- Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка У січні 2016 світ облетіла новина про відкриття дев'ятої...
- Плутон
- пояс Койпера
- Компанія для Седни
- Побачити в приціл
- Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка
- Уран і Нептун
- Плутон
- пояс Койпера
- Компанія для Седни
- Побачити в приціл
- Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка
- Уран і Нептун
- Плутон
- пояс Койпера
- Компанія для Седни
- Побачити в приціл
- Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка
- Уран і Нептун
- Плутон
- пояс Койпера
- Компанія для Седни
- Побачити в приціл
- Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка
- Уран і Нептун
- Плутон
- пояс Койпера
- Компанія для Седни
- Побачити в приціл
Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка
У січні 2016 світ облетіла новина про відкриття дев'ятої планети Сонячної системи. Майкл Браун і Костянтин Батигін знайшли ознаки її існування в русі малих тіл на околиці нашого космічного будинку. Однак практика показує, що від перших підозр до справжнього відкриття іноді проходять десятиліття. Дуже часто пошук гіпотетичних планет і зовсім закінчується тупиком.
Людям чомусь дуже хочеться, щоб в Сонячній системі була ще одна планета. Для астрономів пошуки планет завжди були ще й питанням престижу, бо вчений, який відкрив нову планету, гарантовано вписує своє ім'я в історію науки, причому великими золотими літерами. В історії астрономії нерідкі випадки, коли це бажання переростало в упевненість, часом безпідставну, але настільки сильну, що гіпотетичним планет заздалегідь придумували імена і організовували спеціальні кампанії по їх пошуку.
Ексцентриситет характеризує форму орбіти: чим він більший, тим еліпс більш витягнутий (0 - окружність, 1 - парабола). Велика піввісь - це половина максимального діаметра еліпса. Нахил - кут між площиною орбіти тіла і площиною екліптики. Якщо він більше 90 градусів, тіло рухається «назустріч» руху планет. Висхідний вузол - це точка переходу тіла по орбіті через площину екліптики з «нижньої» половини Сонячної системи в «верхню» (в яку звернений Північний полюс Землі). Поворот площини орбіти відносно зірок описується довготою висхідного вузла - кутом між напрямами на висхідний вузол і на точку весняного рівнодення (зараз вона знаходиться в сузір'ї Риб). Орієнтація орбітального еліпса в площині орбіти тіла характеризується аргументом перигелію - кутом між напрямами на висхідний вузол і на перигелій. Справжня аномалія вказує положення тіла на орбіті, це кут між напрямком на перигелій і на тіло.
Уран і Нептун
Першим стимулом для пошуків нової планети в Сонячній системі стало відкриття Урана. У березні 1781 року англійський астроном Вільям Гершель зауважив в сузір'ї Тельця рухається пляма, яке на перевірку виявилося новим членом Сонячної системи. Уран став першою планетою, відкритою за допомогою телескопа. Та й взагалі просто відкритою, адже про всі планетах, відомих до Урана, людство знало «завжди».
Прийнято писати, що наступну планету, Нептун, «виявили на кінчику пера». Приводом для його пошуків стали особливості в русі Урана, незрозумілі за допомогою ньютонівського тяжіння і вимагали наявності зовнішнього обурює тіла. Ці особливості, вперше відмічені ще в 1783 році петербурзьким ученим Андрієм Лекселем, дозволили французькому астроному Урбен Левер'є (і з меншою точністю англійцю Джону Адамсу) передбачити положення «порушника». Леверье надіслав листа з координатами Йогану Галле в Берлінську обсерваторію, і той в ніч з 23 на 24 вересня 1846 року буквально через кілька годин після отримання листа Левер'є, виявив Нептун майже точно в предсказанном місці. Відкриття Нептуна вважається класичною демонстрацією самий корінь сили теорії тяжіння Ньютона і одним з її «тріумфів», хоча в цьому тріумфі є і пара ложок дьогтю. І Леверье, і Адамс оцінювали велику піввісь орбіти гіпотетичної планети за правилом Тициуса-Боде, а реальний Нептун (як з'ясувалося після його відкриття) в це правило не вписується. В результаті орбіти, обчислені обома вченими, сильно відрізнялися від фактичної орбіти Нептуна ... за винятком тієї її частини, на якій Нептун знаходився в 40-і роки XIX століття. Тому в цій історії присутній елемент везіння.
У тому ж XIX столітті розгорнулися пошуки ще однієї гіпотетичної планети, Вулкана, яка повинна була заповнити собою пробіл між Меркурієм і Сонцем. З 1826 по 1843 рік її шукав німецький астроном Генріх Швабе (планету він так і не знайшов, але зате першим виявив циклічність сонячної активності). У 1860-і роки в русі Меркурія знайшлися невідповідності з ньютонівської теорією тяжіння, і інтерес до пошуків Вулкана відродився, але на початку XX століття знову згас, коли ці нестиковки вдалося пояснити в рамках загальної теорії відносності.
Щоб планета № 9 могла вирівняти орбіти ТНО, її власна орбіта повинна бути витягнута в протилежну сторону. Блакитним кольором показані орбіти об'єктів пояса Койпера, перпендикулярні площини екліптики, які випадково також отримали пояснення в рамках моделі Брауна-Батигін.
