CC BY
63СОЛНЕЧНАЯ И СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ: ПРОИСХОЖДЕНИЕ, ЭВОЛЮЦИЯ, КАТАСТРОФЫ, И ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
Ю.В. Баркин [email protected])
(Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга)
Абстракт. В свете последних достижений по изучению тел солнечной системы и новых планетных систем с единых позиций изучаются фундаментальные космогонические проблемы: формирование планетных и спутниковых систем, их эволюция, катастрофические события в жизни Солнечной системы, общие закономерности устройства и эволюции планетных, экзопланетных и спутниковых систем. В основу исследования положена теория происхождения Солнечной системы А. А. Маракушева [8] и малоизвестная теория циклического планетогенеза Л.И. Панкуля [10]. Единение указанных фундаментальных подходов позволяет воссоздать картину основных этапов жизни протопланет и планет солнечной системы, восстановить крупнейшие катастрофы, которые имели место на ранних этапах формирования Солнечной системы. Установлено важное эмпирическое правило поясной иерархической структуры планетных и спутниковых систем, сыгравшее важную роль при историческом анализе эволюции и катастроф в этих системах. В частности указаны орбиты, являющиеся потенциальными для новых объектов в экзопланетных, солнечной и в спутниковых системах.
1. О теориях происхождения Солнечной системы. В последние два года (2000, 2001) одно за другим следуют открытия новых планетных систем у звезд главной последовательности. В настоящее время общий список открытых экзопланет составляет 74 (на октябрь 2001, [6], [7],[14]). Экзопланеты, по своим физическим характеристикам за частую похожие на Юпитер, во многих случаях характеризуются большими эксцентриситетами своих орбит и совершают движение на близких расстояниях от материнской звезды. Присутствие экзопланетных тел на низких орбитах не удается объяснить в рамках «классической» теории многостадийного аккрекционного образования планет [11], [13]. Естественно, что открытия экзопланет стимулировало разработки новых теорий происхождения планетных систем, к тому же эта теория и сама испытывала кризис в своем развитии независимо от современных открытий [3], [7]. В данной работе мы не будем рассматривать работы по теории происхождения планетных систем, выполненные в последние годы, а обратимся к сравнительному анализу двух теорий, разработанных А.А. Маракушевым [8] и Л.И. Панкулем [10]. Эти работы были выполнены до эры открытий экзопланет, но отмечены важными предсказаниями устройства планетных систем на ранних и последующих стадиях их развития. Фактически оба автора блестяще предсказали наличие массивных экзопланет-гигантов, подобных современному Юпитеру, в том числе вблизи материнской звезды [8], [9]. Л.И. Панкуль приводит даже оценки массы подобных тел до 10-20 масс Юпитера, что хорошо согласуется с современными данными по экстрапланетам [10]. А.А. Маракушев весьма аргументировано показал, что планеты земной группы на ранних стадиях развития также представляли собой планеты-гиганты, а в современную эпоху являются как бы ядрами своих предшественниц. Л.И. Панкуль установил ряд закономерностей в распределении и эволюции орбит планет солнечной системы и фактически разработал эффективный метод реставрации катастрофических событий в Солнечной системе на протяжении всей истории ее существования. В частности он предсказал, что Плутон является двойной планетой за десять лет до открытия Харона [10]. Именно эти положения теории Л.И. Панкуля изучаются, развиваются и дополняются в данной работе. Важный интерес представляет детальный сравнительный анализ теорий А. А. Маракушева и Л. И. Панкуля, которые, не смотря на
некоторые коренные различия, содержат много общих формулировок и выводов, хорошо согласующихся с современными данными. Это мы планируем сделать в следующей более емкой работе, а здесь ограничимся лишь схематическим изложением и сравнением указанных теорий, которые в будущем должны получить усовершенствование и развитие.
А.А. Маракушев и Л.И. Панкуль по разному видят процесс формирования планет солнечной системы, но одинаковым образом интерпретируют процессы формирования спутников планет. По А.А. Маракушеву образование планет-гигантов происходило не в результате аккумуляции железо-каменного (метиоритного) вещества, как предполагалось метиоритными гипотезами, а путем аккреции ледяных, содержащих космическую пыль планетозималей, сходных по физическому состоянию с кометами [9]. Согласно этой концепции стяжение огромных масс ледяного вещества сопровождалось их гравитационным сжатием с подъемом температуры (до 20000 К в Юпитере) и полным плавлением. По Л.И. Панкулю схема образования планет ( в результате отделения сгустков материи при быстром вращении протосолнца и циклически-ступенчатом сокращении его радиуса) по своей сути близка к классической схеме П. Лапласа. Он полагает, что процессы образования планет-гигантов и последующего формирования спутников были совершенно аналогичны [10]. И те и другие происходили при гравитационном сжатии Протосолнца (протопланет) в результате отделения или выбросов материи из верхних слоев материнского тела. По А. А. Маракушеву развитие расплавной не смесимости приводило к формированию тяжелых ядер планет. Это приводило к вариациям угловой скорости вращения планеты, к развитию неустойчивых областей вблизи ее поверхности и к последующему отрыву и выбросу масс [8], [9].
