Тайна девятой планеты.

Вновь возродившую надежды на то, что в Солнечной системе удастся обнаружить еще одну планету, расположенную намного дальше Плутона. Подробнее об истории поиска девятой планеты и о значении расчетов Батыгина и Брауна по просьбе N + 1 рассказывает блогер и популяризатор космонавтики Виталий «Зеленый Кот» Егоров.

В астрономической среде два года обсуждают сенсацию, которой пока нет. Ряд косвенных признаков указывает, что где-то в Солнечной системе, намного дальше Плутона, есть еще одна планета. Пока ее не нашли, но примерное местоположение рассчитали. Если в расчетах ошибки нет, то это станет самым важным астрономическим открытием столетия.

Первой планетой, открытой «на кончике пера», была Нептун - еще в 1830-е годы астрономы обратили внимание на непредвиденные отклонения в орбите Урана и предположили, что за ним имеется еще одна планета, которая вызывает гравитационное возмущение. Гипотеза подтвердилась в 1846 году, когда Нептун смогли наблюдать в математически предсказанной области неба. Оказалось, что его видели и раньше, но не могли отличить от далеких звезд. Среднее расстояние до Нептуна - 4,5 миллиарда километров, или около 30 астрономических единиц (одна астрономическая единица равна расстоянию от Солнца до Земли - около 150 миллионов километров).

Оптимизм после открытия Нептуна вдохновил многих ученых и любителей астрономии на поиски других, более удаленных планет. Дальнейшие наблюдения за Нептуном и Ураном показывали расхождение между реальным движением планет и предсказанным математически, и это вселяло уверенность, что сенсация 1846 года может повториться. Казалось, в 1930 году поиски увенчались успехом, когда Клайд Томбо обнаружил Плутон на расстоянии около 40 астрономических единиц.

Клайд Томбо

К концу XX века благодаря технологиям цифровой фотосъемки и компьютерной обработки данных начались открытия других транснептуновых объектов, размером меньше Плутона. Сначала, по привычке, их звали планетами. В Солнечной системе их стало десять, потом одиннадцать, потом двенадцать. Но к началу 2000-х годов астрономы забили тревогу. Стало ясно, что за Нептуном Солнечная система не заканчивается и каждой ледяной глыбе придавать статус Земли и Юпитера не годится. В 2006 году для плутоноподобных тел придумали отдельное название - карликовая планета. Планет снова стало восемь, как и столетие назад.

Тем временем поиски настоящих планет за пределами орбит Нептуна и Плутона не прекращались. Высказывались даже гипотезы о наличии там красного или коричневого карлика, то есть малого звездоподобного тела массой в несколько десятков Юпитеров, которое составляет с Солнцем двойную звездную систему. Подсказали эту гипотезу… динозавры и прочие вымершие животные. Группа ученых обратила внимание на то, что массовые вымирания на Земле происходят примерно каждые 26 миллионов лет, и предположила, что это период возвращения в окрестности внутренней Солнечной системы массивного тела, которое приводит к увеличению числа комет, устремляющихся к Солнцу и попадающих в Землю. Во многие СМИ эти гипотезы попали в виде антинаучных предсказаний о грядущем нападении пришельцев с планеты или звезды Нибиру.

По оси Х - миллионы лет до настоящего дня, по оси Y - всплески вымирания биологических видов на Земле

Разглядеть новую планету или недалекую звезду не удается никому до сих пор. Или ее там вообще нет, или она слишком холодна и излучает или отражает слишком мало света, чтобы ее можно было обнаружить при случайном поиске. Ученым пока приходится полагаться на косвенные признаки: особенности движения других, уже открытых космических тел.

Поначалу обнадеживающие данные получали в аномалиях орбит Урана и Нептуна, но в 1989 году было установлено, что причина аномалий - в ошибочном определении массы Нептуна: он оказался на пять процентов легче, чем думали ранее. После коррекции данных моделирование стало совпадать с наблюдениями, и гипотеза о девятой планете отпала.

Некоторые исследователи задумались о причинах появления долгопериодических комет во внутренней Солнечной системе и об источнике короткопериодических комет. Долгопериодические кометы могут появляться у Солнца раз в сотни или миллионы лет. Короткопериодические облетают вокруг Солнца за 200 или менее лет, то есть находятся гораздо ближе.

Кометы имеют очень короткий по космическим меркам срок жизни. Основной их материал - это лед различного происхождения: из воды, метана, циана и др. Солнечные лучи испаряют льды, и комета превращается в незаметный поток пыли. Тем не менее, короткопериодические кометы продолжают летать вокруг Солнца и сегодня, спустя миллиарды лет после формирования Солнечной системы. Значит, их число пополняется из какого-то внешнего источника.

Таким источником считается Облако Оорта - гипотетический регион радиусом до 1 светового года, или 60 тысяч астрономических единиц, вокруг Солнца. Считается, что там летают миллионы ледяных кусков по круговым орбитам. Но периодически что-то меняет их орбиту и запускает к Солнцу. Что это за сила, пока неизвестно: это может быть гравитационное возмущение от соседних звезд, результаты столкновений в облаке или влияние крупного тела в нем же. Например, это могла бы быть планета размером чуть больше Юпитера - ей даже дали название Тюхе. Авторы гипотезы Тюхе предполагали, что телескоп WISE сможет найти ее, но открытия не состоялось.