Плутон
Відкриття Нептуна стимулювало нові пошуки: здавалося, що в русі Урана і Нептуна залишилися непояснені невязки. Але пошуки не принесли результату. Точніше, транснептунової планету, як і Вулкан, виявляли багато разів, але вона завжди виявлялася або зіркою з невірно певними координатами, або взагалі примарою. У 1905-1906 роках до проблеми підключився американський астроном Персіваль Ловелл, який провів теоретичні розрахунки і організував спостереження в обсерваторії у Флагстаффі (Арізона). Аналізуючи розбіжності між реальними і обчисленими положеннями Урана, він отримав витягнуту орбіту зі значним ексцентриситетом (0,2), велика піввісь близько 45 а.о. і нахилом до площини екліптики близько 10 градусів. Аналіз руху Урана дозволив Ловелл передбачити поточний стан планети і її масу, яку він оцінив приблизно в п'ять мас Землі.
Пошуки, ініційовані Ловелом, були вельми інтенсивними, але знайти планету вдалося лише в 1930 році, через 14 років після смерті Ловелла - головним чином завдяки винятковій старанності астронома Клайда Томбо. Справа в тому, що нова планета, названа Плутоном, хоч і була відкрита за все в 6 градусах від передбаченого Ловелом місця, виявилася істотно більш тьмяною, ніж очікувалося. І перша радість від відкриття незабаром змінилася сумнівами. Настільки тьмяне і, отже, маломасивних тіло, як Плутон, навряд чи могло бути причиною сильних відхилень в русі Урана. Втім, через деякий час з'ясувалося, що здаються обурення в русі Урана пов'язані з неточністю розрахунків.
пояс Койпера
Плутон не дуже-то схожий на інші планети. Він малий (менше Місяця) і обертається по сильно витягнутій орбіті, нахиленою під досить великим кутом до площин орбіт інших планет. Але в 1930-ті роки це не здавалося чимось особливим. Однак в середині XX століття почали складатися сучасні уявлення про формування Сонячної системи з газо-пилової хмари, і в рамках цих уявлень за орбітою Нептуна цілком могли зберегтися невитрачені залишки будівельного матеріалу.
Перший відкритий транснептунових об'єкт (ТНО) з невиразним ім'ям 1992 QB1 і діаметром в 150 км цілком підходив під опис будівельного сміття. Однак за першим пішли другий, третій, та й розміри ставали все більшими: 300, 500, 1000 км. І ось, нарешті, в 2005 році група під керівництвом Майкла Брауна з Каліфорнійського технологічного інституту відкрила в поясі Койпера об'єкт 2003 UB313, який можна порівняти за розмірами з Плутоном. Стало ясно, що якщо ми називаємо планетою Плутон, то і 2003 UB313 також повинен вважатися планетою. У 2006 році для вирішення протиріччя Міжнародний астрономічний союз ухвалив офіційне визначення, згідно з яким ні Плутон, ні 2003 UB313 планетами не є. Це рішення багато астрономів прийняли в штики, а об'єкт 2003 UB313, що послужив причиною розбіжностей, отримав ім'я давньогрецької богині розбрату - Еріда. Однак через десять років з дня виключення Плутона з числа планет, мабуть, усім ясно, що він, незалежно від титулу, є всього лише одним з багатьох тіл пояса Койпера.
Об'єкти в поясі Койпера (їх відомо менше двох тисяч) можна розділити на кілька груп. Перша - це ТНО класичного пояса Койпера (наприклад, 1992 QB1), які мають нахилені під невеликими кутами до екліптики «планетні» (майже кругові) орбіти з великої півосі не більше 50 а Друга група, резонансні ТНО - це астероїди, що знаходяться в резонансі з Нептуном. Найвідоміший приклад - «плутіно», в честь Плутона, який перебуває з Нептуном в резонансі 2: 3 (тобто здійснює рівно два оберти за той час, що Нептун робить три). Резонансні об'єкти, як правило, не віддаляються від Сонця більш ніж на 50 а.о. Третій тип - це об'єкти розсіяного диска, типу Еріду, які під дією збурень планет-гігантів, перш за все Нептуна, придбали дуже витягнуті орбіти, часто нахилені під великими кутами до площини екліптики, з Офелія в сотнях а.о. від сонця.
До 2003 року структуру пояса Койпера в цілому вдавалося пояснити взаємодією залишків будівельного сміття Сонячної системи з відомими планетами-гігантами. А потім Майкл Браун з колегами відкрили ТНО, який пізніше отримав ім'я Седна. Особливість Седни складається в дуже великому перигелії - 76 а.о. Це означає, що вона навіть в найближчій до Сонця точці орбіти потрапляє в зону гравітаційного впливу планет-гігантів. Як же вона взагалі опинилася на такій орбіті?
Поки Седна перебувала на самоті, її наявність не здавалося особливою проблемою - як і свого часу наявність Плутона: хіба мало що могло трапитися з одним об'єктом? Седна могла бути «висмикнута» з внутрішніх областей Сонячної системи, а то і зовсім перейти до нас з іншої планетної системи при зближенні з іншою зіркою на ранніх етапах еволюції. До того ж передбачається, що в Сонячній системі є істотно більш далекий «резервуар» тел - гіпотетичне хмару Оорта, з якого приходять долгопериодические комети. Седну можна вважати і його представником.
Компанія для Седни
У 2014 році Чедвік Трухільо і Скотт Шепард повідомили про відкриття другого ТНО з екстремально великим перігелійнимі відстанню в 80 а.о. Можна було б, звичайно, і його приписати до хмари Оорта, але Трухільо і Шепард звернули увагу на те, що орбіти Седни і 2012 VP113 подібним чином нахилені відносно екліптики. Більш того, якщо вибрати серед відомих ТНО об'єкти на витягнутих орбітах з великими півосями більше 150 а.о., всі вони будуть орієнтовані приблизно так само! Трухільо і Шепард припустили, що це може мати загальну причину: наявність в Сонячній системі ще однієї планети з масою в кілька мас Землі на відстані 200-300 а.о. від сонця. Оскільки такі зміни, одного разу виникнувши, швидко руйнуються, мова повинна йти саме про якомусь постійно діючому факторі.
