazhetsya nam predpolozhenie o tom, chto rost planetezimalei (a znachit i planet) ochen' zatrudnen okolo zvezd rannih spektral'nyh klassov. Eshe by, moshnoe izluchenie takih zvezd razrushaet pervichnyi materinskii gazopylevoi disk ochen' bystro - gde uzh tam uspet' chemu-to slipnut'sya! Itog: Vega, Fomal'gaut, beta Zhivopisca so svetimostyami sootvetstvenno 60, 13 i 8,7 solnechnoi zamechatel'nym obrazom demonstriruyut nam, chto u nih est' chemu drobit'sya na orbitah!

Kak krasivo zvuchal prigovor: okolo zvezd s maloi metallichnost'yu planety iskat' bessmyslenno - rodit'sya tam oni nikak ne mogli. Itog: oni tam naideny (planeta v sharovom skoplenii M4).

Stremitel'nyi rost nablyudatel'nyh dannyh o poyase Koipera, pervyi ob'ekt kotorogo byl otkryt vsego lish' 12 let nazad, v 1992 godu, porodil celoe napravlenie v astronomii, kotoroe pytaetsya ob'yasnit' ego svoistva. Imenno v rusle etih issledovanii rodilas' fantasticheskaya, no krasivo ob'yasnyayushaya real'nost' ideya o tom, chto planety-giganty Solnechnoi sistemy ne vsegda nahodilis' na svoih nyneshnih orbitah. Oni postepenno migrirovali. I v etom klyuch, ob'yasnyayushii v chastnosti svoistva gruppy plutino.

Migraciya planet-gigantov

Mnogie astronomy uzhe ispol'zovali ideyu rezonansov dlya ob'yasneniya nablyudaemyh sgushenii v podpityvaemyh pylevyh diskah. Razvivaemaya imi ideya vyglyadit v celom sleduyushim obrazom: pyl', nahodyashayasya za orbitoi samoi vneshnei krupnoi planety, postepenno sblizhaetsya so zvezdoi po spirali iz-za tormozheniya, vyzvannogo effektom Pointinga-Robertsona. Po mere dostizheniya rezonansnyh orbit, ona mozhet byt' zahvachena v rezonans i prekratit' dal'neishee padenie.

Prichina, po kotoroi vedomoe telo - bud' to pylinka ili planetezimal' - prinuditel'no uderzhivaetsya na rezonansnoi orbite, zaklyuchaetsya v tak nazyvaemyh rezonansnyh silah, to est' periodicheskih gravitacionnyh tolchkah so storony vedushei planety. Oni peredayut vedomomu telu uglovoi moment takim obrazom, chtoby sohranit' bol'shuyu poluos' ego orbity v polozhenii tochnogo rezonansa. V rezul'tate na rezonansnyh orbitah pyl' koncentriruetsya, obrazuya te samye sgusheniya, kotorye i nablyudayutsya v podpityvaemyh pylevyh diskah. (Pochemu pyl' raspredelyaetsya na rezonansnoi orbite ne ravnomernym kol'com, a obrazuet sgusheniya budet ob'yasneno chut' dal'she.)

Ris. 6. Podpityvaemyi pylevoi disk vokrug zvezdy Epsilon Eridana. Snimok v submillimetrovom diapazone poluchen na teleskope Maksvella v 1998 godu. Vnizu sprava oboznacheny razmery orbity Plutona.

Odnako eshe v 1999 godu gruppa astronomov vo glave s Markom V'yattom pokazala, chto effekt P-R v takih pylevyh diskah, kak u Vegi, ne igraet klyuchevoi roli. Eti diski gorazdo plotnee, chem nashe zodiakal'noe pylevoe oblako ili dazhe predpolagaemoe pylevoe kol'co poyasa Koipera. Poetomu iz-za vzaimnyh stolknovenii pyl' v nih izmel'chaetsya v "muku" gorazdo bystree harakternogo vremeni padeniya k centru pod deistviem tormozyashego effekta P-R. V rezul'tate, eshe do sushestvennogo sblizheniya so zvezdoi, pylinki stanovyatsya dostatochno melkimi, chtoby prosto-naprosto vyduvat'sya iz diska svetovym davleniem.