2. О механизмах планетогенеза и спутникогенеза. Можно предположить, что именно на этом этапе активно начал проявлять себя механизм относительных поступательных смещений оболочек планет-гигантов с формирующимися железно-селикатными ядрами [2]. Различия в динамических сжатиях ядра и других оболочек (а внешние оболочки были сжаты сильнее) приводили к возникновению гигантских усилий взаимодействия между ними, которые приводили к вариациям напряженного состояния вещества, к вариациям динамического строения и как следствие к значительным вариациям угловой скорости вращения планеты. При относительном радиальном смещении центров масс оболочек одна из полусфер планеты подвергалась интенсивному воздействию (усилению напряженного состояния), а противоположна - его ослаблению. Гипотеза П. Лапласа предполагает циклическое отделение от вращающегося Протосолнца колец материи. Л. И. Панкуль также предлагает механизм ритмичного возникновения скручивающихся и отделяющихся сгустков материи от быстровращающегося гигантского Протосолнца [10]. Предложенный механизм взаимодействия оболочек в принципе может приводит к отделению или взрывному выбросу масс вдоль определенных направлений в теле Протосолнца (преимущественно в плоскости его экватора). Однако, А.А. Маракушев считает, что отделение масс от вращающегося небесного тела происходило только при формировании спутников планет-гигантов, а формирование- аккреция самих планет осуществлялось по особому сценарию. Наряду с указанным механизмом важную роль в формировании планет и спутников могли играть и другие небесно-механические механизмы. На наш взгляд недостаточно изученным является механизм асимметричного прилива, характеризуемый приливным потенциалом первого порядка. Его происхождение связывается с дополнительными членами в классическом выражении приливной силы, вызванными, например, дополнительным ускорением центра масс деформируемого небесного тела из-за его несферичности. Эксцентричность эластичной мантии и эксцентрическое положение центров масс ядра и мантии также приводят к дополнительным членам приливной силы указанной структуры [1]. Недостаточно изучена роль других неинерциальных составляющих в решении уравнений теории упругости (кориолисовых и переносных сил инерции). Другими словами целый ряд положений классической теории приливов нуждается в дальнейшем изучении и развитии.
3. Регулярная структура планетных и спутниковых систем.
3.1 Правило иерархии орбит и их поясного группирования. На основных этапах развития планеты (спутники) формировались группами (обозначим их O, A, B, C, D ). Группы A, B, C содержат по пять планет и являются основными для Солнечной системы. Планеты-компаньоны в каждой группе обозначим буквами Ai,Bi,Ci,...(/ = 1,2,3,4,5)). В группу A
условимся включать первую полную группу с пятью протопланетами, ближайшую к материнской звезде. Неполная группа O в настоящее время не сохранилась. Весьма вероятно, что на ранних стадиях существовали протопланеты O1, O2. Первая из них (ее мы условно назвали Протоикар) по-видимому погибла в результате сближения с Протомеркурием (см. п. 4). Три основные группы планет A, B, C были заполнены полностью, но, как уже отмечалось, в ряде случаев протопланеты претерпели катастрофические изменения. Более того имеются свидетельства в пользу того, что группа C имеет расширенный характер, а число ее компаньонов может быть значительно больше. На это указывают современные данные об орбитах так называемых малых тел-кентавров с трансплутоновым расположением афелиев орбит (см.табл.1, 2).
Согласно установленному правилу расстояния между орбитами соседних компаньонов данной группы являются одинаковыми. Обозначим их через AO, AA, AB, AC и
т. д. Внешняя и внутренняя группы компаньонов могут насчитывать как меньше, так и значительно больше пяти компаньонов, но расстояние между соседними из них - постоянно. Таким образом, в центральной части располагаются основные регулярные группы планет. Панкуль Л.И. [10] указал три таких группы для системы Солнца (15 протопланет). Возможно, что это наиболее распространенная структура и у планетных систем других звезд. Это положение мы используем при моделировании орбит планетных систем пульсаров PSR 1257+12, PSR 1828-11 и звезды Ups And [14]. Тем не менее в спутниковых системах достаточно уверенно выделяются четыре и более полных групп. Вместо группы O для спутников используется расширенная группа кольцевых структур r и малых внутренних спутников rj (табл. 3-6). В иерархической структуре распределения орбит планет звезды Ups And введена даже вторая внутренняя группа планет oi (см. табл. 2).