Припущення Трухільо і Шепарда сколихнуло уми дослідників: ще б пак, на горизонті знову зажевріла епохальне відкриття! Планету на такій відстані цілком можна виявити безпосередньо, знати б тільки, де приблизно шукати. Почали з'являтися найрізноманітніші припущення: починаючи з того, що планет кілька, і закінчуючи тим, що нової планети немає, а закономірності в рухах далеких ТНО породжуються гравітаційними взаємодіями усередині самого пояса Койпера.
Найбільш успішною в низці пояснень виявилася робота Майкла Брауна і Костянтина Батигін. Вони виділили з усіх далеких ТНО шість об'єктів, свідомо не відчували збурень з боку Нептуна. Виявилося, що орбіти обраних об'єктів не просто однаково розгорнуті щодо екліптики, але і в цілому витягнуті в просторі приблизно в одну сторону. Потім Брауна і Батигін критикували за це рішення, оскільки вони нібито викинули з повної вибірки ті об'єкти, параметри яких пояснити не вдалося. Але, з іншого боку, дійсно, все далекі ТНО, за винятком Седни і 2012 VP113, могли потрапити під вплив Нептуна. У цьому сенсі виглядає цілком виправданим прагнення використовувати для оцінки впливу дев'ятої планети тільки ті тіла, для яких цей вплив проявляється в чистому вигляді.
Потім вчені за допомогою чисельної моделі досліджували, чи здатне дію однієї далекої планети пояснити сукупні параметри обраної шістки об'єктів. Спроба виявилася вдалою. Браун і Батигін виявили, що в їх моделі «нова» планета дійсно вибудовує деякі ТНО в спостережувану конфігурацію. Мало того, з'ясувалося, що її впливом можна пояснити появу ще однієї групи тіл Сонячної системи - астероїдів поясу Койпера на сильно нахилених орбітах - майже перпендикулярних екліптиці. Оскільки спочатку завдання описати походження «перпендикулярних» астероїдів Браун і Батигін перед собою не ставили, цей ненавмисний результат вони вважають потужним доказом на користь життєздатності їх моделі.
На жаль, модель Брауна і Батигін дає досить розпливчасті передбачення щодо орбіти невідомої планети. Вони досліджували можливі орбіти з великими півосями від 400 до 1500 а.о. і з ексцентриситетами від 0,6 до 0,8 і майже всюди отримали задовільний результат. Чи не вдалося істотно обмежити і нахил планетної орбіти. Це сумно: чим точніше відомі параметри орбіти, тим точніше можна навести телескоп. А адже нова планета, якщо вона існує, не відрізняється особливою яскравістю. На такій відстані побачити відбитий нею сонячне світло навряд чи вийде. Швидше можна розраховувати на власне інфрачервоне випромінювання планети.
Побачити в приціл
В даний час розглядається кілька можливостей виявити планету в спостереженнях. По-перше, її можна знайти, просто систематично скануючи небо. З існуючих інструментів для цієї мети найбільш підходить японський телескоп «Субару», встановлений на Гавайських островах (США). Його 8,2-метрове дзеркало дозволяє спостерігати навіть тьмяні об'єкти, при цьому розмір поля зору однієї з інфрачервоних камер телескопа дорівнює півтора градусам, що дозволяє за одну експозицію отримувати знімок великої ділянки неба - вкрай цінна якість для пошукових завдань. А через кілька років очікується введення в лад спеціального пошукового телескопа LSST, який буде методично переглядати всі небо і зуміє знайти планету, якщо «Субару» на той час ще не досягне успіху. Не виключено також виявлення планети, наприклад, в космологічних оглядах майбутнього.
Другий спосіб прискорення пошуків полягає в тому, щоб спробувати знайти ознаки впливу планети на інші тіла Сонячної системи - на комети і навіть на великі планети. Наприклад, завдяки зонду «Кассіні» ми тепер набагато краще знаємо параметри орбіти Сатурна. Уже опублікована спроба істотно звузити діапазон пошуків дев'ятої планети за даними «Кассіні», вказавши області небосхилу, де її точно бути не може.
У будь-якому випадку поки мова не йде про відкриття нової планети. Фактично ми знаходимося зараз в ситуації 1846 року, коли невязки в русі Урана змусили запідозрити наявність в Сонячній системі ще однієї планети. І звичайно, Леверье в голову не прийшло б до 24 вересня 1846 року розповідати всім, що він відкрив нову планету. Не виключено, що і далі нас чекає повторення вже пройдених одного разу протиріч. Наприклад, чи можна буде вважати, що планету відкрили Браун з Батигін, якщо її буде розпізнано автоматика LSST, яка знайшла б її і без опублікованого передбачення? Навіть якщо планета буде знайдена в результаті цілеспрямованого пошуку на «Субару», чи не слід вважати її «авторами» Трухільо і Шепарда? Втім, і питання пріоритету вирішувати доведеться тільки після реального відкриття. Зараз же нам залишається тільки чекати, поки в черговий раз хтось не помітить, що серед густий зоряної розсипи є одна невиразна точка, яка на кількох послідовних знімках трохи сповзла в сторону. І тоді планетологам доведеться вирішувати питання, а звідки, власне, в Сонячній системі взялася планета на такій відстані від Сонця? Але це буде вже зовсім інша історія.