Vyhodit, sushestvennogo padeniya pyli v storonu orbity vneshnei planety ozhidat' ne prihoditsya. Kak zhe togda ob'yasnit' nalichie uplotnenii na periferii podpityvaemyh diskov? Ob'yasneniya vne rezonansnoi teorii u nas net. Kogda pyl' s planetezimalyami, s odnoi storony, i planety-giganty, s drugoi, ostayutsya na svoih neizmennyh orbitah, nikakogo rezonansnogo zahvata ne proizoidet i izbytochnoi naselennosti rezonansnyh orbit ne vozniknet.

Esli gora ne idet k Magometu, Magomet idet k gore. Drugogo vyhoda net. Tak poyavilas' na svet ideya o migracii planet-gigantov ot centra k periferii. V nashei solnechnoi sisteme ona poluchila eshe bolee veskoe svidetel'stvo, ibo na rezonansnyh orbitah v poyase Koipera my nablyudaem otnyud' ne pyl', a krupnye planetezimali, dlya kotoryh effekt P-R prosto ne rabotaet. Zastavit' osest' na rezonansnuyu orbitu vse plutino gorazdo trudnee, chem sdvinut' s mesta odnu planetu. A ved' krome plutino v poyase Koipera uzhe obnaruzheny i drugie rezonansy: naprimer, 2:1 (tutino, ot angl. two - dva), 4:3, 7:4, 5:2.

Postepennaya migraciya Neptuna ot Solnca srazu reshaet mnogie problemy. Srazu ogovorimsya: ne vse. No ved' i problema moloda - reshenie tol'ko nachinaetsya.

V processe migracii bol'shaya poluos' Neptuna, ili ego analoga v lyuboi drugoi planetnoi sisteme, uvelichivaetsya. Eto znachit, chto vremya ot vremeni nekotorye planetezimali budut okazyvat'sya tochno na rezonansnyh orbitah. V etot moment voznikaet vilka: libo planetezimal' budet zahvachena v rezonans, libo net.

V pervom sluchae moshi prilivnyh tolchkov hvataet na to, chtoby narashivat' radius zahvachennoi planetezimali vmeste s radiusom migriruyushei planety. Astronomy govoryat, chto proizoshel zahvat v rezonans. Vo vtorom sluchae sila prilivnyh tolchkov nedostatochna i planetezimal' sryvaetsya s rezonansnoi orbity, kak ryba s kryuchka, ostavayas' na svoei prezhnei orbite. A planeta prodolzhaet migrirovat' dal'she. Takoi ishod sam po sebe ne menee interesen, ibo v dal'neishem planeta mozhet sblizit'sya s planetezimal'yu nastol'ko, chto rech' poidet uzhe ne o rezonansnyh silah, a o nastoyashei "gravitacionnoi atake": planetezimal' prosto-naprosto budet vybroshena so svoei orbity blagodarya moshnym gravitacionnym vozmusheniyam so storony priblizivsheisya planety. Imenno tak, polagayut astronomy, obrazovalis' dve interesnye gruppy planetezimalei.

S odnoi storony, eto celoe semeistvo planetezimalei pod nazvaniem rasseyannye ob'ekty poyasa Koipera (Scattered Kuiper Belt Objects, SKBOs). Oni obladayut sil'no vytyanutymi orbitami s perigeliem okolo 35 a.e. - kak raz to rasstoyanie, na kotorom gravitacionnoe vozdeistvie Neptuna (radius orbity ~30 a.e.) nachinaet moshno vozdeistvovat' na dvizhenie narushitelei ego pokoya. Pro nih mozhno skazat', chto oni byli rasseyany naruzhu po otnosheniyu k orbite Neptuna. No mozhno ved' i rasseivat' vnutr'!

