“Убийца Плутона” ищет планету “Х” – Журнал "Все о Космосе"

“Убийца Плутона” ищет планету “Х”

13:27 30/01/2018
👁 155

планета 9

История с планетой Девять началась в 2006 году, когда группа ученых доказала, что Плутон не планета, а карлик. Астроном Калифорнийского технического института Майкл Браун за это открытие получил прозвище “Убийца Плутона”. “Когда все это произошло десять лет назад, то люди спрашивали меня: “Больше нет других планет?”. И я говорил: “Нет, есть только восемь планет и их никогда не будет больше”, – вспоминает он. По иронии судьбы спустя десять лет Браун вместе со своим коллегой Константином Батыгиным (США) в журнале Astronomical Journal фактически опроверг сам себя: где-то на самом краю нашей системы существует девятая планета, которую нам еще предстоит увидеть.

Что известно

Обычно астрономы заявляют об открытии “новой планеты” в Солнечной системе каждые несколько лет. Но именно исследование Брауна и Батыгина заставило научный мир всерьез говорить о том, что за Нептуном существует девятая планета – вероятность ошибочности их доказательств составляет 0,007%. “Мы говорим: “Да, сто лет все ошибались, но мы, конечно, правы”, – шутит Браун. Но ученые и в самом деле убеждены, что сделали все правильно.

Браун и Батыгин называют свое открытие планета Девять и скептически реагируют, когда кто-то употребляет название Планета Икс. Между собой они называют некий “возмутитель спокойствия” Иосафат (имя библейского героя), Джордж или же просто Толстушка (из-за возможных размеров планеты).

9 планета

Предполагается, что масса планеты минимум в десять раз больше Земли, сама планета примерно в два раза больше Нептуна.

Ее орбита больше похожа на эллипс, чем на круг. Планета Девять не приближается к Солнцу ближе, чем на 250 астрономических единиц (далее – А.Е. Одна единица равна расстоянию от Солнца до Земли, то есть около 149 млн км), а в самой отдаленной точке до нее от 600 до 1200 а.е.

Планета Девять проходит полный оборот вокруг Солнца за 10-12 тысяч лет. Это огромный газовый гигант из камней и льда, который одиноко вращается на задворках Солнечной Системы. Очевидно, что планета холодная, но неизвестно насколько она яркая – это принципиально важный вопрос для ее обнаружения.
“Если она будет совсем не такой, как Нептун, то это будет странное открытие”, – говорит Батыгин.

Почему они могут быть правы

Неопровержимым доказательством существования планеты Девять может быть только снимок с телескопа. Пока в распоряжении Брауна и Батыгина лишь математические расчеты. Но оспаривать их еще никто не взялся. Они строятся на теории, что на отдаленные объекты за орбитой Нептуна влияет гравитационное поле отдаленной планеты.

Батыгин признает, что ученые пытались делать расчеты и раньше, но всегда находилась какая-то ошибка, чаще всего – в исходных данных. “Мы были очень острожными, потому что не хотели пойти по тому же пути. Мы проработали все варианты и все проверили”, – уверяет он.

Браун говорит, что в момент, когда все стало на свои места, он думал, что у него взорвется голова. “Моя голова не взорвалась, но челюсть отвисла точно”, – рассказывает он. Батыгин же после минутной паузы сказал: “Это же все в самом деле, да?”. Над расчетами, которые доказывают эту теорию, они работали около полутора года.

Если вкратце, то ученые доказали на примере шести отдаленных объектов, которые находятся за орбитой Нептуна, что на них влияет большая неизвестная нам планета.

Планета Девять где-то за поясом Койпера

Браун и Батыгин исследовали шесть отдаленных объектов в поясе Койпера (находится за Нептуном, в нем – малые тела, которые вращаются по орбите вокруг Солнца). Классический пояс заканчивается на расстоянии в 50 а.е. Однако в 2006 году был обнаружен объект на расстоянии в 76 а.е. – Седна (транснептуновый объект), а в 2012 году ученые Трухильо и Шеппард нашли подобный объект на рекордном расстоянии – 80,5 а.е. При этом они заметили, что у Седны и новооткрытого VP113 совпадают орбитальные элементы, то есть – параметры их движения.