Автор - завідувач відділом фізики і еволюції зірок Інституту астрономії РАН (ІНАСАН)
Стаття «Полювання за планетою Х» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №5, травень 2016 ).
Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка
У січні 2016 світ облетіла новина про відкриття дев'ятої планети Сонячної системи. Майкл Браун і Костянтин Батигін знайшли ознаки її існування в русі малих тіл на околиці нашого космічного будинку. Однак практика показує, що від перших підозр до справжнього відкриття іноді проходять десятиліття. Дуже часто пошук гіпотетичних планет і зовсім закінчується тупиком.
Людям чомусь дуже хочеться, щоб в Сонячній системі була ще одна планета. Для астрономів пошуки планет завжди були ще й питанням престижу, бо вчений, який відкрив нову планету, гарантовано вписує своє ім'я в історію науки, причому великими золотими літерами. В історії астрономії нерідкі випадки, коли це бажання переростало в упевненість, часом безпідставну, але настільки сильну, що гіпотетичним планет заздалегідь придумували імена і організовували спеціальні кампанії по їх пошуку.
Ексцентриситет характеризує форму орбіти: чим він більший, тим еліпс більш витягнутий (0 - окружність, 1 - парабола). Велика піввісь - це половина максимального діаметра еліпса. Нахил - кут між площиною орбіти тіла і площиною екліптики. Якщо він більше 90 градусів, тіло рухається «назустріч» руху планет. Висхідний вузол - це точка переходу тіла по орбіті через площину екліптики з «нижньої» половини Сонячної системи в «верхню» (в яку звернений Північний полюс Землі). Поворот площини орбіти відносно зірок описується довготою висхідного вузла - кутом між напрямами на висхідний вузол і на точку весняного рівнодення (зараз вона знаходиться в сузір'ї Риб). Орієнтація орбітального еліпса в площині орбіти тіла характеризується аргументом перигелію - кутом між напрямами на висхідний вузол і на перигелій. Справжня аномалія вказує положення тіла на орбіті, це кут між напрямком на перигелій і на тіло.
Уран і Нептун
Першим стимулом для пошуків нової планети в Сонячній системі стало відкриття Урана. У березні 1781 року англійський астроном Вільям Гершель зауважив в сузір'ї Тельця рухається пляма, яке на перевірку виявилося новим членом Сонячної системи. Уран став першою планетою, відкритою за допомогою телескопа. Та й взагалі просто відкритою, адже про всі планетах, відомих до Урана, людство знало «завжди».
Прийнято писати, що наступну планету, Нептун, «виявили на кінчику пера». Приводом для його пошуків стали особливості в русі Урана, незрозумілі за допомогою ньютонівського тяжіння і вимагали наявності зовнішнього обурює тіла. Ці особливості, вперше відмічені ще в 1783 році петербурзьким ученим Андрієм Лекселем, дозволили французькому астроному Урбен Левер'є (і з меншою точністю англійцю Джону Адамсу) передбачити положення «порушника». Леверье надіслав листа з координатами Йогану Галле в Берлінську обсерваторію, і той в ніч з 23 на 24 вересня 1846 року буквально через кілька годин після отримання листа Левер'є, виявив Нептун майже точно в предсказанном місці. Відкриття Нептуна вважається класичною демонстрацією самий корінь сили теорії тяжіння Ньютона і одним з її «тріумфів», хоча в цьому тріумфі є і пара ложок дьогтю. І Леверье, і Адамс оцінювали велику піввісь орбіти гіпотетичної планети за правилом Тициуса-Боде, а реальний Нептун (як з'ясувалося після його відкриття) в це правило не вписується. В результаті орбіти, обчислені обома вченими, сильно відрізнялися від фактичної орбіти Нептуна ... за винятком тієї її частини, на якій Нептун знаходився в 40-і роки XIX століття. Тому в цій історії присутній елемент везіння.
У тому ж XIX столітті розгорнулися пошуки ще однієї гіпотетичної планети, Вулкана, яка повинна була заповнити собою пробіл між Меркурієм і Сонцем. З 1826 по 1843 рік її шукав німецький астроном Генріх Швабе (планету він так і не знайшов, але зате першим виявив циклічність сонячної активності). У 1860-і роки в русі Меркурія знайшлися невідповідності з ньютонівської теорією тяжіння, і інтерес до пошуків Вулкана відродився, але на початку XX століття знову згас, коли ці нестиковки вдалося пояснити в рамках загальної теорії відносності.
Щоб планета № 9 могла вирівняти орбіти ТНО, її власна орбіта повинна бути витягнута в протилежну сторону. Блакитним кольором показані орбіти об'єктів пояса Койпера, перпендикулярні площини екліптики, які випадково також отримали пояснення в рамках моделі Брауна-Батигін.
Плутон
Відкриття Нептуна стимулювало нові пошуки: здавалося, що в русі Урана і Нептуна залишилися непояснені невязки. Але пошуки не принесли результату. Точніше, транснептунової планету, як і Вулкан, виявляли багато разів, але вона завжди виявлялася або зіркою з невірно певними координатами, або взагалі примарою. У 1905-1906 роках до проблеми підключився американський астроном Персіваль Ловелл, який провів теоретичні розрахунки і організував спостереження в обсерваторії у Флагстаффі (Арізона). Аналізуючи розбіжності між реальними і обчисленими положеннями Урана, він отримав витягнуту орбіту зі значним ексцентриситетом (0,2), велика піввісь близько 45 а.о. і нахилом до площини екліптики близько 10 градусів. Аналіз руху Урана дозволив Ловелл передбачити поточний стан планети і її масу, яку він оцінив приблизно в п'ять мас Землі.
