Двое американских астрономов, один из которых — выходец из России, во вторник огорошили научный мир после того, как СМИ облетела сенсационная новость: на окраинах Солнечной системы ими обнаружена девятая планета! Первым новость об этом опубликовал Калифорнийский технологический университет, где работают оба ученых - и Майк , позднее - авторитетные научные журналы Science и Nature.
«Она будет настоящей девятой планетой. С древних времен было найдено всего две действительных планеты, и эта станет третьей. Это весомая часть нашей Солнечной системы, которая оставалась не найденной, и это восхитительно», — считает Браун.
Сообщается, что планета найдена путем математического анализа возмущений, которые испытывают множество ледяных тел из так называемого Пояса Койпера - огромной области пространства за орбитой Плутона. Расчеты показали, что планета вращается вокруг Солнца на расстоянии 20 орбит Нептуна, масса ее в 10 раз больше массы Земли.
В силу такой удаленности от Солнца планета не видна и делает полный оборот вокруг Солнца за 10-20 тыс. лет.
«Хотя изначально мы скептически относились к тому, что эта планета может существовать, по мере того, как мы продолжали исследовать ее орбиту, мы становились все более уверены в том, что она там действительно есть», — сказал Батыгин.
Рассчитанная масса объекта не оставляет сомнений в том, что ее с полной уверенностью можно отнести к планете, ведь она в 5 тыс. раз тяжелее Плутона! В отличие от огромного числа мелких объектов Солнечной системы, например карликовых планет, девятая планета гравитационно доминирует в протяженной области Пояса Койпера, где она вращается. Более того, эта область куда больше и пространства, в которых доминируют и все остальные, известные планеты Солнечной системы.
Это, по выражению Брауна, делает ее «самой планетной из планет Солнечной системы».
Майк Браун и Константин Батыгин
Работа ученых, которая, возможно, станет эпохальной, под названием «Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System» опубликована в журнале Astronomical Journal . В ней авторы находят объяснение множеству ранее обнаруженных особенностей в движении ледяных тел Пояса Койпера.
Поиски планеты начались в 2014 году, когда бывший студент Брауна опубликовал статью, утверждавшую, что 13 из наиболее удаленных объектов Пояса Койпера имеют схожие странности в своем движении. Тогда и была предложена версия существования рядом небольшой планеты. Браун тогда не поддержал эту версию, однако продолжил вычисления. Вместе с Батыгиным они начали полуторагодовой проект по изучению орбит этих тел.
Caltech/R.Hurt (IPAC)
Довольно скоро Батыгин и Браун осознали, что орбиты шести из указанных объектов проходят близко к одной и той же области пространства, несмотря на то что все орбиты разные. «Как если бы вы взглянули на шесть часов на шести руках, которые идут с разной скоростью, и в этот момент они показали бы одинаковое время. Вероятность этого - порядка 1/100», — поясняет Браун. Кроме того, оказалось, что орбиты всех шести тел наклонены под углом 30 градусов к плоскости эклиптики. «Вообще-то такое не могло быть случайным. Так что мы стали искать то, что сформировало эти орбиты», — пояснил астроном.
Почти случайно ученые обратили внимание, что если в расчеты поместить тяжелую планету,
чей перигелий отстоит от перигелия этих шести тел на 180 градусов (то есть между ними само Солнце), то ее возмущения как раз и объяснят наблюдаемую картину.
«Здоровой реакцией было - такая геометрия невозможна, орбиты не могут быть устойчивыми долго, потому что в конце концов это приведет к столкновению объектов», — считает Батыгин. Однако механизм, известный в небесной механике как резонансы средних движений, не позволяет этому случиться: объекты, сближаясь, обмениваются энергией и разлетаются.
На каждые четыре оборота девятой планеты приходится девять оборотов тех самых объектов, и они никогда не сталкиваются. Как часто бывает в астрономии, гипотеза подтвердилась, когда подтвердилось предсказанное ею предположение. Оказалось, что транснептуновый объект Седна, открытый в 2003 году Брауном, Трухильо и Рабиновицем, и еще один похожий объект 2012 VP113 действительно слегка отклоняют свои орбиты там, где это предсказано. Но главное предположение, которые сбылось, - существование благодаря тяжелой планете в Поясе Койпера объектов, плоскость вращения которых вовсе перпендикулярна плоскости Солнечной системы.
Выяснилось, что за последние три года астрономами были найдены как минимум четыре таких объекта, чьи орбиты соответствуют предсказаниям.
Откуда взялась спрятавшаяся в глубинах Пояса Койпера планета? Ученые считают, что изначально в Солнечной системе были четыре ядра, сформировавших Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. «Однако их могло быть и пять», — считает Браун. Эта пятая протопланета, подойдя слишком близко к Юпитеру или Сатурну, могла быть выброшена на далекую эксцентрическую орбиту.
По словам ученых, если сейчас планета близка к своему перигелию, поискать ее можно в прошлых обзорах неба. Если успела удалиться, поймать ее могут телескопы типа 10-метровых инструментов в обсерватории Кека,
ведь планета никогда не приближается к Солнцу на расстояние, ближе чем 200 орбит Земли.
Среди ученых нет единого мнения по поводу открытия. , специалист по динамике тел из Ниццы, уверен, что эта планета существует. Но так думают не все. «Я видел много, много подобных заявлений за свою карьеру. И все они оказались ошибочными», — считает Хал Левисон, планетолог из Института в Боулдере (Колорадо).
До 2009 года девятой планетой Солнечной системы считался Плутон, открытый в 1930 году также благодаря анализу создаваемых им возмущений. Плутон был разжалован в карликовые планеты решением Международного астрономического союза. Недавно некоторые астрономы создали движение по возвращению ему статуса планеты после открытий, сделанных зондом New Horizons.