Для аналитического описания указанных закономерностей введем в рассмотрение большие полуоси орбит планет в указанных выше группах компаньонов aoi, aOi,
aAi,aBi,aCj, aDj (i = 1,2,3,4,5; j = 1,2,...). Правило планетных расстояний можно записать в
следующем виде:
azi = az о +1 •Az (I = i,j), где Z = o,O,A,B,C,D, (1)
а межорбитальные расстояния удовлетворяют фундаментальным соотношениям:
36Ao = 6AO = AA = AB /6 = AC /36 = AD /216 = 0.267 a.e. (2) и для удобства в формуле (1) использованы обозначения:
aO0 = ao5 , aA0 = aO5 , aB 0 = aA5 , aC0 = aB5 , aD0 = aC5 . (3)
Из формул (1)-(3) следует, что для установления указанной иерархической структуры планет достаточно указать значение большой полуоси одной, но конкретной планеты (aA1 например) и определить лишь один характерный дистанционный параметр, например A A .
3.2 Природа закономерностей в планетных расстояниях трех групп планет [10]. Согласно гипотезе Л. И. Панкуля Протосолнце ритмически сжималось на ранних стадиях звездной эволюции (до выхода на главную последовательность), производя в согласованном ритме выбросы и отделения планетных (или лучше сказать протопланетных) масс. В результате формировалась планетная система со строго упорядоченной структурой и определенной иерархией расположения орбит, которая в значительной степени сохранилась и в современную эпоху. Закономерности в планетных расстояниях (см. п.3.1) выделенных трех групп планет (с учетом позднейших нарушений в планетной системе) вытекают из прямой пропорциональности современных значений величин p(M + m) исходным
значениям RkMk в фазах планетогенеза ( здесь p - величина параметра современной орбиты планеты с массой m ; Rk - величина экваториального радиуса Протосолнца в фазах предельно быстрого вращения последнего; Mk - масса Протосолнца в критических фазах). При наличии закономерного порядка в соотношениях величин RkMk в последовательно наступающих
критических фазах планетогенеза такой же порядок должен наблюдаться и в современных значениях произведения p(M + m) системы планет, сохранивших первичные взаимоотношения орбит. Т.е. исходные структурные связи между орбитами компонентов планетной системы в значительной степени сохранились благодаря пропорциональному изменению параметров орбит планет p в длительной эволюции солнечной системы в соответствии с законом Джинса p(M + m) = const. Это соотношение является базисным и дает возможность установить общее направление и особенности эволюции планетной системы за весь период ее существования. Конечно эта гипотеза (и другие возможные объяснения эмпирического правила) нуждаются в глубоких динамических исследованиях.
3.3 Солнечная система. Эффективность сформулированного правила планетных расстояний для тел Солнечной системы весьма четко иллюстрируется результатами, представленными в таблице 1. Здесь приведены значения больших полуосей возможных планет и иных объектов на протопланетной стадии Солнечной системы. Сравнение теоретических и наблюдаемых значений больших полуосей орбит представляет собой важный инструмент реконструкции эволюции, восстановления и анализа возможных катастрофических явлений в жизни Солнечной системы (кратко об этом см. п.4). Были выявлены следующие явления. I. Формирование планет (спутников) P2, P3 и P3, P4 ; P4, P5 ( в каждом из поясов) на орбитах близких к резонансным с соизмеримостями средних движений вида 3:2 и 4:3. В частности это объясняет природу наблюдаемого резонанса в системе Плутон-Нептун. II. Небесно-механическая неустойчивость компаньона P4 в каждой полной группе. В случае планет это приводит к его захвату планетой P3, что хорошо иллюстрируется существующими системами двойных планет Земля-Луна и Плутон-Харон. III. Обнаружено явление выметания астероидно-кометных тел из узких областей вблизи орбит Протоюпитеров I и II и Юпитера. IV. Явление формирования двух асимметричных «валов», наполненных кометно-астероидными телами, с внутренней («больший вал» )и внешней стороны орбиты соответствующей планеты. V. Значениям больших полуосей протопланет окраинных поясов E и D, соответствуют средним значениям больших полуосей орбит определенных групп кентавров ( табл. 1). Крестиками в табл.1 отмечены прототела, покинувшие свои изначальные орбиты в результате катастроф. Звездочкой отмечены средние значения больших полуосей соответствующих групп компаньонов-кентавров [15]. Согласующиеся теоретические и наблюдаемые значения больших полуосей выделены жирным шрифтом.
3.4 Планетные системы пульсаров PSR 1257+12, PSR 1828-11 и звезды главной последовательности Ups And. В данной работе показано, что сформулированное правило также эффектно описывает распределения больших полуосей орбит экзопланет в трех новых планетных системах PSR 1257+12, PSR 1828-11 и Ups And. Значения больших полуосей соответствующих планет были взяты из энциклопедии [14]. Более того правило п.3.1 позволяет предвычислить значения больших полуосей орбит других возможных компаньонов указанных планетных систем (см. табл. 2). В таблице приведены списки основных групп планет Ai, Bi, Ci, Di для рассматриваемых звезд (также указаны отдельные планеты двух близзвездных групп oi, Oi , которые вообще говоря являются не полными). Важной особенностью предложенной упорядоченной структуры каждой планетной системы является то, что все наблюдаемые экзопланеты обнаруживают свои «правильные» положения в определенной иерархической сетке подобно планетам солнечной системы.