Etot sluchai osobenno interesen, potomu chto syuda popadayut ne tol'ko strannye asteroidy-kentavry, obrashayushiesya v oblasti planet-gigantov, no takzhe ob'ekty, kotorye videli svoimi glazami milliony zhitelei Zemli bez vsyakih binoklei i teleskopov. Da, da, imenno komety! Tochnee, ih raznovidnost' pod nazvaniem korotkoperiodicheskie komety, kotorye, kak schitayut v poslednee vremya mnogie astronomy, yavlyayutsya ni chem inym, kak rasseyannymi vnutr' Solnechnoi sistemy ob'ektami poyasa Koipera i ih oskolkami.

Ris. 7. Snimok yadra komety Galleya, poluchennyi evropeiskim zondom Giotto vo vremya proleta mimo nee 13/14 marta 1986 goda. V afelii eta glyba uhodit ot Solnca za orbitu Neptuna - pryamikom v roditel'skii dom, kak schitayut astronomy, to est' v poyas Koipera. Afeliinoe rasstoyanie komety Galleya kak raz 35 a.e. Lyubuyas' eyu v 1986 godu, my eshe dazhe ne byli uvereny v samom sushestvovanii poyasa Koipera. Proshlo 6 let, i on stal real'nost'yu. Vyhodit, na etom snimke - poslanec ottuda.

Vernemsya k tem planetezimalyam, kotorye vse zhe zahvatyvayutsya v rezonans i nachinayut pod deistviem rezonansnyh tolchkov uvelichivat' bol'shuyu poluos' svoei orbity vmeste s migriruyushei vovne planetoi. Chem dal'she ona migriruet, tem bol'she zahvachennyh planetezimalei okazyvayutsya na ee rezonansnyh orbitah. Oni kak by "sgrebayutsya" v rezonansnye gruppy.

Bolee togo, kak pokazyvaet modelirovanie, prinuditel'noe rasshirenie orbit zahvachennyh tel, privodit k rostu ih ekscentrisitetov i naklonenii. Etot chisto model'nyi rezul'tat velikolepno ob'yasnyaet real'no nablyudaemye svoistva rezonansnogo semeistva plutino v poyase Koipera, ibo kak my uzhe govorili i nakloneniya, i ekscentrisitety orbit plutino v srednem sushestvenno prevoshodyat analogichnye parametry orbit klassicheskih nerezonansnyh tel v poyase Koipera. Etot predskazannyi teoriei fakt uzhe sam po sebe sluzhit veskim argumentom v pol'zu migracionnoi istorii Neptuna.

Mark V'yatt daleko ne pervyi iz teh, kto modeliroval postepennoe rasshirenie orbity krainei vneshnei planety-giganta s massoi Mpl okolo zvezdy s massoi Mstar pri nalichii za ee orbitoi ostatochnogo diska planetezimalei, ne sumevshego "vylepit'" v svoih predelah nichego sushestvenno prevoshodyashego po razmeru 1000-km otmetku. V sluchae Solnechnoi sistemy etim ostatochnym diskom yavlyaetsya poyas Koipera. Prichem vmeste s Plutonom! Ibo ne on, a Neptun stal dirizherom vsei etoi svity. (Pluton, sev na 3:2 rezonansnuyu orbitu Neptuna, "plyashet pod odnu dudochku" s ostal'nymi plutino. Imenno etot fakt stal dlya astronomov grobovym gvozdem v predstavlenie o Plutone kak o devyatoi planete. Vprochem, bol'shinstvo lyudei eshe ne gotovy k takomu vol'tfasu - obshestvennoe mnenie gorazdo konservativnee.)

Sravnenie modelei s real'nost'yu

V modelyah V'yatta i drugih issledovatelei chetko proyavilsya sleduyushii fakt. Zadadim pered nachalom migracii vneshnei planety sluchainoe raspredelenie bol'shih poluosei planetezimalei za predelami planetnoi sistemy. Budem schitat', chto ih orbity blizki k krugovym. Okazyvaetsya, posle starta modeli, po mere uvelicheniya radiusa orbity planety, veroyatnost' zahvata na kazhdyi iz rezonansov budet sil'no zaviset' ot dvuh parametrov: (1) skorosti migracii i (2) otnosheniya massy planety k masse zvezdy Mpl/Mstar.

