Типичная уникальность: астрономы объяснили странности Солнечной системы

Солнечная система оказалась одновременно типичной и уникальной.

Солнечная система оказалась одновременно типичной и уникальной.
Иллюстрация Pixabay

Распределение исследованных систем по количеству планет.

Распределение исследованных систем по количеству планет.
Иллюстрация Nanna Bach-Moller, Uffe G. Jorgensen/Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2020).

Закон, связывающий эксцентриситет орбит с количеством планет. Масштаб по обеим осям логарифмический.

Закон, связывающий эксцентриситет орбит с количеством планет. Масштаб по обеим осям логарифмический.
Иллюстрация Nanna Bach-Moller, Uffe G. Jorgensen/Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2020).

Солнечная система оказалась одновременно типичной и уникальной.
Распределение исследованных систем по количеству планет.
Закон, связывающий эксцентриситет орбит с количеством планет. Масштаб по обеим осям логарифмический.

Учёные получили ответ на давно мучивший их вопрос: почему орбиты планет Солнечной системы почти круговые? Это свойство долго считалось удивительным, но оказалось лишь проявлением всеобщего закона. Однако причины считать Солнечную систему уникальной всё равно есть.

Как известно, планеты обращаются вокруг звёзд по эллипсам. Эллипсы бывают более вытянутыми (больше похожими на овал) или менее вытянутыми (больше похожими на окружность). Чтобы измерять, насколько "более" превосходит "менее", математики придумали специальную величину – эксцентриситет. Чем больше эксцентриситет, тем больше эллипс вытянут. Так, у окружности (совершенно невытянутого эллипса) эксцентриситет равен нулю.

Орбиты планет Солнечной системы почти не отличаются от круговых, то есть имеют почти нулевой эксцентриситет. Когда астрономы стали массово открывать другие планетные системы, выяснилось, что это совершенно не типичная ситуация. Обычно миры обращаются вокруг звёзд по куда более вытянутым эллиптическим траекториям.

С другой стороны, семья Солнца уникальна обилием планет: их восемь. Астрономам известно крайне мало настолько богатых систем. Связаны ли между собой две эти странности? Этим вопросом и задались авторы нового исследования.

Они взяли за основу каталог экзопланет с сайта exoplanet.eu по состоянию на август 2019 года. В этот каталог попадают все планеты, существование которых подтверждено несколькими независимыми наблюдениями.

Экспертов интересовали только миры, для которых известно значение эксцентриситета орбиты. Таких нашлась 1171 штука в 895 системах. Из этих систем 75% были однопланетными, ещё 17% – двухпланетными. В 45 системах нашлось по три планеты, а в 20 системах – по четыре. Также в выборку попали четыре пятипланетные, шесть шестипланетных и по одной семи- и восьмипланетной системе.

Распределение исследованных систем по количеству планет.

Авторы оговариваются, что на самом деле в любой из этих систем может быть больше миров, чем нам известно. Ведь обычные методы поиска экзопланет требуют наблюдать за родительской звездой хотя бы в течение трёх оборотов планеты, а для миров с длинным "годом" это проблематично. Кроме того, астрономам всё ещё сложно обнаруживать экзопланеты, которые существенно меньше Земли.

Что, если бы Солнечная система наблюдалась извне, скажем, три года? К слову, обычно период наблюдений гораздо короче. Инопланетные астрономы обнаружили бы в ней не восемь, а только три планеты: Меркурий, Венеру и Землю. А если бы не сумели засечь Меркурий из-за его скромных размеров, то и две. Так что "недонаселённость" экзопланетных систем по сравнению с Солнечной может быть лишь следствием недостаточно долгих наблюдений.

Тем не менее для начала можно предположить, что в каждой системе ровно столько миров, сколько нам известно. Исходя из этого, авторы обнаружили интересную закономерность.

Эксцентриситет планетных орбит подчинялся весьма чёткому математическому закону (степенному). Проще говоря, чем больше в системе планет, тем менее вытянуты их орбиты. Это правило не зависит от размеров планет в системе, метода их обнаружения и других параметров. Учёные также отмечают, что именно такая закономерность была получена в некоторых моделях образования планетных систем.

Закон, связывающий эксцентриситет орбит с количеством планет. Масштаб по обеим осям логарифмический.

Открытому авторами закону подчиняются все известные мультипланетные системы. А вот однопланетные (которых, напомним, 75%) "вываливаются" из общей картины. Учёные говорят, что причина может быть в том, что не все эти системы в действительности однопланетные. В них могут быть неоткрытые миры. Видимо, обнаруженную закономерность придётся не раз перепроверять по мере накопления данных.

Но если она всё же верна, получается следующая картина. Удивительная почти круговая форма планетных орбит – не случайность. Это проявление закона: чем больше планет, тем больше орбиты похожи на окружности. При этом всего 1% известных нам планетных систем могут сравниться с Солнечной по количеству миров. Поэтому и неудивительно, что "солнечная" форма орбит встречается так редко.

Подробности исследования изложены в научной статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, чем ещё уникальна Солнечная система. Также мы писали о том, как она зародилась и какой драматичный конец её ждёт.