Każda cywilizacja na przestrzeni wieków była zafascynowana ciemnymi plamami na Księżycu, widząc w nich kształty przypominające króliki, żaby czy zagadkowe twarze. Misje Apollo pozwoliły na stwierdzenie, że obiekty te są pozostałościami po ogrmnych kraterach, dziś wypełnionych zastygłą lawą. Jedną z niespodzianek był fakt, że baseny te powstały stosunkowo późno w skali czasu naszego sytemu planetarnego – około 700 milionów lat po uformowaniu się Ziemi i Księżyca. Uważa się obecnie, że baseny te są pozostałością zmiany tempa bombardowania planet w tym właśnie okresie. Powód intensyfikacji tego zjawiska często uważa się za jedną z największych tajemnic w historii Układu Słonecznego.

W trzech artykułach opublikowanych w zeszłym tygodniu w Nature, Rodney Gomes z National Observatory of Brazil, Harold Levison z Southwest Research Institute, Alessandro Morbidelli z Observatoire de la Cote d’Azur we Francji oraz Kleomenis Tsiganis z OCA i z University of Thessaloniki w Grecji proponują model, który nie tylko naturalnie wyjaśnia tajemnicę pochodzenia intensywnego bombardowania, ale także wyjaśnia wygląd wielu planet zewnętrznych.

Nowy model przewiduje, że cztery planety – Jowisz, Saturn, Uran i Neptun powstały w niezwykle zwartym układzie, otoczonym przez dysk zbudowany z niewielkich obiektów skalnych i lodowych. Numeryczne symulacje przeprowadzone przez zespół wykazały, że część z tych obiektów stopniowo „wyciekała” z dysku wskutek grawitacyjnych oddziaływań. Planety rozrzucały te niewielkie elementy po Układzie Słonecznym – i to zarówno w kierunku jego zewnętrznej, jak i wewnętrznej części.

„Isaac Newton nauczył nas, że każda akcja pociąga za sobą jakąś reakcję” – powiedział Tsiganis. – „Jeżeli planeta wyrzuca jakiś element poza Układ Słoneczny, to jednocześnie przesuwa się w stronę Słońca. Wypychając obiekt do wnętrza Układu Słonecznego, otrzymujemy efekt wypchnięcia planety w kierunku zewnętrznym.„

Symulacje pozwoliły stwierdzić, że podczas gdy Jowisz przemieścił się do wnętrza, pozostałe planety zostały wypchnięte. Początkowo był to bardzo powolny proces – trwający miliony lat, ale po około 700 milionach lat, sytuacja uległa zmianie. W tym czasie Saturn przemieścił się na tyle, że jego okres orbitalny stał się dwukrotnie większy od okresu orbitalnego Jowisza. Wskutek tego obie orbity stały się bardziej eliptyczne.

„Spowodowało to, że orbity Urana i Neptuna nieco zdziwaczały.” – powiedział Gomes. – „Nagle stały się bardzo ekscentryczne i zaczęły się od siebie oddalać.„

Ewolucja tych dwóch orbit ma być odpowiedzialna za intensyfikację bombardowania Księżyca. Komputerowe symulacje pokazują, że planety te szybko przeniknęły dysk wypychając z niego lodowe i skalne odłamki. Wiele z nich znalazło się wskutek tego na powierzchni Ziemi i Księżyca. Ponadto proces ten zdestabilizował orbity asteroidów, co również przyczyniło się do wzmocnienia zjawiska. Ostatecznie grawitacyjne oddziaływania w dysku spowodowały przesunięcie sie orbit Neptuna i Urana ku obecnym trajektoriom.

„To dość przekonująca historia.” – powiedział Levison. – „Wykonaliśmy wiele takich symulacji i statystycznie rzecz biorąc planety znajdowały się na orbitach zbliżonych do obecnych. Teoria pozwala więc na jednocześnie wyjaśnienie kształtu orbit planet zewnętrznych i istnienia okresu zwiększonego bombardowania Ziemi i Księżyca. Żaden poprzedni model nie spełniał obydwu tych warunków.„

Pozostała jednak jedna przeszkoda do pokonania – w Układzie Słonecznym znajdują się obecnie asteroidy na orbicie zbliżonej do orbity Jowisza, w odległości kątowej 60 stopni, tzw. planetoid trojańskie. Komputerowe symulacje pokazywały, że taka grupa asteroid nie przetrwała by zmian orbit planet gigantów.

„Przez miesiące trapił nas ten problem, nasz model wydawał się być chybiony,” – powiedział Morbidelli. – „dopóki nie zdaliśmy sobie sprawy z tego, że jeżeli ptaszek mógł uciec z otwartej klatki, to inny mógł przyfrunąć i zagnieździć się w niej.„

Zespół z Nicei wykazał, że niektóre z obiektów odpowiedzialnych za ewolucję orbit planetarnych i zwiększone bombardowania planet wewnętrznych, mogły zostać schwytane na orbity planetoid trojańskich. Zarówno całkowita masa złapanych obiektów, jak i drobne różnice pomiędzy ich orbitami są zgodne z obserwacjami.