Гипотетическая пятая планета между Марсом и поясом астероидов

Введение

Гипотетическая пятая планета, существовавшая между Марсом и поясом астероидов. Планета V — гипотетическая пятая планета земного типа, которую, по мнению ученых NASA Джона Чемберса и Джека Дж. Лиссауэра, когда-то существовала между Марсом и поясом астероидов. Согласно их гипотезе, поздняя тяжелая бомбардировка в эпоху Гадея началась после того, как гравитационные возмущения от других планет земной группы привели к пересечению орбиты Планеты V с поясом астероидов. Чемберс и Лиссауэр представили результаты первых тестов этой гипотезы на 33-й Конференции по лунной и планетарной науке, проходившей с 11 по 15 марта 2002 года.

Гипотеза

В гипотезе Планеты V пять планет земного типа сформировались в эпоху формирования планет. Пятая земная планета начала своё существование на орбите с низкой эксцентриситетом между Марсом и поясом астероидов, с большой полуосью от 1,8 до 1,9 а.е. Хотя эта орбита была долгоживущей, она оказалась нестабильной в течение 600 миллионов лет. В конечном итоге, возмущения от других внутренних планет вывели Планету V на орбиту с высокой эксцентриситетом, которая пересекла внутреннюю часть пояса астероидов. Астероиды были рассеяны на орбиты, пересекающиеся с орбитой Марса и резонансные к ней, в результате близких встреч с Планетой V. Многие из этих астероидов впоследствии перешли на орбиты, пересекающиеся с орбитой Земли, временно увеличив частоту ударов о Луну. Этот процесс продолжался до тех пор, пока Планета V не была потеряна, скорее всего, столкнувшись с Солнцем после входа в светский резонанс ν6. В более поздней статье, опубликованной в журнале Icarus в 2007 году, Чеймберс представил результаты 96 симуляций, исследующих орбитальную динамику Солнечной системы с пятью планетами земного типа. В четверти симуляций Планета V была выброшена из системы или столкнулась с Солнцем, при этом другие земные планеты не сталкивались друг с другом. Этот результат был наиболее частым, если масса Планеты V была меньше 0,25 массы Марса. Остальные симуляции не считались успешными, поскольку Планета V либо просуществовала в течение всего 1 миллиарда лет длительности симуляций, либо происходили столкновения между планетами. Гипотеза о Планете V была изучена Рамоном Брассером и Алессандро Морбиделли в 2011 году. Их работа впервые была посвящена масштабу бомбардировки, вызванной Планетой V. Брассер и Морбиделли рассчитали, что для создания Поздней Тяжёлой Бомбардировки Планета V должна была удалить 95% основного пояса астероидов до Поздней Тяжёлой Бомбардировки или 98% внутреннего пояса астероидов (с большой полуосью < 2,5 а.е.). Было обнаружено, что для уменьшения основного пояса астероидов на 95% с помощью Планеты V массой 0,5 Марса, потребуется, чтобы она оставалась на орбите, пересекающей весь пояс астероидов, в течение 300 миллионов лет. Такая орбитальная эволюция не наблюдалась ни в одной из симуляций; Планета V обычно переходила на орбиту, пересекающую орбиту Земли, что приводило к короткому динамическому времени жизни перед переходом на такую орбиту. В нескольких процентах симуляций Планета V оставалась во внутреннем поясе достаточно долго, чтобы вызвать Позднюю Тяжёлую Бомбардировку. Однако для создания Поздней Тяжёлой Бомбардировки из внутреннего пояса астероидов потребовалось бы, чтобы внутренний пояс астероидов изначально имел массу в 4–13 раз больше, а орбитальную плотность – в 10–24 раза больше, чем остальная часть пояса астероидов.

In the Planet V hypothesis, five terrestrial planets were produced during the planetary formation era. The fifth terrestrial planet began on a low eccentricity orbit between Mars and the asteroid belt with a semi major axis between 1.8 and 1.9 AU. While long lived, this orbit was unstable on a time scale of 600 Myr. Eventually perturbations from the other inner planets drove Planet V onto a high eccentricity orbit which crossed into the inner asteroid belt. Asteroids were scattered onto Mars crossing and resonant orbits by close encounters with Planet V. Many of these asteroids then evolved onto Earth crossing orbits temporarily enhancing the lunar impact rate. This process continued until Planet V was lost most likely by impacting the Sun after entering the ν6 secular resonance. In a later article published in the journal Icarus in 2007, Chambers reported the results of 96 simulations examining the orbital dynamics of the Solar System with five terrestrial planets. In a quarter of the simulations Planet V was ejected or impacted the Sun without other terrestrial planets suffering collisions. This result was most frequent if Planet V's mass was less than 0.25 of Mars. The other simulations were not considered successful because Planet V either survived for the entire 1 billion year length of the simulations, or collisions occurred between planets. The terrestrial Planet V hypothesis was examined by Ramon Brasser and Alessandro Morbidelli in 2011. Their work was the first to focus on the magnitude of the bombardment caused by Planet V. Brasser and Morbidelli calculated that to create the Late Heavy Bombardment Planet V would have to remove 95% of the pre LHB main asteroid belt or 98% of the inner asteroid belt (semi major axis < 2.5 AU). Depleting the main asteroid belt by 95% with a 0.5 Mars mass Planet V was found to require it remain in an orbit crossing the entire asteroid belt for 300 million years. This orbital evolution was not observed in any simulations; Planet V typically entered an Earth crossing orbit resulting in a short dynamic lifetime before entering such an orbit. In a few percent of simulations Planet V remained in the inner belt long enough to produce the LHB. However, producing the LHB from the inner asteroid belt would require the inner asteroid belt to have begun with 4–13 times the mass, and 10–24 time the orbital density, as the rest of the asteroid belt.

Альтернативная версия

Недавнее предложение объясняет позднюю тяжелую бомбардировку ударом планеты V о Марс, в результате которого образовался бассейн Бореалис. Обломки от этого удара имели бы иное распределение размеров, чем в поясе астероидов, с меньшей долей крупных объектов, что привело бы к меньшему количеству гигантских ударных бассейнов по сравнению с кратерами.