Пошуки, ініційовані Ловелом, були вельми інтенсивними, але знайти планету вдалося лише в 1930 році, через 14 років після смерті Ловелла - головним чином завдяки винятковій старанності астронома Клайда Томбо. Справа в тому, що нова планета, названа Плутоном, хоч і була відкрита за все в 6 градусах від передбаченого Ловелом місця, виявилася істотно більш тьмяною, ніж очікувалося. І перша радість від відкриття незабаром змінилася сумнівами. Настільки тьмяне і, отже, маломасивних тіло, як Плутон, навряд чи могло бути причиною сильних відхилень в русі Урана. Втім, через деякий час з'ясувалося, що здаються обурення в русі Урана пов'язані з неточністю розрахунків.
пояс Койпера
Плутон не дуже-то схожий на інші планети. Він малий (менше Місяця) і обертається по сильно витягнутій орбіті, нахиленою під досить великим кутом до площин орбіт інших планет. Але в 1930-ті роки це не здавалося чимось особливим. Однак в середині XX століття почали складатися сучасні уявлення про формування Сонячної системи з газо-пилової хмари, і в рамках цих уявлень за орбітою Нептуна цілком могли зберегтися невитрачені залишки будівельного матеріалу.
Перший відкритий транснептунових об'єкт (ТНО) з невиразним ім'ям тисяча дев'ятсот дев'яносто два QB1 і діаметром в 150 км цілком підходив під опис будівельного сміття. Однак за першим пішли другий, третій, та й розміри ставали все більшими: 300, 500, 1000 км. І ось, нарешті, в 2005 році група під керівництвом Майкла Брауна з Каліфорнійського технологічного інституту відкрила в поясі Койпера об'єкт 2003 UB313, який можна порівняти за розмірами з Плутоном. Стало ясно, що якщо ми називаємо планетою Плутон, то і 2003 UB313 також повинен вважатися планетою. У 2006 році для вирішення протиріччя Міжнародний астрономічний союз ухвалив офіційне визначення, згідно з яким ні Плутон, ні 2003 UB313 планетами не є. Це рішення багато астрономів прийняли в штики, а об'єкт 2003 UB313, що послужив причиною розбіжностей, отримав ім'я давньогрецької богині розбрату - Еріда. Однак через десять років з дня виключення Плутона з числа планет, мабуть, усім ясно, що він, незалежно від титулу, є всього лише одним з багатьох тіл пояса Койпера.
Об'єкти в поясі Койпера (їх відомо менше двох тисяч) можна розділити на кілька груп. Перша - це ТНО класичного пояса Койпера (наприклад, 1992 QB1), які мають нахилені під невеликими кутами до екліптики «планетні» (майже кругові) орбіти з великої півосі не більше 50 а Друга група, резонансні ТНО - це астероїди, що знаходяться в резонансі з Нептуном. Найвідоміший приклад - «плутіно», в честь Плутона, який перебуває з Нептуном в резонансі 2: 3 (тобто здійснює рівно два оберти за той час, що Нептун робить три). Резонансні об'єкти, як правило, не віддаляються від Сонця більш ніж на 50 а.о. Третій тип - це об'єкти розсіяного диска, типу Еріду, які під дією збурень планет-гігантів, перш за все Нептуна, придбали дуже витягнуті орбіти, часто нахилені під великими кутами до площини екліптики, з Офелія в сотнях а.о. від сонця.
До 2003 року структуру пояса Койпера в цілому вдавалося пояснити взаємодією залишків будівельного сміття Сонячної системи з відомими планетами-гігантами. А потім Майкл Браун з колегами відкрили ТНО, який пізніше отримав ім'я Седна. Особливість Седни складається в дуже великому перигелії - 76 а.о. Це означає, що вона навіть в найближчій до Сонця точці орбіти потрапляє в зону гравітаційного впливу планет-гігантів. Як же вона взагалі опинилася на такій орбіті?
Поки Седна перебувала на самоті, її наявність не здавалося особливою проблемою - як і свого часу наявність Плутона: хіба мало що могло трапитися з одним об'єктом? Седна могла бути «висмикнута» з внутрішніх областей Сонячної системи, а то і зовсім перейти до нас з іншої планетної системи при зближенні з іншою зіркою на ранніх етапах еволюції. До того ж передбачається, що в Сонячній системі є істотно більш далекий «резервуар» тел - гіпотетичне хмару Оорта, з якого приходять долгопериодические комети. Седну можна вважати і його представником.
Компанія для Седни
У 2014 році Чедвік Трухільо і Скотт Шепард повідомили про відкриття другого ТНО з екстремально великим перігелійнимі відстанню в 80 а.о. Можна було б, звичайно, і його приписати до хмари Оорта, але Трухільо і Шепард звернули увагу на те, що орбіти Седни і 2012 VP113 подібним чином нахилені відносно екліптики. Більш того, якщо вибрати серед відомих ТНО об'єкти на витягнутих орбітах з великими півосями більше 150 а.о., всі вони будуть орієнтовані приблизно так само! Трухільо і Шепард припустили, що це може мати загальну причину: наявність в Сонячній системі ще однієї планети з масою в кілька мас Землі на відстані 200-300 а.о. від сонця. Оскільки такі зміни, одного разу виникнувши, швидко руйнуються, мова повинна йти саме про якомусь постійно діючому факторі.
Припущення Трухільо і Шепарда сколихнуло уми дослідників: ще б пак, на горизонті знову зажевріла епохальне відкриття! Планету на такій відстані цілком можна виявити безпосередньо, знати б тільки, де приблизно шукати. Почали з'являтися найрізноманітніші припущення: починаючи з того, що планет кілька, і закінчуючи тим, що нової планети немає, а закономірності в рухах далеких ТНО породжуються гравітаційними взаємодіями усередині самого пояса Койпера.