Одно из первых интервью Константин Батыгин дал корреспонденту «Газеты.Ru».
— Константин, поиск тел в Поясе Койпера — не очень популярная тема среди астрономов, сколько людей этим занимается?
— В мире найдется чуть более ста человек, я думаю. Оказалось, что самые дальние объекты в Солнечной системе, в физическом пространстве смотрят в одну и ту же сторону. И единственная теоретически правильная модель, которую мы смогли сконструировать - та, где их орбиты держатся гравитацией одной планеты.
— Каковы перспективы найти планету при помощи телескопов?
— Думаю, это реально сделать в ближайшие два-пять лет. Для этого нужно знание орбиты и достаточно времени наблюдательного времени на телескопах. Знание орбиты - то, чем мы занимались в данной статье. Чтобы ее найти, надо знать, куда смотреть. На данный момент мы знаем лишь самую близкую ее часть.
— Знаю, что вы родились в Москве. Как вы оказались в США?
— Мы жили в России до 1994 года, в Москве я закончил 1 класс. Переехали в Японию, там жили шесть лет, там я учился с 3 по 6 класс, а второй класс пропустил, так как был слишком высоким. Потом учился в русской школе при посольстве в Токио. В 1999 году переехали в Калифорнию, где я закончил высшую школу, университет и аспирантуру в Калтехе.
— Удачи, надеемся, что ваше открытие подтвердится, и мы увидим вашу фамилию в учебниках!
— Спасибо.
Об открытии заявили ученые Калифорнийского технологического института. В телескоп новый объект пока никто не видел. Как уверяют Майкл Браун и Константин Батыгин, планету открыли, анализируя данные по оказываемому ею гравитационному возмущению на другие небесные тела. Название ей еще не дали, но ученые смогли определить различные параметры. Весит она в 10 раз больше Земли. По химическому составу новая планета напоминает двух газовых гигантов - Уран и Нептун. Кстати, на Нептун она похожа своими размерами, а находится от солнца еще дальше, чем Плутон, который из-за своих скромных габаритов лишился статуса планеты. Подтверждение существование небесного тела займет пять лет. Ученые зарезервировали время на японской обсерватории на Гавайях. Вероятность того, что их открытие ошибочно, составляет 0.007 процента. Новая планета, в случае признания открытия, станет девятой в солнечной системе.
The solar system appears to have a new ninth planet. Today, two scientists announced evidence that a body nearly the size of Neptune-but as yet unseen-orbits the sun every 15,000 years. During the solar system’s infancy 4.5 billion years ago, they say, the giant planet was knocked out of the planet-forming region near the sun. Slowed down by gas, the planet settled into a distant elliptical orbit, where it still lurks today.
The claim is the strongest yet in the centuries-long search for a «Planet X» beyond Neptune. The quest has been plagued by far-fetched claims and even outright quackery. But the new evidence comes from a pair of respected planetary scientists, Konstantin Batygin and Mike Brown of the California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena, who prepared for the inevitable skepticism with detailed analyses of the orbits of other distant objects and months of computer simulations. «If you say, ‘We have evidence for Planet X,’ almost any astronomer will say, ‘This again? These guys are clearly crazy.’ I would, too,» Brown says. «Why is this different? This is different because this time we’re right.»
LANCE HAYASHIDA/CALTECH
Outside scientists say their calculations stack up and express a mixture of caution and excitement about the result. «I could not imagine a bigger deal if-and of course that’s a boldface ‘if’-if it turns out to be right,» says Gregory Laughlin, a planetary scientist at the University of California (UC), Santa Cruz. «What’s thrilling about it is is detectable.»
Batygin and Brown inferred its presence from the peculiar clustering of six previously known objects that orbit beyond Neptune. They say there’s only a 0.007% chance, or about one in 15,000, that the clustering could be a coincidence. Instead, they say, a planet with the mass of 10 Earths has shepherded the six objects into their strange elliptical orbits, tilted out of the plane of the solar system.
The orbit of the inferred planet is similarly tilted, as well as stretched to distances that will explode previous conceptions of the solar system. Its closest approach to the sun is seven times farther than Neptune, or 200 astronomical units (AUs). (An AU is the distance between Earth and the sun, about 150 million kilometers.) And Planet X could roam as far as 600 to 1200 AU, well beyond the Kuiper belt, the region of small icy worlds that begins at Neptune’s edge about 30 AU.
If Planet X is out there, Brown and Batygin say, astronomers ought to find more objects in telltale orbits, shaped by the pull of the hidden giant. But Brown knows that no one will really believe in the discovery until Planet X itself appears within a telescope viewfinder. «Until there’s a direct detection, it’s a hypothesis-even a potentially very good hypothesis,» he says. The team has time on the one large telescope in Hawaii that is suited for the search, and they hope other astronomers will join in the hunt.
Batygin and Brown published the result today in The Astronomical Journal . Alessandro Morbidelli, a planetary dynamicist at the Nice Observatory in France, performed the peer review for the paper. In a statement, he says Batygin and Brown made a «very solid argument» and that he is «quite convinced by the existence of a distant planet.»
Championing a new ninth planet is an ironic role for Brown; he is better known as a planet slayer. His 2005 discovery of Eris, a remote icy world nearly the same size as Pluto, revealed that what was seen as the outermost planet was just one of many worlds in the Kuiper belt. Astronomers promptly reclassified Pluto as a dwarf planet-a saga Brown recounted in his book How I Killed Pluto .