Таблица 1. Теоретические (Т) и наблюдаемые (Н) значения больших полуосей орбит планет и малых кометных тел Солнечной системы ( в а.е., АА = 0.267) .
П Название Т Н П Название Т Н
O1 2.468 млн. км 0.0165 C3 Протоплутон 38.375 +++
O2 9.126 млн. км 0.0610 C3/C4 Плутон+Харон 39.439 39.439
O3 15.78 млн. км 0.1055 C4 Протохарон 47.987 +++
O4 22.44 млн. км 0.150 C5 Трансплутон 57.599 55.9 ± 2.0*
O5 Протоикар 0.194 +++ Сб Компаньоны С6 67.21 65.9 ± 1.6*
O5/A1 Меркурий 0.328 0.387 С7 Компаньоны С7 76.82 75.3 ± 2.7*
A1 Протомеркурий 0.461 +++ C8 Компаньоны С8 86.44 85.2 ± 1.8*
A2 Венера 0.728 0.723 C9 Компаньоны С9 96.05 94.3 ± 2.4*
A3 Земля 0.995 +++ C10 Компаньоны С1о 105.7 101*
A3/A4 Земля+Луна 1.000 1.000 D1 Компаньоны Б1 115.3 117 ± 2*
A4 Протолуна 1.262 +++ D2 Компаньоны Б2 172.9
A5 Марс 1.529 1.524 D3 Компаньоны Б3 230.6 221 ± 9*
Бх Астероиды 3.131 3.3** D4 Компаньоны Б4 288.3
B2 Протоюпитер II 4.733 +++ D5 Компаньоны Б5 345.5
Б2/Б3 Юпитер 5.203 5.203 D6 Компаньоны Б6 403.2
B3 Протоюпитер I 6.335 +++ D7 Компаньоны Б7 460.8
B4 Прототитан 7.937 +++ D8 Компаньоны Б8 518.5
Б4/Б5 Сатурн+Титан 9.539 9.539 D9 Компаньоны Б9 576.2 561*
B5 Протосатурн 9.539 +++ D10 Компаньоны Б10 633.9
C1 Уран 19.151 19.184 D11 Компаньоны Б11 691.5
C2 Нептун 28.763 30.058
Таблица 2. Иерархические группы планет Рп и теоретические значения больших полуосей их орбит (в а.е.; в скобках указаны значения, полученные из наблюдений).
Pn PSR1257+12 PSR 1828-11 UPS AND SUN
о4 0.053 (0.059)
O4 0.153 0.085 0.343 0.150
O5 0.170 (0.19) 0.15 0.413 0.194
A, 0.27 0.54 0.830 (0.83) 0.461 Меркурий (0.39; 0.467)
A2 0.370 (0.36) 0.93 (0.93) 1.25 0.728 Венера (0.723)
A3 0.470 (0.47) 1.32 (1.32) 1.67 0.995 Земля (1.000)
A4 0.570 1.71 2.08 1.262 Протолуна (+++)
A5 0.670 2.10 (2.10) 2.50 (2.5) 1.529 Марс (1.524)
Б1 1.27 4.44 5.01 3.131 Астероиды (2.9-3.2)
Б2 1.87 6.78 7.51 4.733 Юпитер I Юпитер
Б3 2.47 9.12 10.02 6.335 Юпитер II (5.203)
B4 3.07 11.46 12.52 7.937 Прототитан (+++)
B5 3.67 13.80 15.03 9.539 Сатурн (9.539)
C1 7.27 27.84 30.06 19.15 Уран (19.18)
C2 10.87 41.88 45.10 28.76 Нептун (30.03)
C3 14.47 55.92 60.13 38.38 Плутон (39.40)
C4 18.07 69.96 75.16 47.99 Протохарон (+++)
C5 21.67 84.00 90.20 57.60 Кентавры (55 ± 2.0)
D1 43.27 (~40) 168.2 180.4 114.9 Кентавры (117 ± 5)
D2 64.87 252.5 270.6 172.5 C/2001 Q1 (173.5)
D3 86.47 336.7 360.8 230.2 Кентавры (221 ± 9)
Предложенная структура указывает места расположения новых неоткрытых на сегодня экзопланет в рассматриваемых звездных системах.
