Юпитер "оберегает" Плутон от вылета из Солнечной системы и столкновения с Нептуном

Карликовой планете Плутон во многом повезло, что он существует на своей орбите, которая достаточно необычна. Новое исследование показывает, что для его стабильного существования на этой орбите в течение многих лет должны были сложиться удачные для карликовой планеты факторы.

Бывшая девятая планета Солнечной системы, которая теперь считается карликовой планетой, имеет очень вытянутую орбиту с наклонением в 17 градусов относительно эклиптики. Орбитальный период Плутона составляет 248 лет и примерно 20 из них он находится внутри орбиты Нептуна. Тот факт, что их орбиты пересекаются, но планеты не сталкиваются, заинтересовал ученых. Выяснилось, что этому способствуют два свойства орбиты Плутона – азимутальная и широтная либрации.

Азимутальная либрация приводит к тому, что всякий раз при пересечении орбиты Нептуна Плутон находится как минимум в 90 градусах от него, если проецировать их взаимное положение на эклиптике относительно Солнца. Широтная либрация обеспечивает нахождение Плутона далеко от плоскости эклиптики, когда карликовая планета оказывается в ближайшей точке к Нептуну. Эти два фактора позволяют Плутону избегать риска столкновения с Нептуном.

Планетологи решили выяснить, почему сложились такие условия для Плутона. В ходе компьютерного моделирования они определили, что Нептун, что ожидаемо, оказывает наибольшее влияние на азимутальную либрацию Плутона, поскольку они находятся в орбитальном резонансе 3:2 – на каждые три оборота Нептуна вокруг Солнца Плутон совершает ровно два. Но модели показали, что Нептун при этом почти не влияет на широтную либрацию Плутона.

Авторы исследования «прогнали» модель с учетом гравитации Урана и выяснили, что он вносит еще большую нестабильность в орбиту Плутона, уничтожая эффект от азимутальных и широтных либраций. Если бы орбита Плутона зависела только от воздействия этих двух соседних планет, она стала бы нестабильной всего через десятки или сотни миллионов лет, в результате чего Плутон либо столкнулся бы с Нептуном, либо был бы выброшен из Солнечной системы.

В своем моделировании исследователи проводили симуляцию на следующие 5 миллиардов лет. Они включили в проект и влияние Сатурна с Юпитером. Тогда картина сложилась. Несмотря на то, что они находятся от Плутона дальше, чем Нептун и Уран, их гравитационное влияние очень велико. Один только Юпитер обеспечивает достаточное воздействие, чтобы орбита Плутона оставалась стабильной в течение всего срока симуляции.

Авторов также поразила узость зоны стабильности орбиты для Плутона. Если бы в ней были незначительные отклонения, гравитация планет-гигантов выбросила бы его за пределы Солнечной системы или привела бы к столкновению с Нептуном.

Это исследование важно и с точки зрения понимания орбитальной механики транснептуновых объектов, которые зачастую тоже имеют сильно наклоненные и вытянутые орбиты. Обнаруженное взаимодействие важно и для оценки миграции планет в Солнечной системе и других системах, влияния на эти процессы планет-гигантов. Например, можно попытаться определить по отклонениям и наблюдаемым параметрам орбит признаки былого присутствия планет, которые были в прошлом выброшены из Солнечной системы.