Этот вывод стал основанием утверждать, что их орбиты определяет не Нептун, а более мощная и отдаленная планета – возмутитель спокойствия.
Все началось с изучения особенностей движения Седны, а потом Браун и Батыгин взяли шесть случайных наиболее отдаленных объектов из пояса Койпера и изучили показатели их движения. Именно на основе совпадения параметров они показали, что есть некое космическое тело массой больше Нептуна, которое и воздействует на небесные тела. Процент совпадения настолько большой, что ученые не рассматривают всерьез вариант случайного стечения цифр.

У этих шести объектов очень вытянутые орбиты и они скручиваются таким образом, что по сути становятся перпендикулярными к диску Солнечной системы. Браун называет эти орбиты крыльями.

Уже после публикации доказательств был открыл новый объект в поясе Койпера. Выяснилось, что и на него оказывает сильное гравитационное влияние некий возмутитель спокойствия, причем, судя по орбитальным показателям – это именно планета Девять.

планета 9

Дело за малым – найти саму планету. Браун с Батыгиным могли бы не торопиться обнародовать теоретическое обоснование, а стать по истине первооткрывателями – показать планету и не оставить места для сомнений.

Но Браун объясняет, что по сути дал астрономам “карту сокровищ” и показал, где искать. Он говорит, что все, чего они с Батыгиным хотят – наконец-то увидеть планету.

Почему они могут ошибаться

Браун допускает, что ошибается. Но лишь в том смысле, что любая теория останется таковой до тех пор, пока не будет доказана на практике. Он уверен в своей правоте, но приводит два момента, которые теоретически могут поставить под сомнение существование девятой планеты.

Первый момент: случайное совпадение цифр. Вероятность ошибочности доказательств составляет 0,007%, Браун признает, что статистика так не работает – нужно задавать обратный вопрос: какова вероятность того, что совпадение случайно? Ответить на него невозможно. Можно подбросить сто монет, увидеть, что десять из них в правом дальнем углу выпадут орлом вверх, а потом утверждать о высокой вероятности того, что в том углу что-то происходит. Ошиблись ли здесь ученые – может показать только время и новые исследования, когда откроют еще минимум шесть ранее неизвестных отдаленных объектов.

Второй момент: неправильно спрогнозированные данные. Вполне может оказаться, что планета Девять находится не там, где ожидают ученые, ее параметры могут быть совсем не такие, как прогнозируется. Вероятно, это не газовый гигант, а планета по составу схожая с Землей. Браун признает, что это все возможно, но это уже будет не планета Девять.

Как найти Девятую

Вероятно, увидеть планету можно через 8,2-метровый телескоп Субару, который находится на Гавайях. Две команды – Браун с Батыгиным и Шепард с Трухильо – параллельно уже начали наблюдения. Трухильо говорит, что по сути они, конечно, соревнуются в первенстве, но это дружественная гонка.

Загадкой остается вопрос, насколько яркая планета Девять. Именно это непосредственно влияет на то, смогут ли ее обнаружить. Яркость планеты зависит от ее размера, расстояния от Солнца и расположения. Но пока наверняка не известен ни один из этих показателей. Астрономы используют понятие видимой звездной величины, значение которой и определяет яркость небесного тела. У Плутона этот показатель равен 14. По подсчетам Батыгина и Брауна, у планеты Девять в момент наибольшего приближения к Солнцу – 18. Из этого ученые делают вывод, что она еще не находилась в таком положении, иначе астрономы ее бы заметили.

Несмотря на то, что подобных расчетов раньше не было, Батыгин и Браун решили не искать планету самостоятельно, а обнародовать информацию и призвали всех подключаться, чтобы быстрее ее найти.

Батыгин напоминает, что существование Нептуна так же сначала доказали математически, поэтому шансы на новое открытые очень высоки. Браун на графике показал шансы увидеть планету: черный цвет – шансов обнаружить ее нет или критически мало, а оранжевый – никакой другой объект не мешает увидеть Планету Девять.

9 планета

Так или иначе – ученые не сомневаются, что за Плутоном вращается огромный газовый гигант и они смогут его обнаружить.

“Я верю. Но это ничего, если вы не готовы поверить. В сравнении с некоторыми другими гипотезами, у этой есть определенные доказательства. Нам нужно найти ее. Мы ее найдем. Я почти не сомневаюсь, что найдем”, говорит Браун.

Что такое пояс Койпера, почему мы пытаемся найти «девятую планету» и какими доказательствами ее существования располагают исследователи, об этом рассказал Дмитрий Вибе,доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН

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).

Идея о неизвестной планете

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 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.

Планета Х

Лекцию читает Дмитрий Зигфридович Вибее, доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН.


Источник 1 и Источник 2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *