Изучение ранней эволюции Юпитера помогает понять, как формировалась наша Солнечная система и почему она приобрела свою уникальную структуру. Юпитер, благодаря своей огромной гравитации, часто называют «архитектором» Солнечной системы: он сыграл ключевую роль в формировании орбит других планет и в моделировании диска из газа и пыли, из которого они образовались. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, Константин Батыгин, профессор планетологии из Калифорнийского технологического института, и Фред С. Адамс, профессор физики и астрономии из Университета Мичигана, рассказали о начальном состоянии Юпитера.

Расчеты ученых показали, что примерно через 3,8 миллиона лет после появления первых твердых частиц в Солнечной системе — в ключевой момент, когда диск материала вокруг Солнца, называемый протопланетной туманностью, начал рассеиваться, — Юпитер был значительно больше, чем сейчас, и обладал гораздо более мощным магнитным полем.

«Наша главная цель — понять, откуда мы произошли, и определить ранние этапы формирования планет — это важная часть головоломки. Это приближает нас к пониманию того, как сформировались не только Юпитер, но и вся Солнечная система», — сказал Батыгин.

Батыгин и Адамс подошли к этому вопросу, изучив маленькие спутники Юпитера — Амалтею и Фебу, которые вращаются вокруг планеты еще ближе, чем Ио.

Поскольку орбиты Амалтеи и Фебы слегка наклонены, Батыгин и Адамс проанализировали эти небольшие отклонения, чтобы вычислить изначальный размер Юпитера: примерно в два раза больше его текущего радиуса, что эквивалентно объему более 2000 Земель. Исследователи также определили, что магнитное поле Юпитера в то время было примерно в 50 раз сильнее, чем сегодня.

Адамс подчеркивает, как удивительно, что прошлое оставило следы, которые можно изучить даже спустя 4,5 миллиарда лет: «Поразительно, что спустя столько времени сохранилось достаточно подсказок, чтобы мы могли восстановить физическое состояние Юпитера на заре его существования».

Важно, что эти выводы были сделаны на основе независимых данных, которые обходят традиционные неопределенности в моделях формирования планет. Обычно такие модели опираются на предположения о плотности газа, скорости нарастания массы или массе ядра из тяжелых элементов. Вместо этого команда сосредоточилась на орбитальной динамике спутников Юпитера и сохранении углового момента планеты — величинах, которые можно измерить напрямую.

Их анализ дает четкую картину Юпитера в момент, когда окружающая солнечная туманность испарилась, — это переломный момент, когда материалы для формирования планет исчезли, и изначальная структура Солнечной системы закрепилась.

Результаты добавляют важные детали к существующим теориям формирования планет, которые предполагают, что Юпитер и другие гигантские планеты вокруг других звезд сформировались через процесс, называемый аккрецией ядра. Это процесс, при котором скалистое и ледяное ядро быстро собирает газ.

Эти базовые модели разрабатывались десятилетиями многими учеными, включая Дейва Стивенсона, почетного профессора планетологии Калифорнийского технологического института. Новое исследование опирается на эту основу, предоставляя более точные измерения размера Юпитера, скорости его вращения и магнитных условий на раннем, ключевом этапе.

Батыгин подчеркивает, что, хотя первые моменты жизни Юпитера все еще скрыты в неопределенности, текущее исследование значительно проясняет картину важных этапов развития планеты. «То, что мы здесь установили, — это ценный ориентир. Точка, от которой мы можем увереннее воссоздавать эволюцию нашей Солнечной системы», — сказал учёный.