Grubo govorya, esli vybrana konkretnaya zvezda s izvestnoi massoi, to var'iruya skorost' migracii i massu planety v model'nyh eksperimentah, my budem poluchat' sushestvenno raznoe zapolnenie rezonansnyh semeistv. Vot klyuch, kotoryi pozvolyaet po vidu pylevyh diskov (tochnee, po raspredeleniyu v nih sgushenii), delat' vyvody o masse vneshnei planety i ee migracionnoi istorii.

Kogda Mark V'yatt zayavlyaet o tom, chto vokrug Vegi skoree vsego vrashaetsya planeta s massoi Neptuna, kotoraya v proshlom migrirovala podal'shei ot zvezdy s takoi-to skorost'yu, on prosto ob'yavlyaet parametry modeli, kotoraya nailuchshim obrazom vosproizvodit osobennosti nablyudaemogo okolo Vegi diska. Prichem ogranicheniya na poluchennye kolichestvennye rezul'taty, kak utverzhdaet Mark, ves'ma sil'nye: prosto potomu, chto ih izmenenie sil'no vliyaet na okonchatel'nuyu strukturu diska, kotoruyu blagodarya submillimetrovomu teleskopu Maksvella astronomy znayut de facto (pust' poka v grubyh chertah). Nazovem eti parametry.

Itak, migraciya planety nachalas' s rasstoyaniya 40±10 a.e. i zavershilas' dostizheniem eyu nyneshnei orbity s radiusom 65±5 a.e. Skorost' migracii poluchilas' ravnoi 0,45±0,1 a.e. za million let. Otsyuda sleduet, chto migraciya prodolzhalas' okolo 56 millionov let.

Uchityvaya razmer pylevogo diska Vegi na snimke, Mark pered zapuskom model'nyh eksperimentov zaselyal planetezimalyami kol'co s vneshnei granicei 140 a.e. i vnutrennei - blizko podhodyashei k nachal'noi orbite migriruyushei planety. V naibolee otvechayushem real'nosti eksperimente konechnaya naselennost' rezonansnyh semeistv posle migracii planety okazalas' sleduyushei:

- 41% planetezimalei ostalis' na nerezonansnyh orbitah.

- 5,1% byli zahvacheny na 4:3 rezonans.

- 0,4% - na 5:3 rezonans.

- 22,5% stali plutino, to est' zahvacheny na 3:2 rezonans.

I nakonec, samyi interesnyi sluchai - 2:1 rezonans, tutino. On razbivaetsya na verhnii 2:1(upper) i nizhnii 2:1(low) rezonansy:

- 18,6% planetezimalei zahvacheny na verhnii 2:1(u) rezonans

- i vsego lish' 0,7% - na nizhnii 2:1(l) rezonans.

Gromadnaya raznica v poslednih dvuh cifrah i ob'yasnyaet nesimmetrichnyi vid pylevogo diska Vegi (odno sgushenie yarche vtorogo). Vprochem, my eshe ne ob'yasnili, chto est' verhnii i nizhnii 2:1 rezonans, a glavnoe - pochemu rezonansnye semeistva obrazuyut sgusheniya vmesto odnorodnyh kolec.

Ris. 8. Model' zapolneniya rezonansnyh semeistv v diske Vegi v rezul'tate migracii neptuno-podobnoi planety s rasstoyanii 40 do 65 a.e. za 56 millionov let. V nachale eksperimenta Mark V'yatt zapolnil planetezimalyami kol'co vokrug zvezdy s radiusami vnutrennei i vneshnei granicy 40 i 140 a.e. sootvetstvenno. V iznachal'no nevozmushennom diske ekscentrisitety orbit planetezimalei byli blizki k nulyu (e<0,01).

