Czy planety zmieniły pozycje?

Z perspektywy obserwatora z Ziemi, planety stale wydają się zmieniać pozycje na niebie – fakt odzwierciedlony w samym słowie „planeta”. co pochodzi od starożytnej greki oznaczającej „wędrowca”. Te pozorne ruchy można wyjaśnić zakładając, że planety poruszają się po orbitach zbliżonych do kołowych wokół słońce. Wymiary tych orbit pozostały niezmienne przez całą historię ludzkości, ale w znacznie dłuższych skalach czasowych zmieniły się z powodu migracji planet.

Ruchami planet rządzą działające na nie siły. Największą z tych sił jest grawitacja słoneczna, która utrzymuje planety na ich orbitach. Gdyby nie były zaangażowane żadne inne siły, orbity nigdy by się nie zmieniły. W rzeczywistości jednak w grę wchodzi kilka innych sił, zwanych perturbacjami. Są one mniejsze niż grawitacja słoneczna, ale wystarczająco duże, aby spowodować, że planety będą zmieniać swoje pozycje przez długi czas. Perturbacje obejmują wpływ grawitacyjny dużych planet, takich jak Jowisz i Saturn, a także skumulowany efekt zderzeń i bliskich spotkań z asteroidami i kometami.

Kiedy planety powstały po raz pierwszy, około 4,6 miliarda lat temu, Układ Słoneczny wciąż był wypełniony dużymi ilościami gazu i pyłu – wystarczającymi do wywarcia znaczącego przyciąganie grawitacyjne na nowo powstałych planetach. Gaz i pył były skoncentrowane w gęstym, wirującym dysku, który stał się głównym motorem migracji planet we wczesnej historii Układu Słonecznego. Jednym z efektów działania dysku było przyciąganie mniejszych planet skalistych – Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa – do wewnątrz w kierunku Słońca.

Jowisz, największa z planet, również został początkowo przyciągnięty do wewnątrz. Zatrzymał się, gdy był mniej więcej w tej samej odległości od Słońca, co Mars dzisiaj, prawdopodobnie wstrzymywany przez grawitacyjny wpływ Saturna, następnej planety na zewnątrz. Jowisz i Saturn ponownie dryfowały na zewnątrz, zbliżając się do orbit najbardziej oddalonych planet, Urana i Neptuna, które znajdowały się bliżej Słońca niż dzisiaj. W tym momencie większość międzyplanetarnego gazu i pyłu rozproszyła się, a tempo migracji planet na jakiś czas zwolniło.

Około 3,8 miliarda lat temu, niedługo przed pojawieniem się na Ziemi pierwszego prymitywnego życia, nastąpiła dramatyczna druga faza migracji planet. Zostało to wywołane, gdy orbity Jowisza i Saturna zostały na krótko zablokowane razem, a Saturn potrzebował dokładnie dwa razy więcej czasu niż Jowisz, aby zakończyć krążenie wokół Słońca. Okazało się to mieć destabilizujący wpływ nie tylko na Jowisza i Saturna, ale również na Urana i Neptuna. Aby zrekompensować tę niestabilność, pozycje wszystkich czterech planet szybko się zmieniły. Jowisz migrował do wewnątrz, podczas gdy Saturn, Uran i Neptun migrowały na zewnątrz. Po zaledwie kilku milionach lat – krótkim okresie w kategoriach astronomicznych – planety ustabilizowały się na pozycjach bardzo zbliżonych do tych, które widzimy dzisiaj.