Найбільш успішною в низці пояснень виявилася робота Майкла Брауна і Костянтина Батигін. Вони виділили з усіх далеких ТНО шість об'єктів, свідомо не відчували збурень з боку Нептуна. Виявилося, що орбіти обраних об'єктів не просто однаково розгорнуті щодо екліптики, але і в цілому витягнуті в просторі приблизно в одну сторону. Потім Брауна і Батигін критикували за це рішення, оскільки вони нібито викинули з повної вибірки ті об'єкти, параметри яких пояснити не вдалося. Але, з іншого боку, дійсно, все далекі ТНО, за винятком Седни і 2012 VP113, могли потрапити під вплив Нептуна. У цьому сенсі виглядає цілком виправданим прагнення використовувати для оцінки впливу дев'ятої планети тільки ті тіла, для яких цей вплив проявляється в чистому вигляді.
Потім вчені за допомогою чисельної моделі досліджували, чи здатне дію однієї далекої планети пояснити сукупні параметри обраної шістки об'єктів. Спроба виявилася вдалою. Браун і Батигін виявили, що в їх моделі «нова» планета дійсно вибудовує деякі ТНО в спостережувану конфігурацію. Мало того, з'ясувалося, що її впливом можна пояснити появу ще однієї групи тіл Сонячної системи - астероїдів поясу Койпера на сильно нахилених орбітах - майже перпендикулярних екліптиці. Оскільки спочатку завдання описати походження «перпендикулярних» астероїдів Браун і Батигін перед собою не ставили, цей ненавмисний результат вони вважають потужним доказом на користь життєздатності їх моделі.
На жаль, модель Брауна і Батигін дає досить розпливчасті передбачення щодо орбіти невідомої планети. Вони досліджували можливі орбіти з великими півосями від 400 до 1500 а.о. і з ексцентриситетами від 0,6 до 0,8 і майже всюди отримали задовільний результат. Чи не вдалося істотно обмежити і нахил планетної орбіти. Це сумно: чим точніше відомі параметри орбіти, тим точніше можна навести телескоп. А адже нова планета, якщо вона існує, не відрізняється особливою яскравістю. На такій відстані побачити відбитий нею сонячне світло навряд чи вийде. Швидше можна розраховувати на власне інфрачервоне випромінювання планети.
Побачити в приціл
В даний час розглядається кілька можливостей виявити планету в спостереженнях. По-перше, її можна знайти, просто систематично скануючи небо. З існуючих інструментів для цієї мети найбільш підходить японський телескоп «Субару», встановлений на Гавайських островах (США). Його 8,2-метрове дзеркало дозволяє спостерігати навіть тьмяні об'єкти, при цьому розмір поля зору однієї з інфрачервоних камер телескопа дорівнює півтора градусам, що дозволяє за одну експозицію отримувати знімок великої ділянки неба - вкрай цінна якість для пошукових завдань. А через кілька років очікується введення в лад спеціального пошукового телескопа LSST, який буде методично переглядати всі небо і зуміє знайти планету, якщо «Субару» на той час ще не досягне успіху. Не виключено також виявлення планети, наприклад, в космологічних оглядах майбутнього.
Другий спосіб прискорення пошуків полягає в тому, щоб спробувати знайти ознаки впливу планети на інші тіла Сонячної системи - на комети і навіть на великі планети. Наприклад, завдяки зонду «Кассіні» ми тепер набагато краще знаємо параметри орбіти Сатурна. Уже опублікована спроба істотно звузити діапазон пошуків дев'ятої планети за даними «Кассіні», вказавши області небосхилу, де її точно бути не може.
У будь-якому випадку поки мова не йде про відкриття нової планети. Фактично ми знаходимося зараз в ситуації 1846 року, коли невязки в русі Урана змусили запідозрити наявність в Сонячній системі ще однієї планети. І звичайно, Леверье в голову не прийшло б до 24 вересня 1846 року розповідати всім, що він відкрив нову планету. Не виключено, що і далі нас чекає повторення вже пройдених одного разу протиріч. Наприклад, чи можна буде вважати, що планету відкрили Браун з Батигін, якщо її буде розпізнано автоматика LSST, яка знайшла б її і без опублікованого передбачення? Навіть якщо планета буде знайдена в результаті цілеспрямованого пошуку на «Субару», чи не слід вважати її «авторами» Трухільо і Шепарда? Втім, і питання пріоритету вирішувати доведеться тільки після реального відкриття. Зараз же нам залишається тільки чекати, поки в черговий раз хтось не помітить, що серед густий зоряної розсипи є одна невиразна точка, яка на кількох послідовних знімках трохи сповзла в сторону. І тоді планетологам доведеться вирішувати питання, а звідки, власне, в Сонячній системі взялася планета на такій відстані від Сонця? Але це буде вже зовсім інша історія.
Автор - завідувач відділом фізики і еволюції зірок Інституту астрономії РАН (ІНАСАН)
Стаття «Полювання за планетою Х» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №5, травень 2016 ).
Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка
У січні 2016 світ облетіла новина про відкриття дев'ятої планети Сонячної системи. Майкл Браун і Костянтин Батигін знайшли ознаки її існування в русі малих тіл на околиці нашого космічного будинку. Однак практика показує, що від перших підозр до справжнього відкриття іноді проходять десятиліття. Дуже часто пошук гіпотетичних планет і зовсім закінчується тупиком.
Людям чомусь дуже хочеться, щоб в Сонячній системі була ще одна планета. Для астрономів пошуки планет завжди були ще й питанням престижу, бо вчений, який відкрив нову планету, гарантовано вписує своє ім'я в історію науки, причому великими золотими літерами. В історії астрономії нерідкі випадки, коли це бажання переростало в упевненість, часом безпідставну, але настільки сильну, що гіпотетичним планет заздалегідь придумували імена і організовували спеціальні кампанії по їх пошуку.
Ексцентриситет характеризує форму орбіти: чим він більший, тим еліпс більш витягнутий (0 - окружність, 1 - парабола). Велика піввісь - це половина максимального діаметра еліпса. Нахил - кут між площиною орбіти тіла і площиною екліптики. Якщо він більше 90 градусів, тіло рухається «назустріч» руху планет. Висхідний вузол - це точка переходу тіла по орбіті через площину екліптики з «нижньої» половини Сонячної системи в «верхню» (в яку звернений Північний полюс Землі). Поворот площини орбіти відносно зірок описується довготою висхідного вузла - кутом між напрямами на висхідний вузол і на точку весняного рівнодення (зараз вона знаходиться в сузір'ї Риб). Орієнтація орбітального еліпса в площині орбіти тіла характеризується аргументом перигелію - кутом між напрямами на висхідний вузол і на перигелій. Справжня аномалія вказує положення тіла на орбіті, це кут між напрямком на перигелій і на тіло.
Уран і Нептун
Першим стимулом для пошуків нової планети в Сонячній системі стало відкриття Урана. У березні 1781 року англійський астроном Вільям Гершель зауважив в сузір'ї Тельця рухається пляма, яке на перевірку виявилося новим членом Сонячної системи. Уран став першою планетою, відкритою за допомогою телескопа. Та й взагалі просто відкритою, адже про всі планетах, відомих до Урана, людство знало «завжди».
Прийнято писати, що наступну планету, Нептун, «виявили на кінчику пера». Приводом для його пошуків стали особливості в русі Урана, незрозумілі за допомогою ньютонівського тяжіння і вимагали наявності зовнішнього обурює тіла. Ці особливості, вперше відмічені ще в 1783 році петербурзьким ученим Андрієм Лекселем, дозволили французькому астроному Урбен Левер'є (і з меншою точністю англійцю Джону Адамсу) передбачити положення «порушника». Леверье надіслав листа з координатами Йогану Галле в Берлінську обсерваторію, і той в ніч з 23 на 24 вересня 1846 року буквально через кілька годин після отримання листа Левер'є, виявив Нептун майже точно в предсказанном місці. Відкриття Нептуна вважається класичною демонстрацією самий корінь сили теорії тяжіння Ньютона і одним з її «тріумфів», хоча в цьому тріумфі є і пара ложок дьогтю. І Леверье, і Адамс оцінювали велику піввісь орбіти гіпотетичної планети за правилом Тициуса-Боде, а реальний Нептун (як з'ясувалося після його відкриття) в це правило не вписується. В результаті орбіти, обчислені обома вченими, сильно відрізнялися від фактичної орбіти Нептуна ... за винятком тієї її частини, на якій Нептун знаходився в 40-і роки XIX століття. Тому в цій історії присутній елемент везіння.
У тому ж XIX столітті розгорнулися пошуки ще однієї гіпотетичної планети, Вулкана, яка повинна була заповнити собою пробіл між Меркурієм і Сонцем. З 1826 по 1843 рік її шукав німецький астроном Генріх Швабе (планету він так і не знайшов, але зате першим виявив циклічність сонячної активності). У 1860-і роки в русі Меркурія знайшлися невідповідності з ньютонівської теорією тяжіння, і інтерес до пошуків Вулкана відродився, але на початку XX століття знову згас, коли ці нестиковки вдалося пояснити в рамках загальної теорії відносності.
Щоб планета № 9 могла вирівняти орбіти ТНО, її власна орбіта повинна бути витягнута в протилежну сторону. Блакитним кольором показані орбіти об'єктів пояса Койпера, перпендикулярні площини екліптики, які випадково також отримали пояснення в рамках моделі Брауна-Батигін.
Плутон
Відкриття Нептуна стимулювало нові пошуки: здавалося, що в русі Урана і Нептуна залишилися непояснені невязки. Але пошуки не принесли результату. Точніше, транснептунової планету, як і Вулкан, виявляли багато разів, але вона завжди виявлялася або зіркою з невірно певними координатами, або взагалі примарою. У 1905-1906 роках до проблеми підключився американський астроном Персіваль Ловелл, який провів теоретичні розрахунки і організував спостереження в обсерваторії у Флагстаффі (Арізона). Аналізуючи розбіжності між реальними і обчисленими положеннями Урана, він отримав витягнуту орбіту зі значним ексцентриситетом (0,2), велика піввісь близько 45 а.о. і нахилом до площини екліптики близько 10 градусів. Аналіз руху Урана дозволив Ловелл передбачити поточний стан планети і її масу, яку він оцінив приблизно в п'ять мас Землі.
Пошуки, ініційовані Ловелом, були вельми інтенсивними, але знайти планету вдалося лише в 1930 році, через 14 років після смерті Ловелла - головним чином завдяки винятковій старанності астронома Клайда Томбо. Справа в тому, що нова планета, названа Плутоном, хоч і була відкрита за все в 6 градусах від передбаченого Ловелом місця, виявилася істотно більш тьмяною, ніж очікувалося. І перша радість від відкриття незабаром змінилася сумнівами. Настільки тьмяне і, отже, маломасивних тіло, як Плутон, навряд чи могло бути причиною сильних відхилень в русі Урана. Втім, через деякий час з'ясувалося, що здаються обурення в русі Урана пов'язані з неточністю розрахунків.