Obratite vnimanie, vo vremya migracii planeta ne tol'ko zahvatyvaet planetezimali, "sgrebaya" ih v rezonansnye semeistva, no i uvelichivaet ih ekscentrisitety (v deistvitel'nosti i nakloneniya orbit). Blestyashii model'nyi rezul'tat, ob'yasnyayushii osobennosti orbit plutino (3:2 rezonansnyh planetezimalei) v nashem sobstvennom poyase Koipera. Glavnaya trudnost' migracionnoi gipotezy v prilozhenii k Solnechnoi sisteme - malaya naselennost' semeistva tutino (2:1 rezonansnye planetezimali).

Dvumya shtrihovymi liniyami vokrug planety oboznachena zona neustoichivyh orbit planetezimalei. Okazavshiesya v nei tela za ochen' korotkoe vremya budut libo rasseyany vntur' sistemy, libo vybrosheny iz nee proch'.

Geometriya rezonansnyh orbit

Na sheme naselennosti rezonansnyh orbit posle okonchaniya migracii horosho vidno, kak vyrosli ekscentrisitety orbity zahvachennyh planetezimalei. Imenno nekrugovaya forma ih orbit vyzyvaet poyavlenie sgushenii v kol'ce sootvetstvuyushego semeistva. Poslednii fakt legko ob'yasnit' chisto geometricheski.

Rassmotrim planetezimal', zahvachennuyu planetoi na (p+q) : p rezonansnuyu orbitu. Posmotrim na planetnuyu sistemu sverhu takim obrazom, chtoby vrashenie ee tel proishodilo protiv chasovoi strelki. Vo vrashayusheisya sisteme otscheta, zhestko svyazannoi s planetoi, zahvachennaya planetezimal' budet obrashat'sya vokrug zvezdy po chasovoi strelke (potomu chto v real'nosti vrashaetsya medlennee planety). Esli by ee orbita byla strogo krugovoi, vo vrashayusheisya sisteme otscheta ona eyu by i ostalas'.

Ris. 9. Primer krugovyh orbit. V to vremya, kak Neptun delaet poloborota vokrug Solnca, tutino uspevaet sdelat' lish' chetvert'. Vo vrashayusheisya sisteme otscheta, gde Neptun nepodvizhen, tutino za eto zhe vremya delaet chetvert' oborota vokrug zvezdy, no v obratnom napravlenii.

Ris. 10. Vse to zhe samoe, tol'ko na etot raz orbita tutino ellipticheskaya (e>0).

Sovsem drugoe delo - ellipticheskaya orbita. V etom sluchae rezonans proyavlyaetsya v tom, chto vo vrashayusheisya sisteme otscheta pericentry orbity planetezimali budut lozhit'sya vse vremya v odni i te zhe tochki (ih budet rovno p shtuk) otnositel'no nepodvizhnoi v etoi sisteme otscheta planety. Poluchayushayasya orbital'naya figura obrazuet svoego roda uzor s puchnostyami, kotorye voznikayut iz-za togo, chto uglovaya skorost' dvizheniya planetezimali po svoei orbite v pericentre blizhe vsego sovpadaet s uglovoi skorost'yu dvizheniya planety. Sledovatel'no, v puchnostyah planetezimal' provodit bol'she vsego vremeni po otnosheniyu k drugimi dolgotam otnositel'no planety.

Poslednii fakt ochen' vazhen. Esli by u vseh planetezimalei dannogo rezonansnogo semeistva orientaciya etogo uzora otnositel'no planety byla odinakovoi, puchnosti ih orbit sovpadali by. Otsyuda nezamedlitel'no sledovalo by, chto v puchnostyah "tolpilos'" by bol'she vsego zahvachennyh v rezonans tel i oskolkov ih drobleniya (vplot' do pyli).