Now, he has joined the centuries-old search for new planets. His method-inferring the existence of Planet X from its ghostly gravitational effects-has a respectable track record. In 1846, for example, the French mathematician Urbain Le Verrier predicted the existence of a giant planet from irregularities in the orbit of Uranus. Astronomers at the Berlin Observatory found the new planet, Neptune, where it was supposed to be, sparking a media sensation.
Remaining hiccups in Uranus’s orbit led scientists to think that there might yet be one more planet, and in 1906 Percival Lowell, a wealthy tycoon, began the search for what he called «Planet X» at his new observatory in Flagstaff, Arizona. In 1930, Pluto turned up-but it was far too small to tug meaningfully on Uranus. More than half a century later, new calculations based on measurements by the Voyager spacecraft revealed that the orbits of Uranus and Neptune were just fine on their own: No Planet X was needed.
Yet the allure of Planet X persisted. In the 1980s, for example, researchers proposed that an unseen brown dwarf star could cause periodic extinctions on Earth by triggering fusillades of comets. In the 1990s, scientists invoked a Jupiter-sized planet at the solar system’s edge to explain the origin of certain oddball comets. Just last month, researchers claimed to have detected the faint microwave glow of an outsized rocky planet some 300 AU away, using an array of telescope dishes in Chile called the Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown was one of many skeptics, noting that ALMA’s narrow field of view made the chances of finding such an object vanishingly slim.)
Brown got his first inkling of his current quarry in 2003, when he led a team that found Sedna, an object a bit smaller than both Eris and Pluto. Sedna’s odd, far-flung orbit made it the most distant known object in the solar system at the time. Its perihelion, or closest point to the sun, lay at 76 AU, beyond the Kuiper belt and far outside the influence of Neptune’s gravity. The implication was clear: Something massive, well beyond Neptune, must have pulled Sedna into its distant orbit.
(DATA) JPL; BATYGIN AND BROWN/CALTECH; (DIAGRAM) A. CUADRA/ SCIENCE
That something didn’t have to be a planet. Sedna’s gravitational nudge could have come from a passing star, or from one of the many other stellar nurseries that surrounded the nascent sun at the time of the solar system’s formation.
Since then, a handful of other icy objects have turned up in similar orbits. By combining Sedna with five other weirdos, Brown says he has ruled out stars as the unseen influence: Only a planet could explain such strange orbits. Of his three major discoveries-Eris, Sedna, and now, potentially, Planet X-Brown says the last is the most sensational. «Killing Pluto was fun. Finding Sedna was scientifically interesting,» he says. «But this one, this is head and shoulders above everything else.»
Brown and Batygin were nearly beaten to the punch. For years, Sedna was a lone clue to a perturbation from beyond Neptune. Then, in 2014, Scott Sheppard and Chad Trujillo (a former graduate student of Brown’s) published a paper describing the discovery of VP113, another object that never comes close to the sun. Sheppard, of the Carnegie Institution for Science in Washington, D.C., and Trujillo, of the Gemini Observatory in Hawaii, were well aware of the implications. They began to examine the orbits of the two objects along with 10 other oddballs. They noticed that, at perihelion, all came very near the plane of solar system in which Earth orbits, called the ecliptic. In a paper, Sheppard and Trujillo pointed out the peculiar clumping and raised the possibility that a distant large planet had herded the objects near the ecliptic. But they didn’t press the result any further.
Later that year, at Caltech, Batygin and Brown began discussing the results. Plotting the orbits of the distant objects, Batygin says, they realized that the pattern that Sheppard and Trujillo had noticed «was only half of the story.» Not only were the objects near the ecliptic at perihelia, but their perihelia were physically clustered in space (see diagram, above).
For the next year, the duo secretly discussed the pattern and what it meant. It was an easy relationship, and their skills complemented each other. Batygin, a 29-year-old whiz kid computer modeler, went to college at UC Santa Cruz for the beach and the chance to play in a rock band. But he made his mark there by modeling the fate of the solar system over billions of years, showing that, in rare cases, it was unstable: Mercury may plunge into the sun or collide with Venus. «It was an amazing accomplishment for an undergraduate,» says Laughlin, who worked with him at the time.
Brown, 50, is the observational astronomer, with a flair for dramatic discoveries and the confidence to match. He wears shorts and sandals to work, puts his feet up on his desk, and has a breeziness that masks intensity and ambition. He has a program all set to sift for Planet X in data from a major telescope the moment they become publicly available later this year.
Their offices are a few doors down from each other. «My couch is nicer, so we tend to talk more in my office,» Batygin says. «We tend to look more at data in Mike’s.» They even became exercise buddies, and discussed their ideas while waiting to get in the water at a Los Angeles, California, triathlon in the spring of 2015.
First, they winnowed the dozen objects studied by Sheppard and Trujillo to the six most distant-discovered by six different surveys on six different telescopes. That made it less likely that the clumping might be due to an observation bias such as pointing a telescope at a particular part of the sky.
Batygin began seeding his solar system models with Planet X’s of various sizes and orbits, to see which version best explained the objects’ paths. Some of the computer runs took months. A favored size for Planet X emerged-between five and 15 Earth masses-as well as a preferred orbit: antialigned in space from the six small objects, so that its perihelion is in the same direction as the six objects’ aphelion, or farthest point from the sun. The orbits of the six cross that of Planet X, but not when the big bully is nearby and could disrupt them. The final epiphany came 2 months ago, when Batygin’s simulations showed that Planet X should also sculpt the orbits of objects that swoop into the solar system from above and below, nearly orthogonal to the ecliptic. «It sparked this memory,» Brown says. «I had seen these objects before.» It turns out that, since 2002, five of these highly inclined Kuiper belt objects have been discovered, and their origins are largely unexplained. «Not only are they there, but they are in exactly the places we predicted,» Brown says. «That is when I realized that this is not just an interesting and good idea-this is actually real.»