Фактически эти результаты означают, что другие планетные системы также могут обладать иерархической структурой аналогичной солнечной. Изучение аналогий в устройствах солнечной и иных планетных систем может сыграть ключевую роль для поиска неоткрытых пока планет с условиями пригодными для жизни. Из наших результатов следует, что в новых планетных системах обнаружены лишь отдельные планеты, а многие их компаньоны пока остаются «за кадром» и их выявление - дело будущего. Указанные структуры планетных систем, могут оказаться полезными для поиска внеземных цивилизаций. А сами установленные закономерности позволяют гораздо оптимистичнее смотреть на возможности внеземных контактов. В частности, из наших исследований вытекает, что системы экзопланет должны содержать двойные планеты по аналогии с нашими системами Земля-Луна и Плутон-Харон. На роль двойных планет типа Земля-Луна претендуют, например, экзопланеты А3 во всех трех новых планетных системах, представленных в табл.2. Важную роль установленные закономерности должны также сыграть для разработки новых сценариев происхождения и эволюции планетных систем. 3.5 Спутниковые системы. Правило п.3.1 позволило также выявить аналогичные поясные иерархические структуры в расположении орбит спутников и кольцевых образований больших планет. Списки этих объектов представлены в табл. 3-6. В обозначениях групп и компаньонов здесь не используются буквы О^ о^ Группа г с большим числом элементов г объединяет в основном кольцевые структуры (включает также некоторые промежуточные структуры, обозначаемые как г^, см. описание к таблицам 3-6). Для спутниковых систем Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна были приняты следующие значения параметра А А: А м = 0.04872, А А8 = 0.001789, А Аи = 0.005702 и А АЫ = 0.01264 (эти величины и значения
больших полуосей в таблицах 3-6 даются в млн. км). Таблицы достаточно четко иллюстрируют эффективность сформулированного правила планетных расстояний. Оно объясняет расположение орбит почти всех объектов спутников больших планет и их кольцевых структур, известных в настоящее время. Теоретические (Т) и наблюдаемые (О) значения больших полуосей спутников и кольцевых структур находятся в хорошем согласии ( в таблицах соответствующие объекты и значения больших полуосей выделяются жирным шрифтом). Более того правило позволяет выделить новые орбиты для весьма вероятных новых компаньонов в спутниковых системах больших планет. Из таблиц 3-6 в частности видно, что средние орбиты некоторых малых семейств родственных спутников располагаются посередине между орбитами двух соседних протокомпаньонов. Аналогичное явление (возможно, что оно имеет динамическую природу) имеет место и для ряда кольцевых структур (см. ниже краткие описания этих структур в соответствие с монографией[5]). Основные черты иерархического и упорядоченного строения спутниковых систем были приобретены при их формировании на протопланетной стадии. Однако, для широкого ряда спутников и кольцевых структур имел место их динамический выход на иерархические орбиты (или на близкие к ним резонансные орбиты) под действием гравитационных сил планеты и главных компаньонов [5].
Сатурн. Табл. 3. Символы г^/^ обозначают кольцевые структуры Сатурна и их особенности [5]: г38/37- внутренняя граница кольца Б; г34/33- внешняя граница кольца С; г32/31- кольцо Титана, узкое кольцо с эксцентриситетом (ширина 25 км); г25/24 - узкое кольцо (ширина 60 км) с эксцентриситетом, резонанс с Пандорой 2:1; г24/23- внутренняя граница кольца В; г10/9 - промежуточная окружность В^ В^- внешняя граница кольца В и щели Кассини; г8/7- спиральная волна плотности (ширина 1000 км); г7/6- внутренняя граница кольца А и щели Кассини; г2/1 - изгибная спиральная волна (ширина 160 км). Некоторые структурные особенности колец Сатурна определяются границами, отмеченными в таблице 3: г25 - узкое кольцо (20 км); г5- спиральная волна плотности (ширина 266 км); г2 - спиральная волна плотности (ширина 175 км), резонанс 5:4 с Янусом; г1- спиральная волна плотности (ширина 170 км), резонанс 5:3 с Мимасом; А2- изгибная спиральная волна (ширина 46 км);
Л2/з - внешняя граница кольца А; С4/5 - внешняя граница кольца С. Символами Е4/5, Е5/б, Еб/7 и Е7/8 выделены промежуточные орбиты, к которым тяготеют орбиты ряда наблюдаемых спутников и их групп (см. табл. 3).
Таблица 3. Спутники и кольцевые структуры Сатурна.