No ved' orientaciya orbital'nogo uzora kazhdoi planetezimali otnositel'no planety ochevidnym obrazom zavisit ot nachal'nyh uslovii! Kak dobit'sya vzaimnogo vyravnivaniya uzorov vo vrashayusheisya sisteme otscheta? Okazyvaetsya, nikakih special'nyh usilii ne trebuetsya. Rezonansnye sily sami so vremenem zastyavyat puchnosti vseh planetezimalei sobrat'sya vmeste i kolebat'sya v etoi sisteme otscheta okolo odnih i teh zhe uglov otnositel'no planety. Vot i ves' fokus.

Ris. 11. Tak vyglyadyat orbity chetyreh rezonansnyh semeistv vo vrashayusheisya sisteme otscheta, zhestko svyazannoi s planetoi (ona nepodvizhna i oboznachena na risunkah bol'shim krestom). Malen'kie krestiki na orbitah planetezimalei fiksiruyut polozhenie poslednih kazhdyi raz, kogda planeta v inercial'noi sisteme otscheta povernetsya na 15° otnositel'no zvezdy (1/24 ee perioda).

Horosho vidno, chto v perigeliyah planetezimali dvizhutsya s naimen'shei uglovoi skorost'yu otnositel'no planety. (V sluchae bol'shih ekscentrisitetov vozmozhno dazhe retrogradnoe dvizhenie - poluchayutsya petli). Eti oblasti i nazyvayutsya puchnostyami v rezonansnyh semeistvah. Ih chislo vsegda ravno p - vtoroi cifre v oboznachenii rezonansa. Dlya poslednih treh semeistv ugol mezhdu srednim polozheniem puchnostei i planetoi postoyanen (vozmozhny lish' kolebaniya uzora orbity otnositel'no srednego znacheniya). Dlya tutino ugol mezhdu puchnost'yu i planetoi zavisit ot ekscentrisiteta. Na sheme izobrazhen sluchai verhnego 2:1(u) rezonansa, s uglami 257°, 275° i 281° dlya ekscentrisitetov 0.1, 0.2 i 0.3 sootvetstvenno.

Znaya harakternye uzory orbit kazhdogo rezonansa, mozhno vosstanovit' kartinu sgushenii v pylevom diske zvezdy s izvestnoi planetoi i pri dannoi naselennosti ee rezonansnyh semeistv. Eto tak nazyvaemaya pryamaya zadacha opisaniya struktury pylevyh diskov. Mark V'yatt reshil obratnuyu zadachu.

Zametim, chto tol'ko odin rezonans - 2:1 - mozhet isportit' simmetriyu detalei pylevogo diska: pericentry tutino obrazuyut vsego odnu puchnost'! Eta osobennost' zdorovo pomogla Marku, ibo disk okolo Vegi kak raz sushestvenno nesimmetrichen. Okazalos', chto srednee polozhenie edinstvennoi puchnosti dlya orbit tutino menyaet svoe uglovoe polozhenie otnositel'no planety vo vremya migracii poslednei iz-za rosta ekscentrisitetov tutino. Prichem izmenenie mozhet poiti dvumya razlichnymi putyami: libo puchnost' nachnet operezhat' planetu na ugol sushestvenno men'shii 180œ - eto i est' nizhnii 2:1(l) rezonans. Libo ona ubezhit vpered i budet operezhat' planetu na ugol sushestvenno bol'shii 180œ - eto verhnii 2:1(u) rezonans.

Veroyatnost' zahvata v eti dva podsemeistva 2:1 rezonansa razlichna i ochen' chuvstvitel'na k skorosti migracii. Vot otkuda sleduet nesimmetrichnost' diska Vegi, a takzhe zhestkii dopusk na skorost' migracii, sdelannyi Markom.

Neptun

Mark V'yatt takzhe obrashaet vnimanie na tot fakt, chto migracionnaya istoriya neptuno-podobnoi planety okolo Vegi zamechatel'nym obrazom napominaet analogichnuyu istoriyu samogo Neptuna v Solnechnoi sisteme, kak ona viditsya issledovatelyam, izuchayushim osobennosti poyasa Koipera.