Облако Оорта (наверху: оранжевой линией показана условная орбита объектов из пояса Койпера, желтой - орбита Плутона

Для семейства пояса Койпера характерны круговые орбиты, небольшой наклон к плоскости вращения известных планет Солнечной системы - плоскости эклиптики - и обращение в границах 30 и 55 астрономических единиц. С внутренней стороны пояс Койпера обрывается на орбите Нептуна, кроме того эта планета оказывает гравитационное возмущение на пояс. Причина внешней резкой границы пояса неизвестна. Это дает основания предполагать наличие еще одной полноценной планеты где-то на расстоянии 50 астрономических единиц.

За поясом Койпера, хотя и частично пересекаясь с ним, лежит область рассеянного диска. Для малых тел этого диска, напротив, характерны сильно вытянутые эллиптические орбиты и значительный наклон к плоскости эклиптики. Новые надежды на обнаружение девятой планеты и бурные обсуждения в среде астрономов породили именно тела рассеянного диска.

Некоторые объекты рассеянного диска настолько далеки от Нептуна, что он не оказывает на них никакого гравитационного влияния. Для них придуман отдельный термин «обособленный транснептуновый объект». Один из таких известных объектов под названием Седна приближается к Солнцу на 76 астрономических единиц и отдаляется на 1000 астрономических единиц, поэтому ее одновременно считают первым найденным объектом Облака Оорта. Некоторые известные тела рассеянного диска имеют менее экстремальные орбиты, а какие-то, напротив, имеют еще более вытянутую орбиту и сильный наклон плоскости обращения.

Орбиты транснептуновых объектов. Справа, зеленым цветом, - орбита предполагаемой девятой планеты

По расчетам авторов свежей гипотезы, «их» планета может иметь вытянутую орбиту, приближаясь к Солнцу на 200 и отдаляясь на 1200 астрономических единиц. Ее точное местоположение на земном небе пока рассчитать не удается, но примерная область поисков постепенно сокращается. Поиск ведется с помощью оптического телескопа «Субару» на Гавайях и телескопа имени Виктора Бланко в Чили. Для того чтобы дополнительно подтвердить существование планеты и уточнить ее возможное местоположение, требуется найти больше тел рассеянного диска. Сейчас эти поиски продолжаются, работы имеют высокий приоритет, и появляются новые находки. Однако ожидаемая планета по-прежнему неуловима.

Если бы астрономы знали, куда смотреть,то, возможно, смогли бы увидеть планету и оценить ее размер. Но у «дальнобойных» телескопов слишком узкий угол обзора, чтобы осуществлять свободный поиск по большим площадям неба. К примеру, известный космический телескоп Hubble за 25 лет своей работы осмотрел менее 10 процентов всей небесной сферы. Но поиски продолжаются, и если девятую планету Солнечной системы все-таки найдут, то это станет настоящей сенсацией в астрономии.

Удастся ли ученым найти в Солнечной системе еще один крупный объект? Рассказываем о поисках еще одной планеты Солнечной системы совместно с научно-популярным порталом N+1 .

В астрономической среде два года обсуждают сенсацию, которой пока нет. Зимой 2016 года назад ученые Калифорнийского технологического института Константин Батыгин и Майкл Браун опубликовали статью, вновь возродившую надежды на то, что в Солнечной системе удастся обнаружить еще одну планету. Ряд косвенных признаков указывает, что где-то намного дальше Плутона, есть еще одна планета. Пока ее не нашли, но примерное местоположение рассчитали. Если в расчетах ошибки нет, то это станет самым важным астрономическим открытием столетия.

Первой планетой, открытой «на кончике пера», была Нептун - еще в 1830-е годы астрономы обратили внимание на непредвиденные отклонения в орбите Урана и предположили, что за ним имеется еще одна планета, которая вызывает гравитационное возмущение. Гипотеза подтвердилась в 1846 году, когда Нептун смогли наблюдать в математически предсказанной области неба. Оказалось, что его видели и раньше, но не могли отличить от далеких звезд. Среднее расстояние до Нептуна - 4,5 миллиарда километров, или около 30 астрономических единиц (одна астрономическая единица равна расстоянию от Солнца до Земли - около 150 миллионов километров).

Оптимизм после открытия Нептуна вдохновил многих ученых и любителей астрономии на поиски других, более удаленных планет. Дальнейшие наблюдения за Нептуном и Ураном показывали расхождение между реальным движением планет и предсказанным математически, и это вселяло уверенность, что сенсация 1846 года может повториться. Казалось, в 1930 году поиски увенчались успехом, когда Клайд Томбо на расстоянии около 40 астрономических единиц.