Sheppard, who with Trujillo had also suspected an unseen planet, says Batygin and Brown «took our result to the next level. …They got deep into the dynamics, something that Chad and I aren’t really good with. That’s why I think this is exciting.»
Others, like planetary scientist Dave Jewitt, who discovered the Kuiper belt, are more cautious. The 0.007% chance that the clustering of the six objects is coincidental gives the planet claim a statistical significance of 3.8 sigma-beyond the 3-sigma threshold typically required to be taken seriously, but short of the 5 sigma that is sometimes used in fields like particle physics. That worries Jewitt, who has seen plenty of 3-sigma results disappear before. By reducing the dozen objects examined by Sheppard and Trujillo to six for their analysis, Batygin and Brown weakened their claim, he says. «I worry that the finding of a single new object that is not in the group would destroy the whole edifice,» says Jewitt, who is at UC Los Angeles. «It’s a game of sticks with only six sticks.»
(IMAGES) WIKIMEDIA COMMONS; NASA/JPL-CALTECH; A. CUADRA/ SCIENCE ; NASA/JHUAPL/SWRI; (DIAGRAM) A. CUADRA/ SCIENCE
At first blush, another potential problem comes from NASA’s Widefield Infrared Survey Explorer (WISE), a satellite that completed an all-sky survey looking for the heat of brown dwarfs-or giant planets. It ruled out the existence of a Saturn-or-larger planet as far out as 10,000 AU, according to a 2013 study by Kevin Luhman, an astronomer at Pennsylvania State University, University Park. But Luhman notes that if Planet X is Neptune-sized or smaller, as Batygin and Brown say, WISE would have missed it. He says there is a slim chance of detection in another WISE data set at longer wavelengths-sensitive to cooler radiation-which was collected for 20% of the sky. Luhman is now analyzing those data.
Even if Batygin and Brown can convince other astronomers that Planet X exists, they face another challenge: explaining how it ended up so far from the sun. At such distances, the protoplanetary disk of dust and gas was likely to have been too thin to fuel planet growth. And even if Planet X did get a foothold as a planetesimal, it would have moved too slowly in its vast, lazy orbit to hoover up enough material to become a giant.
Instead, Batygin and Brown propose that Planet X formed much closer to the sun, alongside Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune. Computer models have shown that the early solar system was a tumultuous billiards table, with dozens or even hundreds of planetary building blocks the size of Earth bouncing around. Another embryonic giant planet could easily have formed there, only to be booted outward by a gravitational kick from another gas giant.
It’s harder to explain why Planet X didn’t either loop back around to where it started or leave the solar system entirely. But Batygin says that residual gas in the protoplanetary disk might have exerted enough drag to slow the planet just enough for it to settle into a distant orbit and remain in the solar system. That could have happened if the ejection took place when the solar system was between 3 million and 10 million years old, he says, before all the gas in the disk was lost into space.
Hal Levison, a planetary dynamicist at the Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, agrees that something has to be creating the orbital alignment Batygin and Brown have detected. But he says the origin story they have developed for Planet X and their special pleading for a gas-slowed ejection add up to «a low-probability event.» Other researchers are more positive. The proposed scenario is plausible, Laughlin says. «Usually things like this are wrong, but I’m really excited about this one,» he says. «It’s better than a coin flip.»
All this means that Planet X will remain in limbo until it is actually found.
Astronomers have some good ideas about where to look, but spotting the new planet won’t be easy. Because objects in highly elliptical orbits move fastest when they are close to the sun, Planet X spends very little time at 200 AU. And if it were there right now, Brown says, it would be so bright that astronomers probably would have already spotted it.
Instead, Planet X is likely to spend most of its time near aphelion, slowly trotting along at distances between 600 and 1200 AU. Most telescopes capable of seeing a dim object at such distances, such as the Hubble Space Telescope or the 10-meter Keck telescopes in Hawaii, have extremely tiny fields of view. It would be like looking for a needle in a haystack by peering through a drinking straw.
One telescope can help: Subaru, an 8-meter telescope in Hawaii that is owned by Japan. It has enough light-gathering area to detect such a faint object, coupled with a huge field of view-75 times larger than that of a Keck telescope. That allows astronomers to scan large swaths of the sky each night. Batygin and Brown are using Subaru to look for Planet X-and they are coordinating their efforts with their erstwhile competitors, Sheppard and Trujillo, who have also joined the hunt with Subaru. Brown says it will take about 5 years for the two teams to search most of the area where Planet X could be lurking.
Subaru Telescope, NAOJ
If the search pans out, what should the new member of the sun’s family be called? Brown says it’s too early to worry about that and scrupulously avoids offering up suggestions. For now, he and Batygin are calling it Planet Nine (and, for the past year, informally, Planet Phattie-1990s slang for «cool»). Brown notes that neither Uranus nor Neptune-the two planets discovered in modern times-ended up being named by their discoverers, and he thinks that that’s probably a good thing. It’s bigger than any one person, he says: «It’s kind of like finding a new continent on Earth.»
He is sure, however, that Planet X-unlike Pluto-deserves to be called a planet. Something the size of Neptune in the solar system? Don’t even ask. «No one would argue this one, not even me.»
В 2006 году Плутон был лишен статуса девятой планеты Солнечной системы благодаря стараниям одного астронома — Майкла Брауна. Вместе со своими коллегами он открыл , а затем и другие карликовые планеты далеко за орбитой Нептуна. Тем самым он доказал, что Плутон недостаточно примечательный и большой для звания полноценной планеты. Однако сейчас Браун с нашим соотечественником Константином Батыгином утверждают, что новая Планета 9 уже почти открыта… и что осталось только ее увидеть.