V rabote Hana i Malhotra (1999) model' dlya Solnechnoi sistemy vosproizvela eti osobennosti nailuchshim obrazom v predpolozhenii o tom, chto Neptun posle rozhdeniya migriroval s rasstoyaniya 23 a.e. ot Solnca na nyneshnyuyu orbitu s radiusom 30 a.e. za 50 millionov let. Skorost' migracii v dannom sluchae ne sil'no otlichaetsya ot skorosti migracii v modeli Marka, chto navelo ego na mysl' o vozmozhnoi shozhestei skorosti migracii vneshnih planet okolo zvezd, demonstriruyushih fenomen Vegi s toroobraznym pylevym diskom.

Odin iz voprosov otnositel'no migracii Neptuna i podobnyh emu vneshnih planet v drugih sistemah dolzhen byl vozniknut' u chitatelya eshe v samom nachale etoi stat'i. A imenno, pochemu planeta migriruet naruzhu, a ne vovnutr'?

Deistvitel'no, planeta, razbrasyvayushaya vneshnie planetezimali podal'she ot planetnoi sistemy, peredaet im svoi uglovoi moment i tem samym dolzhna sblizhat'sya so zvezdoi. Chtoby migraciya proishodila v obratnuyu storonu, planeta dolzhna preimushestvenno otbirat' uglovoi moment u poslednih, razbrasyvaya ih glavnym obrazom vnutr'. Obshuyu kartinu dlya Solnechnoi sistemy opisali eshe v 1984 godu Dzhulio Fernandes i Ving Aip. Im slovo:

"V voobrazhaemoi planetnoi sisteme, sostoyashei tol'ko iz odnoi planety, rasseyanie komet deistvitel'no privedet k spiral'nomu sblizheniyu planety so zvezdoi. V real'noi zhe sisteme dvizhenie planet vzaimozavisimo, i eto privodit k tomu, chto nekotorye iz nih migriruyu vovne, a drugie naruzhu. Faktorom, svyazyvayushim planety, yavlyaetsya kak raz "raspasovka kometami", pozvolyayushaya peredavat' vmeste s nimi uglovoi moment ot odnoi planete k drugoi. Neptun rasseivaet komety kak v mezhzvezdnoe prostranstvo, tak i vnutr' planetnoi sistemy. Nekotorye iz nih dostigayut Urana i tam vse povtoryaetsya vnov'. Eta lesenka prodolzhaetsya vplot' do poslednei planety-giganta - Yupitera. Nashi raschety pokazyvayut, chto Yupiter prekrashaet etu cepochku peredachi uglovogo momenta. On rasseivaet komety glavnym obrazom naruzhu i sblizhaetsya s Solncem po spirali, v to vremya kak Saturn, Uran i Neptun migriruyut ot nego vovne".

V etoi dinamike skryt drugoi vazhnyi klyuch, kotoryi mozhno primenit' k disku Vegi. A imenno, esli ego struktura tak horosho ob'yasnyaetsya migraciei vneshnei planety naruzhu, znachit tam dolzhna byt' eshe kak minimum odna planeta-gigant vnutri, bez kotoroi vneshnyaya migraciya trudnoob'yasnima.

I v samom dele, esli Neptun odinok i rasseivaet bol'shinstvo planetezimalei (komet v citate Fernandesa i Aipa) vnutr', to v afeliyah oni budut neizbezhno (mozhno skazat' navyazchivo) vozvrashat'sya k orbite rasseyavshego ih giganta. I tak do teh por, poka on ne vyshvyrnet ih proch' iz sistemy. Chto Neptun im otdal vnachale, to dolzhen vernut': v konechnom itoge nikakogo otbora uglovogo momenta u komet ne poluchaetsya - tol'ko otdacha. Znachit, odinokuyu planetu zhdet neizbezhnaya migraciya vnutr'.