Рп Т О Рп Т О
Г39 0.0643 Г5 ЯБ 0.1251 0.1253
г38 0.0661 Г4 0.1269
г38/37 ЯБ 0.0670 0.0670 Г3 0.1287
г37 0.0679 Г2 ЯБ 0.1305 0.1307
Г36 0.0697 г2/1 ЯБ 0.1314 0.1319
Г35 0.0715 Г1 ЯБ 0.1323 0.1323
Г34 0.0732 А, Пан 0.1341 0.1336
г34/33 ЯБ 0.0741 0.0745 А2 ЯБ 0.1359 0.1358
г33 0.0750 А2/3 ЯБ 0.1368 0.1368
г32 0.0768 А3 Атлас 0.1376 0.1376
г32/31 ЯБ 0.0777 0.0777 А4 Прометей 0.1394 0.1394
Г31 0.0786 А5 Пандора 0.1412 0.1417
г30 0.0804 в1 Эпиметей, Янус 0.1520 0.1515
г29 0.0822 В2 0.1627
Г28 0.0840 В3 0.1734
г27 0.0858 В4 Мимас 0.1842 0.1855
Г26 ЯБ 0.0876 0.0875 В5 0.1949
Г25 ЯБ 0.0893 0.0887 С1 Энцелад 0.2593 0.2380
Г25/24 ЯБ 0.0902 0.0902 С2 Тефия, Телесто, Калипсо 0.3237 0.2947
г24 0.0911 С3 Диона, Елена 0.3881 0.3774
г24/23 ЯБ 0.0920 0.0920 С4 0.4525
Г23 0.9292 С5/4 ЯБ 0.4847 0.4830
г22 0.0947 С5 Рея 0.5169 0.5270
Г21 ЯБ 0.0965 0.0963 В: 0.9033
Г20 0.0983 В2 Титан 1.2897 1.2219
Г19 0.1001 В3 Гиперион 1.6761 1.4810
Г18 0.1019 В4 2.0625
Г17 0.1037 В5 2.4489
Г16 0.1054 Е] Япет 4.7673 3.5613
Г15 0.1072 Е2 7.0857
Г14 0.1090 Е3 9.4041
Г13 0.1108 Е4 Б/2000: Б5, 6 11.723 11.324
Г12 0.1126 Е5/4 Феба 12.882 12.952
Гц 0.1144 Е5 14.041 14.553
ГЮ 0.1162 Е6/5 Б/2000: Б 2,8 15.200 15.354
Г10/9 В 0.1171 Е6 Б/2000 Б3 16.359 16.496
гВ/9 ЯБ 0.1175 0.1176 Е7/6 Б/2000:Б11,12,4 17.519 17.798
Г9 ЯБ 0.1180 0.1178 Е7 Б/2000: Б10, 9 18.678 18.356
Г8 0.1198 Е8/7 Б/2000 Б7 19.837 19.752
г8/7 ЯБ 0.1207 0.1210 Е8 20.996
Г7 0.1215 Е9 Б/2000 Б1 23.315 22.832
г7/6 ЯБ 0.1224 0.1222 Е10 25.633
Г6 0.1233
Юпитер. Символом г5+1/5 в табл. 4 обозначена окружность с радиусом равным полу сумме радиусов орбит г5)+1 и г ¡5 . Буквы ЯБ в таблицах означают кольцевые структуры и образования. В случае Юпитера: г15/14 - внутренняя граница слабого кольца и гало; г9/8 -внутренняя граница паутинного и главного кольца, внешняя граница слабого кольца и гало; г8/7- внутренняя граница главного кольца; г1/Л1 -внешняя граница паутинного кольца. Вблизи промежуточных орбит С6/5 и С13/12 спутники концентрируются малыми группами.
Таблица 4. Система Юпитера.
Рп Названия Теор. Набл. Рп Названия Теор. Набл.
Г15 0.0683 А5 Ио 0.4256 0.4216
г15/14 ЯЯ 0.0724 0.0714 В1 0.7179
Г14 0.0764 В2 1.0102
Г1З 0.0845 Вз 1.3025
Г12 0.0927 В4 1.5949
Гц 0.1008 В5 1.8872
ГЮ 0.1089 С1 3.6411
Г9 0.1170 С2 5.3950
г9/8 ЯЯ 0.1211 0.1230 С3 Я/2000Л 7.1489 7.3871
ГВ 0.1251 С4 8.9029
г8/7 Метида, Адрастея, ЯЯ 0.1292 0.1292 С5 10.657
Г7 0.1333 С6/5 Леда, Гималия, Лиситея, Элара 11.534 11.508
Гб 0.1414 С6 Я/2000Л1 12.411 12.623
Г5 0.1495 С7 14.165
Г4 0.1576 С8 15.919
ГЗ 0.1657 С9 17.673
Г2 0.1739 С10 19.426
Г1 Амальтея 0.1820 0.1813 С11 Я/2000Л0 20.303 20.300
Г1/А1 ЯЯ 0.2063 0.2100 С11 Я/2000: 13, 15, 17, 19, 14; Ананке 21.180 21.233
А1 Теба 0.2307 0.2219 С12 Карме, Я/2000 16 22.934 22.702
А2 0.2794 С13/12 Я/2000 18, Пасифе, Синопе 23.811 23.546
Аз 0.3281 С13 Я/2000: 12, Л 24.688 24.156
А4 0.3769 С14 26.442
А5 Ио 0.4256 0.4216 С15 28.196
Нептун. В табл. 5 г18/17 - нижняя граница кольца 1989 Г17/16 - верхняя граница кольца
1989 г12/11 - нижняя граница кольца 1989 N4^ кольцо (ширина - 9.1 км); г9/8 - верхняя граница кольца 1989 N 4Я; г11- кольцо (15 км), кольцо (9.1 км), кольцо (25 км); г7 -Галатея,1989 ШЯ, (15-50); (8). Уран. Названия спутников и кольцевых структур этой планеты указаны непосредственно в табл.6.