Долгое время Плутон оставался единственным известным объектом Солнечной системы, расположенным дальше от Солнца, чем Нептун. И по мере роста качества астрономической техники представления о размере Плутона постоянно менялись в сторону уменьшения. К середине века считалось, что он имеет размер, сравнимый с Землей, и очень темную поверхность. В 1978 году удалось уточнить массу Плутона благодаря открытию его спутника Харона. Оказалось, что он намного меньше не то что Меркурия, но даже земной Луны.

К концу XX века благодаря технологиям цифровой фотосъемки и компьютерной обработки данных начались открытия других транснептуновых объектов, размером меньше Плутона. Сначала, по привычке, их звали планетами. В Солнечной системе их стало десять, потом одиннадцать, потом двенадцать. Но к началу 2000-х годов астрономы забили тревогу. Стало ясно, что за Нептуном Солнечная система не заканчивается и каждой ледяной глыбе придавать статус Земли и Юпитера не годится. В 2006 году для плутоноподобных тел придумали отдельное название - карликовая планета. Планет снова стало восемь, как и столетие назад.

Тем временем поиски настоящих планет за пределами орбит Нептуна и Плутона не прекращались. Высказывались даже гипотезы о наличии там красного или коричневого карлика, то есть малого звездоподобного тела массой в несколько десятков Юпитеров, которое составляет с Солнцем двойную звездную систему. Подсказали эту гипотезу… динозавры и прочие вымершие животные. Группа ученых обратила внимание на то, что массовые вымирания на Земле происходят примерно каждые 26 миллионов лет, и предположила, что это период возвращения в окрестности внутренней Солнечной системы массивного тела, которое приводит к увеличению числа комет, устремляющихся к Солнцу и попадающих в Землю. Во многие СМИ эти гипотезы попали в виде антинаучных предсказаний о грядущем нападении пришельцев с планеты или звезды Нибиру.

NASA дважды предпринимало попытки найти возможную планету или коричневый карлик. В 1983 году космический телескоп IRAS осуществил полное картографирование небесной сферы в инфракрасном диапазоне. Телескоп провел наблюдения десятков тысяч источников теплового излучения, открыл несколько астероидов и комет в Солнечной системе и стал причиной шумихи в прессе, когда ученые приняли по ошибке далекую галактику за юпитероподобную планету. В 2009-м году полетел похожий, но более чувствительный и долгоживущий телескоп WISE, который сумел найти несколько коричневых карликов, но на расстоянии в несколько световых лет, то есть не относящихся к Солнечной системе. Он же показал, что в нашей системе планет размером с Сатурн или Юпитер за Нептуном тоже нет.

Разглядеть новую планету или недалекую звезду не удается никому до сих пор. Или ее там вообще нет, или она слишком холодна и излучает или отражает слишком мало света, чтобы ее можно было обнаружить при случайном поиске. Ученым пока приходится полагаться на косвенные признаки: особенности движения других, уже открытых космических тел.

Поначалу обнадеживающие данные получали в аномалиях орбит Урана и Нептуна, но в 1989 году было установлено, что причина аномалий - в ошибочном определении массы Нептуна: он оказался на пять процентов легче, чем думали ранее. После коррекции данных моделирование стало совпадать с наблюдениями, и гипотеза о девятой планете отпала.

Некоторые исследователи задумались о причинах появления долгопериодических комет во внутренней Солнечной системе и об источнике короткопериодических комет. Долгопериодические кометы могут появляться у Солнца раз в сотни или миллионы лет. Короткопериодические облетают вокруг Солнца за 200 или менее лет, то есть находятся гораздо ближе.

Кометы имеют очень короткий по космическим меркам срок жизни. Основной их материал - это лед различного происхождения: из воды, метана, циана и др. Солнечные лучи испаряют льды, и комета превращается в незаметный поток пыли.

Тем не менее, короткопериодические кометы продолжают летать вокруг Солнца и сегодня, спустя миллиарды лет после формирования Солнечной системы. Значит, их число пополняется из какого-то внешнего источника.

Таким источником считается Облако Оорта - гипотетический регион радиусом до 1 светового года, или 60 тысяч астрономических единиц, вокруг Солнца. Считается, что там летают миллионы ледяных кусков по круговым орбитам. Но периодически что-то меняет их орбиту и запускает к Солнцу. Что это за сила, пока неизвестно: это может быть гравитационное возмущение от соседних звезд, результаты столкновений в облаке или влияние крупного тела в нем же. Например, это могла бы быть планета размером чуть больше Юпитера - ей даже дали название Тюхе. Авторы гипотезы Тюхе , что телескоп WISE сможет найти ее, но открытия не состоялось.

Если Облако Оорта - только гипотетическое семейство малых тел Солнечной системы, которое астрономы не могут наблюдать непосредственно, то другое семейство, пояс Койпера, изучено гораздо лучше. Плутон - это первое обнаруженное космическое тело пояса Койпера. Сейчас там открыто еще три карликовые планеты размером с Плутон или меньше и более тысячи малых тел.

Для семейства пояса Койпера характерны круговые орбиты, небольшой наклон к плоскости вращения известных планет Солнечной системы - плоскости эклиптики - и обращение в границах 30 и 55 астрономических единиц. С внутренней стороны пояс Койпера обрывается на орбите Нептуна, кроме того эта планета оказывает гравитационное возмущение на пояс. Причина внешней резкой границы пояса неизвестна. Это дает основания предполагать наличие еще одной полноценной планеты где-то на расстоянии 50 астрономических единиц.

За поясом Койпера, хотя и частично пересекаясь с ним, лежит область рассеянного диска. Для малых тел этого диска, напротив, характерны сильно вытянутые эллиптические орбиты и значительный наклон к плоскости эклиптики. Новые надежды на обнаружение девятой планеты и бурные обсуждения в среде астрономов породили именно тела рассеянного диска.

Некоторые объекты рассеянного диска настолько далеки от Нептуна, что он не оказывает на них никакого гравитационного влияния. Для них придуман отдельный термин «обособленный транснептуновый объект». Один из таких известных объектов под названием Седна приближается к Солнцу на 76 астрономических единиц и отдаляется на 1000 астрономических единиц, поэтому ее одновременно считают первым найденным объектом Облака Оорта. Некоторые известные тела рассеянного диска имеют менее экстремальные орбиты, а какие-то, напротив, имеют еще более вытянутую орбиту и сильный наклон плоскости обращения.

Оказалось, что несколько найденных обособленных транснептуновых объектов имеют ближнюю точку своей орбиты в области около 60 астрономических единиц и эта точка лежит в плоскости эклиптики, а у некоторых объектов орбиты вытянуты в одном направлении. Вероятность такого случайного пролегания орбит составляет 0,025 процента, то есть более вероятно гравитационное влияние неизвестной планеты. По оценкам ученых Калифорнийского технологического института Константина Батыгина и Майкла Брауна, обративших внимание на необычные орбиты, это может быть планета в десять раз массивнее Земли. Возможно, там летает газовый собрат Нептуна и Урана либо каменная планета в 2–4 раза больше Земли, так называемая «суперземля». Хотя, учитывая изобилие ледяных тел на периферии Солнечной системы, более вероятно наличие газовой планеты.

По расчетам авторов свежей гипотезы, «их» планета может иметь вытянутую орбиту, приближаясь к Солнцу на 200 и отдаляясь на 1200 астрономических единиц. Ее точное местоположение на земном небе пока рассчитать не удается, но примерная область поисков постепенно сокращается.

Поиск ведется с помощью оптического телескопа «Субару» на Гавайях и телескопа имени Виктора Бланко в Чили. Для того чтобы дополнительно подтвердить существование планеты и уточнить ее возможное местоположение, требуется найти больше тел рассеянного диска. Сейчас эти поиски продолжаются, работы имеют высокий приоритет, и появляются новые находки. Однако ожидаемая планета по-прежнему неуловима.

Если бы астрономы знали, куда смотреть,то, возможно, смогли бы увидеть планету и оценить ее размер. Но у «дальнобойных» телескопов слишком узкий угол обзора, чтобы осуществлять свободный поиск по большим площадям неба. К примеру, известный космический телескоп Hubble за 25 лет своей работы осмотрел менее 10 процентов всей небесной сферы. Но поиски продолжаются, и если девятую планету Солнечной системы все-таки найдут, то это станет настоящей сенсацией в астрономии.

Тайна девятой планеты: учёные всё ближе к открытию

• Научно-популярное ,
• Астрономия

• Перевод

Далеко за пределами восьми планет Солнечной системы, даже за Плутоном и миниатюрными карликовыми планетами может скрываться значительный новый мир, названный «девятой планетой». Мало какие открытия могут быть настолько же сенсационными, как ещё одна планета, находящаяся на орбите вокруг Солнца, поэтому эта тема служит Святым Граалем для астрономов – и за несколько столетий такое открытие сумели сделать всего несколько раз. Пока никто не знает, где может располагаться этот эфемерный мир, или даже существует ли он на самом деле. Но в гонке на обнаружение исследователи сужают пространство для поисков на основе влияния небесного тела на Солнечную систему, и участок космоса, где следует искать планету, уменьшился примерно вдвое по сравнению с состоянием, бывшим несколько месяцев назад. На встрече американского астрономического общества планетарных наук и европейском конгрессе планетарных наук учёные подробно описали свои последние достижения в этой области.

В январе астрофизики Калифорнийского технологического института Константин Батыгин и Майкл Браун существования большой неоткрытой девятой планеты. Из их компьютерных моделей следует, что гравитационное действие этой планеты может объяснить странные, наклонённые орбиты нескольких объектов из пояса Койпера – набора ледяных объектов, населяющих дальние пределы Солнечной системы. Учёные борются за право стать первыми обнаружившими девятую планету, используя крупнейшие телескопы Земли, такие, как телескоп Субару на Гавайях.

Работа Батыгина и Брауна установила ограничения на возможную массу планеты и расположение её орбиты – где предыдущие наблюдения могли упустить её. По их расчётам, её масса составляет от 5 до 20 земных – что критично для понимания примерных размеров разыскиваемого объекта. Также они считают, что его орбита наклонена на 30 градусов к плоскости Солнечной системы – относительно тонкой и плоской зоны, в которой вращаются восемь основных планет. Также они предполагают, что сейчас планета наиболее удалена от Солнца, в северном полушарии неба, а радиус её вытянутой орбиты в среднем находится в промежутке от 380 до 980 а.е.

Но эти оценки всё равно захватывают сектор неба размером «порядка 1500 квадратных градусов», как говорит астроном Скотт Шеппард из Института науки Карнеги, вместе с астрономом Чедвиком Труильо предположивший о существовании девятой планеты в 2014 году. Для сравнения, полная Луна занимает 0,2 квадратных градуса ночного неба. Охват неба, описанный Шеппардом, соответствует примерно 20 ночным наблюдениям с телескопа Субару, «и, получая доступ к нему на семь ночей в году, выходит, необходимо ждать три года – и то, если дождя не будет»,- говорит Шеппард.

Стратегией гонки остаётся уменьшение области поисков путём устранения теоретических возможностей. В пока ещё не опубликованном наборе из 100 компьютерных симуляций высокого разрешения, по словам Батыгина, они с Брауном уменьшили область поисков девятой планеты до кусочка неба размером в 600-800 квадратных градусов. Сначала они построили модель развития Солнечной системы за 4 миллиарда лет, концентрируясь на том, как гравитация крупнейших планет – Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Девятой планеты – могли бы выстроить орбиты тысяч случайных объектов пояса Койпера (ОПК). «Мы ищем всё то, что девятая планета делает с Солнечной системой»,- говорит Браун.

В попытках уточнить вероятную орбиту планеты, исследователи сравнили результаты симуляции с реальным состоянием пояса Койпера. «Наша работа показала синтетическую Солнечную систему, выглядящую во многом похожей на настоящую,- говорит Батыгин. – Моя уверенность в том, что Девятая планета существует, почти уже оформилась – ведь результаты расчётов так хорошо совпадают с наблюдениями».

Дальнейшие стратегии включают исследование возможного гравитационного влияния девятой планеты на другие небесные тела. Астрономы Юрий Медведев и Дмитрий Вавилов из Института прикладной астрономии РАН изучили 768 комет, впервые входящих в Солнечную систему, отметив, что пять из них могли подойти близко к девятой планете в прошлом, и в результате её притяжения поменять свой курс. Их анализ предполагает, что «девятая планета могла завлечь эти кометы в Солнечную систему»,- говорит Вавилов. «Мы думаем, кометы могут помочь в сужении поля для поисков девятой планеты. Помогло бы в этом и обнаружение дополнительных комет». Шеппард предупреждает о том, что необходимо «с осторожностью использовать кометы для поисков девятой планеты, поскольку на их орбиты может влиять множество сил. Но, несмотря на мой скептицизм, это может помочь».

Анализ Плутона , проделанный астрофизиками Мэтью Холманом и Мэтью Пейном их Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра не нашёл доказательств за или против существования девятой планеты. В частности это произошло из-за плохих старых архивных фотографий Плутона, говорит Холман, из-за чего трудно понять, смещался ли Плутон на орбите таким образом, который мог бы подтвердить наличие или отсутствие девятой планеты. Но он же утверждает, что высококачественные данные о Сатурне , полученные с наземной сети радиотелескопов, следящих за космическим аппаратом Кассини, многообещающие, и совпадают с выкладками Батыгина и Брауна.

Также, по словам Холмана, в поисках девятой планеты может помочь анализ изменений орбиты Марса. Хотя на Марс планета должна оказывать меньше влияния, чем на Сатурн – поскольку Марс ближе к Солнцу и сильнее связан с ним гравитационно – искусственных спутников у Марса больше, и они наблюдают за Красной планетой дольше, поэтому «их наблюдения гораздо более точные»,- говорит Холман. Кроме того, «Кассини выдаёт данные с точностью в десятки метров, а расстояния между Землёй и Марсом измеряют с точностью до метров».

Более сильное свидетельство влияния девятой планеты можно найти в длительности обращения остальных тел вокруг Солнца. К примеру, четыре ОПК с самыми долгими орбитами обращаются по схеме , которую легко объяснить присутствием девятой планеты – как говорит астроном Рене Малхотра , директор теоретической астрофизики в Аризонском университете в Таксоне. Её работа с двумя коллегами намекает на наличие двух вероятных наклонов орбиты девятой планеты, один ближе к плоскости Солнечной системы на 18 градусов, и другой более крутой, на 48 градусов. Эта информация может помочь уменьшить огромную область поисков.

Некоторые исследования настолько ограничивают возможное местонахождение девятой планеты, что могут вообще исключить факт её существования. К примеру, хотя предыдущие исследования предполагают её существование из-за скопления орбит некоторых ОПК, наблюдение за ограниченным количеством ОПК могут лишь создать впечатление группировки некоторых орбит – так, по крайней мере, говорит астрофизик

В середине 19 века астрономы предположили, что между Солнцем и Меркурием должна быть планета, еще одна планета нашей Солнечной системы. Они ее даже не видели, но рассчитали орбиту и окрестили Вулканом. По их мнению, только планета могла объяснить небольшие отклонения в орбите Меркурия. Шли годы, и астрономы все глаза проглядели, но так и не нашли Вулкан. И в 1915 году теория относительности Эйнштейна объяснила странное поведение Меркурия, устранив необходимость в Вулкане. О поисках забыли. К чему мы это все?

Вулкан - одна из множества планет, существование которых в нашей Солнечной системе неправильно предсказывалось десятилетиями.

Нибиру, Тихе, а также разнообразные «планеты Х» за орбитой Нептуна, доводили наивную публику до дрожи, неистово волнуя воображение и разжигая фантазию. И только однажды математическое моделирование оказалось правильным. Этот случай хорошо известен. Существование Нептуна - восьмой и самой дальней из известных планет от Солнца - было выведено по тяге, которую он оказывал на орбиту Урана.

На днях дуэт американских астрономов сообщил, что надеется найти еще одну планету за орбитой Нептуна - гиганта в десять раз массивнее Земли. Пока не открытая «Девятая планета» идеально объяснила бы изворотливое движение скопившейся небольшой группы кометоподобных тел во внешних чертогах нашей Солнечной системы.

Предложение добавить планету в арсенал Солнечной системы вызвало большое волнение, но эксперты предупреждают: пока теория остается теорией. Возможно, уйдут годы на ее подтверждение.

«Работа, которую они проделали, впечатляет. Они собрали много информации, они были очень осторожны. Но на самом деле это лишь первый шаг, - рассказал Эдвард Блумер из Королевской Гринвичской обсерватории. - Множество людей по всему миру будет изучать эту информацию. Даже если сама команда решить пересмотреть все заново, она найдет что-то новое».

Иголка в стоге сена

«Ничто не может быть точным, если основывается на моделировании, - говорит Франсуа Фогет из института LMD в Париже. - Такова природа науки».

Взять Плутон, к примеру. Он был открыт в 1930 году случайно, его нашли астрономы, которые искали девятую планету, объясняющую орбитальные аномалии Нептуна и Урана. Сперва Плутон прекрасно вписывался в модель. Но позже оказалось, что он слишком мал, чтобы быть реальной планетой, и в 2006 году Плутон переклассифицировали в карликовую планету.

И все же последние свидетельства в пользу гипотетической планеты были «более убедительны», чем другие недавние предположения, говорит Морган Холлис из Королевского астрономического общества.

Но, опять же, «это исследование лишь показывает, что планета может быть возможным решением… это может быть и что-то другое». Алессандро Морбиделли из Научно-исследовательского института JL Lagrange в Ницце, на юге Франции, считает, что сезон охотников на планеты с телескопами открыт. Но это будет нелегко. Если планета и существует, она очень, очень далеко, куда почти не доходит свет Солнца.

«Мы понятия не имеем, где проходит орбита планеты, - говорит Морбиделли. - Это как искать иголку в стоге сена».

Моделирование, конечно, неточная наука, и «дикие заявления» о новых планетах сокращаются по мере развития технологий. Анализ становится более изощренным, а люди осторожнее. Все проверяется дважды. Блумер говорит, что пока не поставил бы ни копейки на то, что девятую планету найдут.

«Не потому, что я думаю, что это маловероятно, а потому, что на данном этапе, хотя все и выглядит заманчиво, а ребята проделали много хорошей работы, это пока первый шаг».

В прекрасной, энергичной и технически блестящей работе ученые Константин Батыгин и Майк Браун из Калтеха поставили весь мир на уши. Если коротко, странные кластерные орбитальные конфигурации кучки далеких тел пояса Койпера проще всего объясняются гравитационными возмущениями планеты массой в минимум 10 земных, вращающейся в 700 а. е., с эллиптичностью в 0,6 (что выливается в орбиту длиной в 19 000 лет).

Возможное появление гигантской планеты в нашей Солнечной системе поднимает немало вопросов. Некоторые из них уже начали получать ответы.

Скорее мини-Нептун (этот термин, возможно, впервые появился в работе 2009 года). Из того, что мы выяснили о формировании планет и популяции экзопланет, мир с такой массой будет, вероятно, укрыт глубокой атмосферой, в которой будут преобладать первичный водород и гелий. Поскольку масса Нептуна в 17 раз превышает земную, новопредложенный мир скорее будет больше похож на младший из ледовитых гигантских миров, нежели на старшую из твердых планет.

Что это будет означать для статуса нашей Солнечной системы?

До сих пор Солнечная система считалась несколько необычной с точки зрения планетарного содержания и архитектуры по сравнению с изобилием открытых экзопланетарных систем. В частности, большинство планетарных систем вокруг холодных звезд содержат как минимум один мир с массой между Землей и Нептуном (такое наблюдается в 60% систем). Добавление мини-Нептуна вокруг Солнца сразу же поместит нас в более ординарную категорию - а хорошо это или плохо, решать вам.

Может ли эта планета быть обитаемой?