Situaciyu korennym obrazom menyaetsya, esli vnutri est' eshe odna planeta-gigant. Ona perehvatyvaet rasseyannye Neptunom komety i mozhet vybrasyvat' ih sama. Bolee togo, esli blizhe k zvezde uzhe net krupnyh planet, ona neizbezhno budet rasseivat' komety glavnym obrazom naruzhu (po opisannoi vyshe dlya Neptuna prichine). Tem samym, vybrasyvaya planetezimali iz sistemy, ona soobshaet etim kometam tot uglovoi moment, kotoryi u nih otobral Neptun.

Lyubopytnaya kartina: Vneshnyaya planeta - Neptun - okazyvaetsya vechnym dolzhnikom, a vnutrennyaya za nego rasplachivaetsya, postepenno sblizhayas' so zvezdoi. Spasti ee mozhet lish' eshe odna vnutrennyaya planeta... i tak dalee po cepochke - do blizhaishei k zvezde gigantskoi planety, kotoraya "platit dolgi" za vseh igrokov v kometnye snezhki za predelami svoei orbity. V Solnechnoi sisteme eto Yupiter. Vyhodit, chto i v sisteme Vegi dolzhna byt' po krainei mere eshe odna vnutrennyaya planeta-gigant, raz vneshnyaya ispytala migraciyu vovne ot zvezdy. Inache eta migraciya trudnoob'yasnima.

Kak tut ne vspomnit' o teh goryachih Yupiterah, kotorye v izobili obnaruzheny okolo drugih zvezd za poslednie desyat' let. Astronomy ne somnevayutsya, chto rozhdenie gazovyh gigantov na takom blizkom rasstoyanii ot zvezdy nevozmozhno. Vyhodit, goryachie Yupitery - tozhe migranty. Ne obmen li uglovymi momentami cherez komety privel etih ispolinov v ob'yatiya svoei zvezdy?

Luchshe odin raz uvidet', chem sto raz uslyshat'

Esli govorit' o vozmozhnosti pryamogo obnaruzheniya predpolagaemoi planety okolo Vegi, to poka dela obstoyat neuteshitel'no. Popytka sdelat' eto na 10-metrovom teleskope im. Keka v infrakrasnom svete provalilas'. Da chto tam govorit', sudite sami: verhnii predel na massu predpolagaemogo giganta na rasstoyanii okolo 10" ot zvezdy v etih nablyudeniyah sostavil ~3300 zemnyh massy! Eto v 10 raz bol'she, chem vesit Yupiter. A ved' Mark govorit o planete s massoi vsego 17 zemnyh... "Uchityvaya ee blizost' k stol' yarkoi zvezde, ochen' trudno na nyneshnem tehnologicheskom urovne uvidet' etu planetu neposredstvenno", - pishet on v svoei rabote.

Vot pochemu Mark delaet stavku na predskazatel'nye storony svoei gipotezy.

1. Sgusheniya dolzhny vrashat'sya na 1,1œ v god. Eto predskazanie mozhno proverit' uzhe cherez neskol'ko let. Oni zhe pozvolyat uznat' istinnoe polozhenie planety (vozmozhna i zerkal'naya situaciya, pri kotoroi planeta dvizhetsya po chasovoi strelke, no i nahoditsya na severo-zapade ot zvezdy).

2. Eshe bolee interesno vtoroe predskazanie, proverit' kotoroe stanet vozmozhnym s razvitiem infrakrasnyh teleskopov i sootvetstvuyushih priemnikov dlinnovolnovogo izlucheniya. Rech' idet o nalichie v diske bolee slabyh sgushenii, kotorye pri 14-sekundnom razreshenii teleskopa Maksvella prosto ne vidny. V chastnosti, sgusheniya, voznikayushego v puchnostyah 4:3 i 5:3 rezonansnyh semeistv, kotoroe nahoditsya tochno na protivopolozhnoi ot planety storone diska.

Ris. 12. Model'nyi disk okolo Vegi, "sformirovavshiisya" v eksperimente Marka V'yatta. Strelkoi ukazano bolee slaboe sgushenie, kotoroe on nadeetsya razglyadet' v budushem.

A.I.D'yachenko, obozrevatel' zhurnala "Zvezdochet"