4. Основные катастрофы в Солнечной системе.
В этом разделе кратко обсуждаются главные катастрофические события, которые вероятно имели место в солнечной системе и в спутниковых системах больших планет. Для краткости мы исключили из рассмотрения аналитические выкладки и расчеты по указанным явлениям. 1. Эллиптичность орбиты Меркурия. Наблюдаемая эллиптичность и размеры орбиты Меркурия служат указанием на существование в прошлом одной или двух протопланет между Солнцем и Меркурием. В предложенной иерархии планет это объекты 04, 05. Последний из них назовем Протоикар. Орбита Меркурия получила существенное изменение в результате сближения, а возможно, и катастрофического столкновения с существовавшей на ранних стадиях жизни солнечной системы планеты Протоикар. 2. Природа ядра Меркурия. Катастрофическими последствиями сближения или столкновения Протоикара и Протомеркурия мог быть срыв мощной первичной газовой оболочки и даже части мантии Протомеркурия со значительным уменьшением его массы, а также изменение орбитального режима движения. Это объясняет наличие у Меркурия большого металлического ядра и свидетельствует также о том, что планета Протоикар, по-видимому была достаточно массивной. 3. Разрушение Протолуны. Возможный импакт Протолуны. Гравитационное взаимодействие Протолуны и Протоземли также носило катастрофический характер. По модели импакта Протоземля подверглась касательному удару небесного тела с массой порядка 1-2 масс Марса. В соответствие с излагаемой концепцией удар мог быть нанесен Протолуной, обладающей аналогичной массой. 4. Образование Луны. Возможное
разрушение Луны на пределе Роша. Центральным моментом этого взаимодействия, по-видимому, послужило сближение Протолуны до предела Роша с последующим развалом Протолуны на тяжелые фрагменты, выпавшие на Землю, и образованием современной Луны с ее характерным химическим составом и распределением плотностей [12]. 5. Пояс астероидов. 6. Формирование Юпитера. Эксцентричность орбит и вековая эволюция эксцентриситетов орбит Протоюпитеров I и II привела к их столкновению и слиянию на ранней стадии планетогенеза [10]. 7. Захват Прототитана. Эта неустойчивая планета В4 попала примерно в те же условия, что и Протолуна (А4) и Протохарон (С4). Она была обречена покинуть свое отведенное ей место и примкнуть, как это было в только что отмеченных случаях, к внутренней планете-соседке. Но через определенное время планеты-соседки не стало вообще. Она объединилась с другой более внутренней планетой. В конечном итоге Прототитан - довольно солидная протопланета (по-видимому, со своей собственной спутниковой системой) была подхвачена весьма массивным и изящным по своей красоте Сатурном. 9. Захват Протохарона Протоплутоном.
Таблица 5. Система^ Нептуна.
Рп Название Т Н Рп Название Т Н
г22 0.0291 Г1 Кольцо 0.0754 0.0750
Г21 0.0333 А1 0.0880
Г20 0.0354 А2 0.1007
Г19 0.0375 А3 Протей 0.1133 0.1176
Г18 0.0396 А4 0.1259
Г18/17 0.0406 0.0411 А5 0.1386
Г17 Кольцо 1989 ЮЯ 0.0417 0.0418 В1 0.2144
Г17/16 ЯБ 0.0427 0.0428 В2 0.2902
Г16 0.0438 В3 Тритон 0.3660 0.3548
Г15 0.0459 В4 0.4418
Г14 Наяда 0.0480 0.0480 В5 0.5176
Г13 Таласса 0.0501 0.0500 С1 0.9725
Г12 Деспина 0.0522 0.0525 С2 1.4274
Г12/11 0.0533 0.0535 Сз 1.8822
Г11 Кольца (15, 9.1, 2.5 км) 0.0543 0.0542 С4 2.3371
ГЮ 0.0564 С5 2.7920
Г9 Кольцо 0.0585 0.0589 В, Нереида 5.5212 5.5100
Г9/8 0.0596 0.0590 В2 8.2504
Г8 Кольцо, 80 км 0.0606 0.0600 ВЗ 10.980
Г7 Галатея, ЯБ 0.0627 0.0625 В4 13.709
Гб Кольцо, 8 км 0.0649 0.0642 В5 16.438
Г5 Кольцо, 15 км 0.0670 0.0675 В6 19.167
Г4 0.0691 Б7 21.897
г4/3 Кольца (9.0;5.1;5.3 км) 0.0701 0.0700 В8 24.626
Гз 0.0712 В9 27.355
Г2 Ларисса 0.0733 0.0736 В10 30.084
Г2/1 Кольцо 17 км 0.0743 0.0740
Автор признателен проф. В.Л. Пантелееву, акад. РАЕН О.Г. Сорохтину, рекомендовавшим автору заняться проблемами происхождения системы Земля-Луна. Автор также благодарен участникам международной конференции «Астро-Казань 2001» Л.В. Ксанфомалити, И. Шнайдеру, А. Боссу и др. за привлекательное обсуждение современных проблем экстрапланет и в особенности И.Н. Китиашвили и А.В. Гусеву за внимание и предоставленные оттиски своих работ.
