Сотрудник кафедры космических исследований Юго-Западного научно-исследовательского института (США) Дэвид Несворны (David Nesvorný) попытался смоделировать эволюцию Солнечной системы и выяснил, что добавление пятой планеты-гиганта существенно упрощает эту задачу.

В недавних теоретических расчетах, на результаты которых ориентировался г-н Несворны, было установлено, что гигантские планеты, взаимодействуя с протопланетным газовым диском на начальном этапе своего развития, обычно приходят к компактной расстановке, а соседние гиганты оказываются в орбитальном резонансе. После ухода газа система может стать динамически неустойчивой, планеты активно взаимодействуют друг с другом (наблюдается так называемое гравитационное рассеяние), и их расположение меняется. Эта схема эволюции даёт логичное объяснение экспериментальным данным — скажем, тому, что астрономам довольно часто встречаются экзопланеты на орбитах с большим эксцентриситетом и системы экзопланет, которые находятся в резонансе.

Солнечная система с её четырьмя планетами-гигантами, расположенными на большом расстоянии друг от друга на орбитах, близких к круговым, отличается от типичной экзопланетной; тем не менее она тоже должна была пройти описанные выше стадии развития. По мнению большинства теоретиков, Сатурн и Юпитер, к примеру, сначала находились в резонансе вида 3:2, то есть соотношение их орбитальных периодов было равно 1,5 (сейчас оно составляет 2,49). После завершения «резонансного» периода гиганты вступили в фазу рассеяния и перешли на вытянутые орбиты, а затем система стабилизировалась за счёт передачи избыточной энергии транспланетному диску, остатки которого сохранились до наших дней в поясе Койпера. Завершилось всё постепенной миграцией планет к их нынешним орбитам.

Г-н Несворны смоделировал эту цепочку событий, пробуя разные варианты начальных резонансов для четырёх известных гигантских планет с массами, соответствующими массам Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, или пяти гигантов, масса последнего из которых выбиралась из диапазона 3•10²⁵–3•10²⁶ кг (0,333–3 массы Нептуна). В модельном транспланетном диске планетезималей находилась 1 000 одинаковых тел на орбитах с малыми эксцентриситетом и наклонением, причём внешняя его граница всегда устанавливалась на отметке в 30 а. е., а внутренняя могла смещаться. Общая масса диска составляла 10, 20, 35, 50, 75 или 100 земных.

Приступая к оценке результатов моделирования, ученый сформулировал несколько простых требований к проэволюционировавшим системам. Во-первых, итоговая система, разумеется, должна была содержать ровно четыре планеты-гиганта. Во-вторых, их орбиты должны были напоминать реальные — не отходить более чем на 20% от нынешней величины большой полуоси и не приобретать эксцентриситет и наклонение, превышающие 0,11 и 2