Что на самом деле в центре Юпитера? Моделирование опровергло версию о столкновении, создавшем ядро газового гиганта

Что скрывается в самом центре Юпитера, газового короля нашей Солнечной системы? Долгое время учёные представляли себе картину, знакомую по учебникам: где-то там, под непроницаемыми слоями бушующих облаков, должно находиться плотное, чётко очерченное ядро из камня и льда. Классическая модель. Но, как это часто бывает в науке, реальность оказалась куда интереснее и загадочнее.

Когда космический аппарат НАСА «Юнона» добрался до Юпитера и «просканировал» его гравитационное поле, он передал на Землю данные, которые заставили астрономов удивлённо приподнять брови. Оказалось, что у Юпитера нет никакого чёткого ядра. Вместо этого его центр представляет собой странную, «размытую» смесь тяжёлых элементов, плавно переходящую в окружающую водородно-гелиевую мантию.

Как такое могло получиться? Этот вопрос породил одну из самых драматичных теорий в современной планетологии. А недавнее исследование поставило на этой теории жирный крест.

Космическое ДТП: версия, которая всем нравилась

Чтобы объяснить столь странную структуру, учёные предложили поистине голливудский сценарий. Согласно этой гипотезе, на заре Солнечной системы молодой Юпитер столкнулся с другой протопланетой — объектом размером примерно с Землю. Удар был настолько колоссальным, что он буквально разбил ядро газового гиганта, перемешав его содержимое с верхними слоями. Представьте, что вы с силой встряхнули бутылку с водой и песком — примерно такой эффект, только в планетарном масштабе.

Эта версия была не только эффектной, но и вполне логичной. Она объясняла, почему ядро «размыто», и вписывалась в общую картину бурной молодости нашей системы, когда подобные столкновения были обычным делом. Но, как известно, красивая теория — ещё не значит правильная.

Цифровой следователь: когда суперкомпьютер говорит «нет»

Именно здесь на сцену выходят исследователи из Даремского университета. Вместо того чтобы полагаться на умозрительные заключения, они решили проверить теорию столкновения на прочность. Их инструментом стал один из мощнейших суперкомпьютеров — DiRAC COSMA, а методом — сложнейшее компьютерное моделирование.

Команда создала цифровую модель Юпитера и запустила в неё виртуальный «снаряд» — ту самую протопланету. Они проигрывали сценарий столкновения снова и снова, меняя углы, скорости и условия. Цель была одна: посмотреть, сможет ли такой катаклизм создать стабильное размытое ядро, которое мы наблюдаем сегодня.

Результаты оказались, мягко говоря, неожиданными. Ни в одном из симулированных сценариев — даже самых экстремальных — размытое ядро не сформировалось. Да, удар действительно встряхивал планету до самого основания, разбрасывая материал ядра. Но затем происходило неизбежное: гравитация брала своё. Подобно тому, как песок в бутылке с водой неизбежно оседает на дно, тяжёлые элементы ядра Юпитера в модели быстро собирались обратно в центре, вновь образуя чёткую границу.

Как выразился ведущий автор исследования, доктор Томас Санднес: «Мы видим в нашем моделировании, что столкновение такого рода буквально встряхивает планету до самого ядра — но не так, как нужно для объяснения того внутреннего строения Юпитера, которое мы наблюдаем сегодня». Теория о космической катастрофе рассыпалась под натиском точных расчётов.

Если не взрыв, то что?

Итак, если гигантский удар не виноват, то откуда взялось это странное ядро? Новое исследование косвенно указывает на другую, куда менее драматичную, но, возможно, более правдоподобную версию. Вероятно, ядро Юпитера никогда и не было чётким.

Эта гипотеза предполагает, что «размытость» — это результат самого процесса формирования планеты. Юпитер рос не сразу, а постепенно, поглощая газ, пыль и более крупные ледяные и каменные глыбы (планетезимали). Вполне возможно, что эти «строительные блоки» не просто оседали в центре, а растворялись в раскалённом водороде под огромным давлением, постепенно обогащая им центральные области. Это был не единовременный акт, а долгий, растянутый на миллионы лет процесс «варки» планеты.

И знаете что? У этой идеи есть весомый свидетель.

Не один такой: загадка Сатурна

Не так давно учёные обнаружили, что у Сатурна, второго гиганта Солнечной системы, наблюдается очень похожая картина — его ядро тоже размыто. А это в корне меняет дело. Если бы такое строение было результатом случайного, редкого события вроде столкновения, было бы крайне маловероятно, что две соседние планеты постигла одинаковая участь.

А вот если размытое ядро — это естественный результат формирования газового гиганта, тогда всё встаёт на свои места. Это не аномалия, а, возможно, стандартный путь развития для планет такого типа. Как отмечает доктор Луис Теодоро, «тот факт, что у Сатурна также есть размытое ядро, подтверждает идею о том, что такие структуры формируются постепенно в ходе длительного процесса роста и эволюции планеты».

Почему это важно для всех нас?

Казалось бы, какая нам разница, как именно выглядит ядро планеты за сотни миллионов километров от нас? Но на самом деле, это открытие имеет огромное значение.

Во-первых, оно меняет наше фундаментальное понимание того, как рождаются и живут планеты-гиганты. Это помогает нам лучше понять историю нашей собственной Солнечной системы.

Во-вторых, это напрямую влияет на поиск миров за её пределами. Астрономы открыли уже тысячи экзопланет, многие из которых — газовые гиганты, похожие на Юпитер. Если размытое ядро — это норма, а не исключение, значит, внутреннее строение этих далёких миров может быть гораздо сложнее, чем мы думали. А это, в свою очередь, влияет на всё: от их магнитных полей до условий на их потенциально обитаемых спутниках.

История с ядром Юпитера — это прекрасный пример того, как работает наука. Одна смелая теория, рождённая загадочными данными, уступает место другой, более взвешенной, подкреплённой строгими расчётами. Мы не получили окончательного ответа, но сделали огромный шаг вперёд. И где-то там, в глубинах космоса, «Юнона» продолжает свой путь, обещая раскрыть нам ещё немало тайн сердца гиганта.