Таблица 6. Система Урана.
Pn Название Т Н Pn Название Т Н
r20 0.0353 B2 0.152
r19 0.0363 B3 Ариэль 0.186 0.191
Г18 198би2Я 0.0373 0.0370 B4 0.221
Г17 198би2Я 0.0382 0.0384 B5 Умбриэль 0.256 0.266
Г16 1986И2Я 0.0392 0.0395 C, Титания 0.463 0.436
r15 0.0401 C2 Оберон 0.671 0.584
r14 0.0411 C3 0.879
Г13 Кольцо б 0.0421 0.0419 C4 1.087
Г12 Кольца 5,4 0.0430 0.0424 C5 1.294
r11 0.0440 D1 2.541
Г10 Кольцо а 0.0449 0.0447 D2 3.787
Г9 Кольцо в 0.0459 0.0457 D3 5.033
Г8 Кольцо п 0.0469 0.0472 D4 6.280
Г7 Кольцо у 0.0478 0.0476 D5 Калибан, Стефано 7.526 7.556
Гб Кольцо 5 0.0488 0.0483 E1 8.772
Г5 Корделия 0.0498 0.0498 E2 10.02
r4 0.0507 E3 11.27
Гэ 0.0517 E4 Сикоракса 12.51 12.21
r2 0.0526 E5 13.76
Г1 Офелия 0.0536 0.0538 E6 15.00
A1 Бианка 0.0594 0.0592 E7 Просперо 16.25 16.11
A2 Крессида Дездемона Джульета Портия 0.0651 0.0638 E8 17.50
Аз Розалинда 0.0709 0.0699 E9 Сетебос 18.74 18.21
А4 Белинда 8/1986 и10 0.0767 0.0759 E10 19.99
А5 Пак 0.0825 0.0860 E11 21.24
б, Миранда 0.117 0.130 E12 22.48
Работа поддержана грантом РФФИ 99-05-64889.
Литература.
1. Баркин Ю.В., Феррандиш Х.М. Асимметричный прилив небесных тел. Тезисы конф. «Новые результаты аналитической и качественной небесной механики» (Москва, 5-6 декабря 2000). M. 2000, p. 17-18.
2. Баркин Ю.В. (Barkn Yu.V.) Dynamics of the Earth's shells and fundamental problems of celestial mechanics, astrometry, gravimetry and geodynamics. Proc. of internal conf. «AstroKazan-2001». Publ. «DAS», 2001, p.59-65.
3. Босс (Boss A.). Giant planet formation by gravitational instability. Science, 1997. V.276. p. 1836.
4. Витязев А.В., Печерникова Г.В.,Сафронов В.С. Планеты земной группы. - М.: Наука, 1990.
5. Горькавый Н.Н., Фридман А.М. Физика планетных колец. М.: , Наука, 1994. 348 с.
6. Китиашвили И.Н., Гусев А.В. (Irina Kitiashvili and Alexandr Gusev. Exoplanets: Status and Outlook. P.26-30.
7. Ксанфомалити Л.В. (2000) Внесолнечные планетные системы. Астрон. вестн., 2000, том 34, N6, с.529-544.
8. Маракушев А.А. Происхождение и эволюция Земли и других планет солнечной системы.Наука, М., 1992.
9. Маракушев А. А. Происхождение Земли и Луны в свете новейших достижений астрономии. Изв. секц. наук о Земле РАЕН, 2000, N5, с.53-62.
10. Панкуль Л.И. (1968) Фазы и циклы планетогенеза. Изд-во «Наука» Казах. ССР, Алма-Ата.
11. Сафронов В.С. Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. М.:Наука, 1969. 244 c.
12. Сорохтин О.Г. Ранние стадии развития системы Земля-Луна. Изв. секц. наук о Земле РАЕН, 1999, N2, с.141.
13. Хаяши и др. (Hayashi C. et. al). Formation of the Solar system. Protostars and planets. II. Tuscon. P. 1100-1151.
14. Шнайдер (Schneider J.). Extrasolar Planets Encyclopedia. http://www.obspm.fr/planets. 1996.
15. List of Centaurs and scattered-disk objects. Web-site: http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/ Centaurs/html.