На первый взгляд, можно решить, что нет. Она далеко от Солнца и получает крайне мало солнечного тепла. Но плотная водородная атмосфера, с высоким давлением на глубине, особенно непрозрачна для инфракрасного излучения и служит прекрасным тепловым одеялом. Так хорошо, что тепло изначального образования этого мира с массой в десять земных, возможно, еще не утекло полностью. Существует возможность, что где-то на глубине условия этого мира позволяют существовать воде - что делает этот мир темным океаном, поверхность которого по давлению и температурам можно сравнить с океанскими безднами Земли. Может ли она поддерживать жизнь - это другой вопрос. Возможно, планете не хватило химической подкормки, чтобы запустить в работу биологическую систему.

Какого черта она там забыла, эта планета?

Хотя наши теории образования планет, для Солнечной системы и других мест, далеки от завершения или подтверждения, они включают идеи, позволяющие существовать таким мирам. Традиционная астрофизическая мудрость подсказывает нам, что если ранняя Солнечная система не обладала бы чрезвычайно большим и богатым протозвездным диском, планета таких размеров вряд ли смогла образоваться далеко от звезды - ей не хватило бы материала. Но несколько многообещающих моделей, появившихся 4,5 года назад и объясняющих динамическое покачивание и орбитальную перестройку крупных планет, включают пятый гигантский мир. Чтобы прийти к порядку, который мы наблюдаем во внутренних мирах сегодня и в поясе Койпера, такая планета должна была сыграть роль жертвенной массы - быть выброшенной прочь. Ее могло даже выбросить в межзвездное пространство - как «изгоя» - или отправить на длинную и очень вытянутую орбиту. Планета, предложенная Батыгиным и Брауном, вполне могла бы подойти.

Так. Станет ли она девятой планетой?

Весь процесс классификации планет служит (в принципе) для повышения нашего научного понимания, но вместе с тем история играет важную роль. Если этот объект сформировался среди других гигантских миров, то он определенно должен считаться девятой крупной планетой.

Десять лет назад астрономы разжаловали из полноценной планеты Плутон - слишком маленький. В начале этого года астрофизики нашли новую огромную планету в Солнечной системе. Константин Батыгин, один из ученых, совершивших открытие, рассказал «Вокруг света», как это произошло.

Отношение к поискам новой планеты в нашей системе у астрономов, мягко говоря, неоднозначное. Почему вы решили этим заняться?

Изначально мы как раз собирались доказать, что в Солнечной системе не может быть еще одной планеты. А первый шаг на пути к открытию мы сделали после того, как в 2014 году вышла статья американских астрономов Чада Трухильо и Скотта Шепарда. Они заметили, что орбиты наиболее удаленных тел в поясе Койпера (область за орбитой Нептуна, где обращается множество мелких ледяных тел, именно она прежде считалась «родиной» короткопериодических комет. - Прим. «Вокруг света» ) очень похожи, в частности наклонены под одним углом к плоскости эклиптики - той плоскости, в которой Земля вращается вокруг Солнца. Это странно.

Константин Батыгин работает в Калифорнийском технологическом институте доцентом

И как вы объяснили эти странности?

Поначалу мы пытались объяснить их галактическим эффектом, то есть гравитацией в Галактике в целом, и самогравитацией пояса Койпера: мы предположили, что в нем достаточно материала, чтобы модулировать все эти орбиты. Около года мы работали над решениями, в которых не фигурировала бы девятая планета, но ничего не получалось. Например, оказалось, что галактический эффект работает, если Солнце расположено намного ближе к центру Галактики, чем оно есть на самом деле. А чтобы самогравитация имела значение, пояс Койпера должен быть в сто раз тяжелее. Мы пробовали самые разные идеи, которые ни к чему не приводили. Отчаявшись, наконец решили: попробуем то, чего не хотели трогать, - гипотезу планеты в этом поясе. И тогда даже первые, очень грубые модели сразу начали показывать что-то похожее на имеющиеся данные.

То есть вы предсказали существование планеты, но не обнаружили ее. Как скоро мы ее увидим?

Думаю, лет через пять. Для поиска мы используем движение Земли. Представьте, что вы едете на машине и делаете фотографии каждые три секунды. На фотографиях то, что близко к дороге, например деревья на обочине, смещается быстрее, чем облака на горизонте. Мы собираемся использовать этот эффект, чтобы идентифицировать планету - она находится к Земле намного ближе, чем звезды, на фоне которых мы ее увидим, когда найдем.

Причем уже сейчас на основе тех данных, что у нас есть, две трети длины вероятной орбиты можно исключить из поиска. Чисто статистически легко предсказать, что планета, которая движется по очень вытянутой орбите, будет, скорее, на дальнем от нас участке.

В будущем мы планируем все точнее определять орбиту планеты № 9. Сейчас на карте неба она выглядит как лента где-то в 10 градусов шириной - это многовато.

Досье
Планета № 9

Пока безымянная планета имеет самую протяженную орбиту из всех планет Солнечной системы, перигелий (минимальное расстояние от Солнца) 200–250 а.е., афелий (максимальное расстояние до звезды) - 1000–1200 а.е. Периодичность обращения - около 15 тысяч лет. Масса - примерно 10 масс Земли. Образовалась, предположительно, вместе с Ураном и Нептуном и имеет такой же химический состав.