Да-да, «почти открытую» девятую планету Солнечной системы еще никто не видел! Собственно говоря, ее открытие — это плод долгих наблюдений за орбитами других планет. По Кеплера и Ньютона место каждой планеты Солнечной системы определяется ее характеристиками, преимущественно массой. И если орбита не соответствует параметрам планеты или вообще носит аномальный характер — значит, на нее влияет какой-то другой, не менее массивный объект. Первой планетой, открытой математическими уравнениями, а не живыми наблюдениями, стал — в 1846 году его нашли на месте, вычисленном французским математиком Урбеном Леверье.
Причем влиять друг на друга планеты могут очень активно — в прошлом Солнечной системы они путешествовали на сотни миллионов километров, приближаясь и отдаляясь от Солнца. Особенно отличились тут газовые гиганты. В молодых планетных системах они поглощают все зародыши планет и зависают вплотную к звезде — столь же близко, как и Меркурий. Из-за этого они очень сильно раскаляются и становятся нестабильными. Ученые называют такие планеты «горячими Юпитерами» или «горячими Нептунами» — в зависимости от их массы и размеров.
Неспокойная история Солнечной системы
Однако в Солнечной системе все изменил Юпитер — крупнейшая и наиболее влиятельная планета. Первоначально появившись на расстоянии от 5 до 10 от Солнца, он спровоцировал активные столкновения рассеянного материала в протопланетном диске вокруг светила. Это дало толчок к созданию других газовых гигантов, вроде Сатурна или Нептуна, на столь же близких от Солнца расстояниях.
Однако новообразованные планеты повели себя «неблагодарно», следуя гравитационным законам — они вытолкали своего «родителя» ближе к Солнцу, на современную орбиту Марса. Тем самым Юпитер вторгнулся во внутреннюю часть Солнечной системы. В других планетных системах эта часть наиболее насыщенная веществом и космическими объектами. Но тяжелая поступь массы Юпитера разбросала там зародыши планет и астероидов, вкинув их в ядерную топку Солнцу или же выбросив на окраины системы в зону современных и .
Если бы не Сатурн, который связал Юпитер орбитальным резонансом и не вывел его на современную орбиту, газовый гигант смог бы окончательно разорить Солнечную систему, выкинув из нее 99% планетного вещества. Однако его путешествия не остались без следа — так Нептун и Уран поменялись своими орбитами, образовав большинство долгопериодических комет.
В конечном итоге, в планетной системе Солнца восцарило необычное равновесие — газовые гиганты, которые формируются вблизи от звезды, оказались на окраинах, а «твердые планеты» вроде Земли перекочевали ближе к Солнцу. Однако некоторые астрономы считали, что для достижения такого баланса нужна еще одна планета — причем достаточно массивная, чтобы влиять на большие Нептун и Уран. Ее, Планету X, полтора века искало множество астрономов — и, похоже, Браун и Батыгин наконец-то подобрались к ней вплотную.
История поисков планеты X
После того как по возмущениям орбиты Урана Леверье вычислил Нептун, астрономы обнаружили, что даже его присутствие не объясняет особенности орбиты ледяного гиганта. Некоторое время пытались найти еще одну планету, которая могла бы влиять на последние крупные объекты Солнечной системы — однако сумели найти только Плутон, который массой и направлением орбиты никак не мог тревожить более крупные тела. Вопрос аномалий Урана-Нептуна окончательно разрешил « », измеривший в 1989 массу Нептуна и тем самым обнаруживший, что никаких противоречий в орбитах не существует.
К тому времени мощности телескопов значительно выросли, что позволило заглянуть астрономам в глубины Солнечной системы. Было обнаружено множество транснептуновых объектов — карликовых планет и крупных астероидов, чья самая ближняя точка орбиты находится дальше от Солнца, чем Нептун. Так, в 2005 была обнаружена уже упомянутая Эрида, вторая по размеру после Плутона карликовая планета. А еще в 2003 нашли , объект диаметров свыше 2 тысяч километров, который отдаляется от Солнца на расстояние 1,4×10 11 км — дальше любого крупного транснептунового объекта! Скоро она обросла целым семейством «седноидов», обособленных транснептуновых объектов, обладающих схожими характеристиками.
Девятая планета — где и почему?
Наблюдая за новообнаруженными планетоидами, астрономы Ч. Трухильо и С. Шеппард, коллеги, обнаружили интересную закономерность. Большинство из них обладают вытянутыми, кометообразными орбитами, которые кратковременно подходят «близко» к Солнцу, на расстояние от 40 до 70 астрономических единиц, а затем на сотни, а то и тысячи лет удаляются прочь. И чем крупнее объект, тем сильнее его удаление. Кроме того, седноиды отклонялись от Солнца в одну и ту же сторону.
Такое совпадение могло бы быть случайностью, иди речь о простых кометах — на протяжении миллиардов лет истории Солнечной системы их разбрасывали все крупные планеты, в особенности уже упомянутые «путешественники» Юпитер, Уран и Нептун. Однако для такого совпадения в отклонениях крупных объектов нужна очень большая планета, чья орбита достигала бы облака Оорта.
Тут Браун и Батыгин и отличились — сопоставив орбитальные характеристики седноидов, они обнаружили математическим путем, что вероятность их случайного совпадения — всего 0,007%. Ученые пошли дальше и составили компьютерную модель, направленную на поиск характеристик планеты, способной изменять орбиты тел, находящихся за Нептуном. Полученные ими в январе 2016 года данные стали основанием для объявления о предоткрытии новой планеты Солнечной системы.
Характеристики Планеты Х
В своих интервью Браун утверждает, что вероятность обнаружения новой планеты равна 90%. Однако пока она не будет обнаружена фактически, при помощи телескопа, говорить об окончательном открытии рано. Тем не менее были опубликованы расчетные характеристики Планеты 9 — они будут использованы в грядущих поисках.
- Орбитальные параметры Планеты X будут зеркальны параметрам седноидов — орбита планеты будет все так же вытянутой, и наклоненной относительно плоскости основных планет Солнечной системы, однако направленной в другую сторону. Соответственно, перигелий планеты — точка максимального приближения к Солнцу — будет составлять 200 астрономических единиц в ближайшей точке, а афелий — максимальное удаление — доходить до 1200 астрономических единиц. Это даже больше, чем у Седны! Год на Планете 9 будет длиться до 20 тысяч земных лет — именно столько может понадобится для прохождения всей орбиты.
Отдаленную от Солнца планету трудновато обнаружить — для этого нужны телескопы, работающие в инфракрасном спектре, или же мощные оптические устройства, способные зафиксировать даже самые маленькие солнечные блики на поверхности. На инфракрасных телескопах работа будет двигаться быстрее, однако возможны погрешности — а на оптических результат будет достоверным, пусть и ценой затрат времени. Инфракрасный орбитальный телескоп WISE, который проводил широкополосные исследования в 2009 году, пока что не обнаружил Планету X, хотя и предоставил достаточно детальные снимки.
Поэтому Браун, Батыгин и другие астрономы планируют найти ее с применением телеспопа «Субару» на Гавайских островах, который считается одним из наиболее больших и качественных в мире — диаметр его главного зеркала превышает 8 метров! Кроме того, он способен работать как и в оптическом, так и в инфракрасном диапазонах света. Но даже с таким инструментом ученым понадобится как минимум 5 лет для того, чтобы поставить точку в вопросе Планеты X.
МОСКВА, 17 мар - РИА Новости, Татьяна Пичугина . Девятую планету от Солнца обнаружат в ближайшее десятилетие, считают американские астрономы. Она движется по эллиптической орбите в поясе Койпера - малоизученной области далеко за Нептуном. Новые данные оставляют мало сомнений в том, что в Солнечной системе существует суперземля.
Кто вытягивает орбиты
Человек изучает Солнечную систему не первое тысячелетие, но белых пятен еще хватает. К примеру, в 1980-е астрономы увлеченно искали Немезиду - темную звезду, напарницу Солнца. Предполагалось, что она могла вызвать экологическую катастрофу на Земле 65 миллионов лет назад, когда погибли динозавры.
Плутон раньше считался девятой планетой Солнечной системы, но в 2006 году его лишили этого статуса, переквалифицировав в карликовую планету, по сути, астероид. Инициатором выступил американский астроном Майкл Браун из Калифорнийского технологического института (США). Все это он описал в книге "Как я убил Плутон и почему это было неизбежно".
Поиски звезды-убийцы закончились ничем, однако десяток лет спустя доказали существование пояса Койпера - области, где сосредоточены ледяные осколки материи, оставшиеся после образования Солнечной системы. Самые крупные - порядка девятисот километров. Всего там обнаружено примерно две тысячи небесных тел.
Браун целенаправленно исследует пояс Койпера, ищет другие транснептуновые объекты - то есть те, что дальше от Солнца, чем Нептун. Он открыл 27 небесных тел, в том числе карликовые планеты Седну и Эриду.
Среди транснептуновых объектов есть аномальные, чьи орбиты очень сильно вытянуты: их большие полуоси простираются на 250 астрономических единиц (расстояний от Солнца до Земли), вместе с тем ближайшие к звезде точки орбит находятся в одной области. Чтобы объяснить эту странность, Браун вместе с коллегой по Калтеху Константином Батыгиным в 2016 году выдвинул гипотезу о существовании на задворках Солнечной системы еще одной планеты.
© CC0 / nagualdesign / Caltech Некоторые тела дальнего пояса Койпера имеют вытянутые орбиты, с перигелиями, концентрирующимися в одном месте. Пунктиром обозначена орбита гипотетической девятой планеты, предсказанной в 2016 году
© CC0 / nagualdesign / Caltech
Некоторые тела дальнего пояса Койпера имеют вытянутые орбиты, с перигелиями, концентрирующимися в одном месте. Пунктиром обозначена орбита гипотетической девятой планеты, предсказанной в 2016 году
Вне конкуренции
На поиски новой планеты бросили значительные силы, подключили астрономов-любителей - безрезультатно. Тем не менее гипотезу не отбросили, наоборот, теперь она кажется еще более обоснованной. "Мы беспокоились, что найдется более простое или естественное объяснение аномалий, которые мы видим в данных, и что гипотеза девятой планеты вскоре окажется неактуальной. Но этого не произошло. Гипотеза довольно успешно прошла проверку временем", - пишет Константин Батыгин в своем блоге.
Есть только две альтернативные версии, объясняющие аномалии орбит самых удаленных объектов пояса Койпера. Первая - ошибка наблюдения. Ее разбору посвящена новая Брауна и Батыгина, опубликованная в январе в "The Astronomical Journal". Ученые рассчитали вероятность, с которой орбиты этих тел выглядят именно так, как их видят сейчас, благодаря ошибке. Результат - всего две десятых процента. Вывод: наблюдаемые странности статистически весомы.
Другая альтернатива - существование еще одного массивного диска в Солнечной системе, состоящего из ледяных планетезималей - остатков протопланетного диска, чья гравитация вытягивает орбиты транснептуновых объектов так же, как это сделала бы целая планета. Но, отмечает Майкл Браун, этот сценарий еще более сложный.
Суперземля в Солнечной системе?
Итоги двух лет поисков девятой планеты подводит Брауна и Батыгина, подготовленная совместно с коллегами из Университета Мичигана для журнала "Physics Reports". Ученые проанализировали заново все факты, уточнили характеристики гипотетической планеты, выполнили численное моделирование и представили убедительные доказательства ее существования.
Девятая планета раза в два меньше по всем параметрам, чем это представлялось три года назад, поясняет Батыгин. Большая полуось ее орбиты равна примерно 400-500 астрономическим единицам, эксцентриситет - 0,15-0,3 (показатель сжатости эллипса), наклонение - 20 градусов. Лучшие результаты моделирования получаются при массе планеты в пять раз больше земной. В любом случае, десять масс Земли - это потолок. Для сравнения: Нептун тяжелее в 17,2 раза.
Судя по характеристикам, девятая планета очень напоминает суперземлю - особый класс экзопланет, часто наблюдаемых у других звезд. Возможно, это небесное тело действительно образовалось не здесь, а было захвачено Солнцем в момент сближения с другой звездной системой. Впрочем, вопрос происхождения гипотетической планеты поднимать рано.
Приют скитальца
Звездная величина, или яркость, нового члена планетной семьи очень мала - 24-25 магнитуд. Это на пределе возможностей земной техники. Объект мог бы обнаружить телескоп Pan-STARRS, сканирующий все небо. Однако есть сложность - самая удаленная точка орбиты интересующего нас небесного тела, возможно, пересекает плоскость Млечного пути, где высокая концентрация звезд. На их фоне трудно что-нибудь различить.
Структура Солнечной системы довольно проста. В ее центре находится Солнце - звезда, идеально подходящая для развития жизни: не слишком горячая, но и не слишком холодная, не слишком яркая, но и не слишком тусклая, с длительным временем жизни и весьма умеренной активностью. Ближе к Солнцу располагаются планеты земной группы, в которую, помимо Земли, входят Меркурий, Венера и Марс. Эти планеты относительно маломассивны, но состоят из каменистых горных пород, что позволяет им иметь твердую поверхность. В последние годы набирает популярность понятие зоны обитаемости : так называют интервал расстояний от центральной звезды, внутри которого на поверхности планеты земного типа может существовать жидкая вода. В Солнечной системе зона обитаемости простирается примерно от орбиты Венеры до орбиты Марса, но жидкой водой (по крайней мере, в значительных количествах) может похвастаться только Земля.
Дальше от Солнца следуют планеты-гиганты (Юпитер и Сатурн) и ледяные гиганты (Уран и Нептун). Гиганты существенно более массивны, чем планеты земной группы, но эта масса набрана ими за счет летучих соединений, из-за чего гиганты существенно менее плотны и лишены твердой поверхности. Между последней планетой земной группы - Марсом - и первой планетой-гигантом - Юпитером - располагается Главный пояс астероидов; за последним ледяным гигантом - Нептуном - начинается периферия Солнечной системы. Раньше там была еще одна планета, Плутон, но в 2006 году мировое астрономическое сообщество решило, что Плутон по своим параметрам до настоящей планеты не дотягивает, и теперь самой далекой планетой Солнечной системы (из известных!) является Нептун, обращающийся в 30 а.е. от Солнца (точнее, от 29.8 а.е. в перигелии до 30.4 в афелии).
Однако уже довольно давно многих ученых не оставляет мысль о том, что на Нептуне счет планет Солнечной системы не останавливается. Правда, чем дальше планета от Солнца, тем сложнее обнаружить ее непосредственно, однако есть и косвенные способы. Один заключается в поиске гравитационного влияния невидимой планеты на известные тела транснептуновой области. В частности, неоднократно предпринимались попытки, во-первых, найти закономерности в орбитах долгопериодических комет, во-вторых, объяснить эти закономерности притяжением далекой планеты-гиганта. В более экстремистских вариантах признаком наличия далекой планеты считают кажущиеся периодичности в вымирании живых организмов на Земле или в частоте метеоритной бомбардировки нашей планеты. Однако до сих пор предположения о неведомых планетах (Немезида, Тюхе и пр.), основанные на этих закономерностях и периодичностях, не находили широкого признания у астрономической общественности. Не только объяснение, но и само наличие объясняемых закономерностей и периодичностей кажется довольно неубедительным. Кроме того, речь, как правило, идет о довольно крупных телах, возможно, в разы более массивных, чем Юпитер, которые должны быть доступными современной наблюдательной технике.
Новая попытка доказать существование девятой планеты также основана на поиске признаков ее гравитационного влияния, но не на долгопериодические кометы, а на объекты пояса Койпера.
Пояс Койпера
Поясом Койпера иногда коллективно называют все объекты, населяющие периферию Солнечной системы. Но на самом деле они представляют собой несколько динамически различных групп: классический пояс Койпера, рассеянный диск и резонансные объекты. Объекты классического пояса Койпера вращаются вокруг Солнца по орбитам с небольшими наклонениями и эксцентриситетами, то есть по орбитам «планетного» типа. Объекты рассеянного диска движутся по вытянутым орбитам с перигелиями в области орбиты Нептуна, орбиты резонансных объектов (к их числу относится Плутон) находятся в орбитальном резонансе с Нептуном.
Классический пояс Койпера довольно резко обрывается примерно на 50 а.е. Вероятно, именно там проходила основная граница распределения вещества Солнечной системы. И хотя объекты рассеянного диска и резонансные объекты в афелии (наиболее удаленной от Солнца точке орбиты небесного тела) уходят от Солнца на сотни астрономических единиц, в перигелии (ближайшей к Солнцу точке орбиты) они близки к Нептуну, указывая, что и те и другие связаны общим происхождением с классическим поясом Койпера, а на свои современные орбиты были «пристроены» гравитационным воздействием Нептуна.
Открытие Седны
Картина начала усложняться в 2003 году, когда был открыт транснептуновый объект (ТНО) Седна с перигелийным расстоянием в 76 а.е. Столь значительное удаление от Солнца означает, что Седна не могла попасть на свою орбиту в результате взаимодействия с Нептуном, и потому возникло предположение, что она является представителем более далекого населения Солнечной системы - гипотетического облака Оорта.
Некоторое время Седна оставалась единственным известным объектом с подобной орбитой. Об открытии второго «седноида» в 2014 году сообщили Чедвик Трухильо и Скотт Шеппард. Объект 2012 VP113 обращается вокруг Солнца по орбите с перигелийным расстоянием 80.5 а.е., то есть даже больше, чем у Седны. Трухильо и Шеппард обратили внимание, что и Седна, и 2012 VP113 имеют близкие значения аргумента перигелия - угла между направлениями на перигелий и на восходящий узел орбиты (точку ее пересечения с эклиптикой). Интересно, что подобные значения аргумента перигелия (340° ± 55°) характерны для всех объектов с большими полуосями больше 150 а.е. и с перигелийными расстояниями больше перигелийного расстояния Нептуна. Трухильо и Шеппард высказали предположение, что такое группирование объектов вблизи конкретного значения аргумента перигелия может быть вызвано возмущающим действием далекой массивной (несколько масс Земли) планеты.
Доказательства существования Планеты X
В статье, опубликованной в январе 2016 года Константином Батыгиным и Майклом Брауном, сотрудниками Калифорнийского технологического университета, исследуется возможность того, что существованием ранее неизвестной планеты действительно можно объяснить наблюдаемые параметры далеких астероидов со схожими значениями аргумента перигелия. Авторы аналитически и численно исследовали движение тестовых частиц на периферии Солнечной системы на протяжении 4 млрд лет под воздействием возмущающего тела массой 10 масс Земли на вытянутой орбите и показали, что наличие такого тела действительно приводит к наблюдаемой конфигурации орбит ТНО со значительными большими полуосями и перигелийными расстояниями. Более того, наличие внешней планеты позволяет объяснить не только существование Седны и других ТНО с близкими значениями аргумента перигелия.
Неожиданно для авторов в их моделировании действие возмущающего тела объяснило существование еще одного населения ТНО, происхождение которого до сих пор оставалось непроясненным, а именно населения объектов пояса Койпера на орбитах с большими наклонениями. Наконец, в работе Батыгина и Брауна предсказывается существование объектов с большими перигелийными расстояниями и другими значениями аргумента перигелия, что обеспечивает возможность дополнительной наблюдательной проверки их предсказания.
Перспективы открытия новой планеты
Главной проверкой последних исследований, разумеется, должно стать обнаружение самого «возмутителя спокойствия» - той самой планеты, притяжение которой, по мнению авторов, определяет распределение тел с перигелиями вне классического пояса Койпера. Задача ее поиска весьма сложна. Бо́льшую часть времени Планета Х должна проводить вблизи афелия, который может располагаться на расстоянии свыше 1000 а.е. от Солнца. Расчеты указывают на возможное расположение планеты очень приблизительно - ее афелий расположен примерно в направлении, противоположном направлению на афелии исследованных ТНО, но наклонение орбиты по данным об имеющихся ТНО с большими полуосями орбит определить не удается. Так что обзор весьма обширного участка неба, где может находиться неизвестная планета, продлится много лет. Поиски могут стать легче, если будут обнаружены другие ТНО, движущиеся под воздействием Планеты Х, что позволит сузить диапазон возможных значений параметров ее орбиты.
WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) - космический телескоп НАСА, запущенный в 2009 году для изучения неба в инфракрасном диапазоне, мог не увидеть гипотетическую планету. Аналог Сатурна или Юпитера WISE обнаружил бы на расстоянии до 30 000 а.е., то есть больше, чем нужно. Но оценки проводились именно для планеты-гиганта с соответствующим собственным ИК-излучением. Вполне возможно, что эти результаты не масштабируются на ледяной гигант типа Нептуна или даже менее массивную планету.
В настоящее время есть, по сути, один телескоп, пригодный для поисков Планеты X, - это японский телескоп «Субару», установленный на Гавайских островах. Благодаря 8,2-метровому зеркалу он собирает много света и потому обладает высокой чувствительностью, при этом его оборудование позволяет получать снимки довольно больших участков неба (площадью примерно в полную Луну). Но даже при этих условиях обзор обширного участка неба, где может находиться сейчас Планета X, займет несколько лет. Если же он не увенчается успехом, останется надеяться на специализированный обзорный телескоп LSST, строительство которого идет сейчас в Чили. При зеркале диаметром 8,4 метра он будет обладать полем зрения диаметром 3,5° (в семь раз больше, чем у «Субару»). При этом обзорные наблюдения будут его основной задачей, в отличие от «Субару», который работает по многочисленным наблюдательным программам. Ввод LSST в строй ожидается в начале 2020-х годов.
29 февраля, 2 и 4 марта в Академии ПостНауки на старом Арбате состоится интенсив Владимира Сурдина «Солнечная система: в поисках запасной планеты» - 9 занятий, которые помогут разобраться в многообразии планет и узнать, существуют ли, помимо Земли, планеты, пригодные для жизни.
