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.
Вот помните всяческие теории заговоров про , а ведь оказывается еще одна планета то все же существует. Ну как минимум с вероятностью 99,993.
И вот как это произошло.
Астрономы Майк Браун и Константин Батыгин из Калифорнийского технологического института в Пасадене сообщили об обнаружении за пределами орбиты Плутона объекта размером с Нептун, который в 10 раз тяжелее Земли. Результаты поисков Планеты Х авторы опубликовали в The Astronomical Journal, а кратко о них рассказывает Science News.
Планета вращается вокруг Солнца по вытянутой орбите (и в наклонной относительно орбиты Земли плоскости) с периодом в 15 тысяч лет. Ее химический состав похож на таковые у газовых гигантов Урана и Нептуна. Как полагают Браун и Батыгин, объект 4,5 миллиарда лет назад был выбит из протопланетного диска вблизи Солнца.
Ближайшее расстояние между Солнцем и обнаруженным объектом равняется 200 астрономическим единицам (это в семь раз больше расстояния между Нептуном и светилом). Максимальное удаление Планеты Х оценивается в 600-1200 астрономических единиц, что выводит ее орбиту за пределы пояса Койпера, в котором располагается Плутон.
Референтом работы ученых в The Astronomical Journal выступил планетолог Майкл Браун, который вместе с коллегами в 2003 году открыл карликовую планету Седна, совершающую полный оборот вокруг Солнца за 11,4 тысячи лет. Специалист оптимистично встретил шансы на открытие Планеты Х Брауном и Батыгиным.
Новую планету ученые обнаружили, анализируя данные по оказываемому ею гравитационному возмущению на другие небесные тела. Как отмечают Браун и Батыгин, астрономы поверят в их открытие тогда, когда смогут наблюдать планету в телескоп. Для этого они зарезервировали время на японской обсерватории Subaru на Гавайях.
Подтверждение существования небесного тела займет пять лет. В случае открытия объект может стать девятой планетой Солнечной системы. Вероятность ошибки Браун и Батыгин оценивают в 0,007 процента. Ранее поиски Планеты Х в Солнечной системе привели ученых к обнаружению Нептуна (в 1864 году) и Плутона (в 1930 году).
Майк Браун и Константин Батыгин, Фото Popular Science
А ведь еще в 2012 году согласно расчётам астронома из Бразилии, за орбитой Нептуна присутствует довольно крупный космический объект, который может быть признан девятой планетой.
С таким предположением, выступил астроном из национальной обсерватории Бразилии Родни да Силва Гомеш. Он обратил внимание на отклонение от данных вычислений орбит шести объектов пояса Койпера, среди которых претендент на звание карликовой планеты – Седна.
По его словам, есть несколько объяснений необычному поведению некоторых объектов пояса. Самое простое - существование крупного тела, планеты, которая изменяет их орбиты своей гравитацией.
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.