Наименование небесным телам присваивает Международный астрономический союз (International Astronomical Union) на ассамблеях, проходящих раз в три года (следующая состоится в 2018 г.)

Американский астроном Дейв Джуитт, открывший пояс Койпера, считает, что вы проанализировали слишком мало объектов с аномальными орбитами, чтобы делать радикальный вывод о наличии новой планеты…

О, это веселая история. Дейв работает в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе рядом с нами, и этот спор я веду с ним уже очень давно. Ответ на его претензии такой: хотя мы работаем с маленькой статистикой, но специальный математический аппарат, разработанный для статистики малых чисел, говорит, что никакой проблемы в этом нет. Более того, мы задали сами себе тот же вопрос: у нас есть шесть объектов, какова вероятность, что мы видим эти данные случайно? Ответ: 0,007%, то есть примерно 1 шанс из 15 тысяч. Конечно, нам и самим хотелось бы иметь намного больше данных, но пока у нас их просто нет.

Первооткрыватели девятой планеты, пока не получившей имя: Майкл Браун (слева) и Константин Батыгин. Брауна называют «убийцей Плутона»: одну планету он «закрыл», другую теперь открыл.

Осталось ли в Солнечной системе еще что-то странное, что невозможно объяснить даже при помощи планеты?

Да. Например, нечто непонятное происходит в поясе Койпера в полосе между 150 и 250 а.е. от Солнца (астрономическая единица - расстояние от Земли до Солнца, примерно 149,6 млн км. - Прим. «Вокруг света» ). Мы пока не очень понимаем, что нам говорят данные, но получается, что орбиты объектов там устроены слишком сложно. Эту часть задачи мы еще решили не полностью, продолжаем исследования.

Новая информация о строении Солнечной системы поможет объяснить возникновение жизни во Вселенной?

Это непростой вопрос. Если брать Землю как образец обитаемой планеты, жизнь во Вселенной должна встречаться не очень часто. Думаю, тут дело в Юпитере, который, кстати, сам по себе аномалия - планеты вроде Юпитера встречаются только у 5% звезд, подобных Солнцу. Так вот, Юпитер, как и Сатурн, образовался всего на миллион лет позже Солнца, а Луна, для сравнения, - на 90 миллионов лет позже. Похоже, что в процессе «стройки» Юпитер забрал себе «лишний» материал. И если бы он этого не сделал, Земля сформировалась бы куда быстрее. Из-за такой «жадности» Юпитера у нашей планеты очень тонкая атмосфера - это тоже галактическая аномалия. Большинство экзопланет (даже сопоставимой массы) имеют на порядок более массивную атмосферу.

Какие последствия ваше открытие может иметь для астрономии?

За последние 20 лет были найдены тысячи звездных систем с экзопланетами. Солнечная система выделяется на их фоне нестандартностью. Круглые, четкие орбиты - редкость во Вселенной. Большинство экзопланет, масса которых сравнима с массой планет-гигантов Солнечной системы, имеют очень вытянутые орбиты. Они совсем не похожи на орбиты Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, но зато очень похожи на орбиту девятой планеты. Так что, как ни странно, именно планета № 9 и ее экзотическая орбита делают Солнечную систему в целом менее необычной.

Герой
Константин Батыгин

Родился в 1986 году в Москве, вместе с семьей переехал в Японию, затем - в США.

Учился астрофизике в Калифорнийском университете в Санта-Крузе, потом в Калифорнийском технологическом институте, где исследовал внутреннюю структуру планет типа «горячий Юпитер» и раннюю динамическую эволюцию внешних областей Солнечной системы совместно с Майком Брауном (соавтором открытия девятой планеты). После постдокторантуры в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики в 2014 году вернулся в Калифорнийский технологический институт в качестве доцента.

Женат, имеет дочь.

БИОГРАФИЯ
Русский след

Я родился в России. Одно из самых ярких детских воспоминаний - как ненавидел тихий час в детском саду. Я, в принципе, неплохо помню начало 1990-х годов и теперь понимаю, что страна изменилась драматически. На тот момент я был очень счастлив, что у нас внезапно появилась кока-кола: для меня это было большим скачком в качестве жизни.

Моя семья уехала из России в 1994 году, когда мне исполнилось восемь лет. Пять лет мы прожили в Японии, в Токио. Я ходил в японскую школу, и это был ни с чем не сравнимый опыт. В 1999-м мы переехали в США.

Я долгое время собирался быть музыкантом, занимался музыкой примерно до середины университетского курса. Когда подавал документы в университет, было два пути: или остаться в Северной Калифорнии и продолжать играть в своей группе The Seventh Season (я играю на гитаре и пою), или переехать в Санта-Барбару, где меня приняли на интересную программу - параллельного обучения на музыкальном факультете и физическом. Но я туда все же не поехал, а начал изучать астрофизику в Калифорнийском университете в Санта-Крузе. Сейчас работаю в Калифорнийском технологическом институте.

Фото: Caltech / R. Hurt (IPAC), Getty Images, Caltech / R. Hurt (IPAC); , JPL / NASA, AP / East News (x2)