пояс Койпера
Плутон не дуже-то схожий на інші планети. Він малий (менше Місяця) і обертається по сильно витягнутій орбіті, нахиленою під досить великим кутом до площин орбіт інших планет. Але в 1930-ті роки це не здавалося чимось особливим. Однак в середині XX століття почали складатися сучасні уявлення про формування Сонячної системи з газо-пилової хмари, і в рамках цих уявлень за орбітою Нептуна цілком могли зберегтися невитрачені залишки будівельного матеріалу.
Перший відкритий транснептунових об'єкт (ТНО) з невиразним ім'ям тисяча дев'ятсот дев'яносто два QB1 і діаметром в 150 км цілком підходив під опис будівельного сміття. Однак за першим пішли другий, третій, та й розміри ставали все більшими: 300, 500, 1000 км. І ось, нарешті, в 2005 році група під керівництвом Майкла Брауна з Каліфорнійського технологічного інституту відкрила в поясі Койпера об'єкт 2003 UB313, який можна порівняти за розмірами з Плутоном. Стало ясно, що якщо ми називаємо планетою Плутон, то і 2003 UB313 також повинен вважатися планетою. У 2006 році для вирішення протиріччя Міжнародний астрономічний союз ухвалив офіційне визначення, згідно з яким ні Плутон, ні 2003 UB313 планетами не є. Це рішення багато астрономів прийняли в штики, а об'єкт 2003 UB313, що послужив причиною розбіжностей, отримав ім'я давньогрецької богині розбрату - Еріда. Однак через десять років з дня виключення Плутона з числа планет, мабуть, усім ясно, що він, незалежно від титулу, є всього лише одним з багатьох тіл пояса Койпера.
Об'єкти в поясі Койпера (їх відомо менше двох тисяч) можна розділити на кілька груп. Перша - це ТНО класичного пояса Койпера (наприклад, 1992 QB1), які мають нахилені під невеликими кутами до екліптики «планетні» (майже кругові) орбіти з великої півосі не більше 50 а Друга група, резонансні ТНО - це астероїди, що знаходяться в резонансі з Нептуном. Найвідоміший приклад - «плутіно», в честь Плутона, який перебуває з Нептуном в резонансі 2: 3 (тобто здійснює рівно два оберти за той час, що Нептун робить три). Резонансні об'єкти, як правило, не віддаляються від Сонця більш ніж на 50 а.о. Третій тип - це об'єкти розсіяного диска, типу Еріду, які під дією збурень планет-гігантів, перш за все Нептуна, придбали дуже витягнуті орбіти, часто нахилені під великими кутами до площини екліптики, з Офелія в сотнях а.о. від сонця.
До 2003 року структуру пояса Койпера в цілому вдавалося пояснити взаємодією залишків будівельного сміття Сонячної системи з відомими планетами-гігантами. А потім Майкл Браун з колегами відкрили ТНО, який пізніше отримав ім'я Седна. Особливість Седни складається в дуже великому перигелії - 76 а.о. Це означає, що вона навіть в найближчій до Сонця точці орбіти потрапляє в зону гравітаційного впливу планет-гігантів. Як же вона взагалі опинилася на такій орбіті?
Поки Седна перебувала на самоті, її наявність не здавалося особливою проблемою - як і свого часу наявність Плутона: хіба мало що могло трапитися з одним об'єктом? Седна могла бути «висмикнута» з внутрішніх областей Сонячної системи, а то і зовсім перейти до нас з іншої планетної системи при зближенні з іншою зіркою на ранніх етапах еволюції. До того ж передбачається, що в Сонячній системі є істотно більш далекий «резервуар» тел - гіпотетичне хмару Оорта, з якого приходять долгопериодические комети. Седну можна вважати і його представником.
Компанія для Седни
У 2014 році Чедвік Трухільо і Скотт Шепард повідомили про відкриття другого ТНО з екстремально великим перігелійнимі відстанню в 80 а.о. Можна було б, звичайно, і його приписати до хмари Оорта, але Трухільо і Шепард звернули увагу на те, що орбіти Седни і 2012 VP113 подібним чином нахилені відносно екліптики. Більш того, якщо вибрати серед відомих ТНО об'єкти на витягнутих орбітах з великими півосями більше 150 а.о., всі вони будуть орієнтовані приблизно так само! Трухільо і Шепард припустили, що це може мати загальну причину: наявність в Сонячній системі ще однієї планети з масою в кілька мас Землі на відстані 200-300 а.о. від сонця. Оскільки такі зміни, одного разу виникнувши, швидко руйнуються, мова повинна йти саме про якомусь постійно діючому факторі.
Припущення Трухільо і Шепарда сколихнуло уми дослідників: ще б пак, на горизонті знову зажевріла епохальне відкриття! Планету на такій відстані цілком можна виявити безпосередньо, знати б тільки, де приблизно шукати. Почали з'являтися найрізноманітніші припущення: починаючи з того, що планет кілька, і закінчуючи тим, що нової планети немає, а закономірності в рухах далеких ТНО породжуються гравітаційними взаємодіями усередині самого пояса Койпера.
Найбільш успішною в низці пояснень виявилася робота Майкла Брауна і Костянтина Батигін. Вони виділили з усіх далеких ТНО шість об'єктів, свідомо не відчували збурень з боку Нептуна. Виявилося, що орбіти обраних об'єктів не просто однаково розгорнуті щодо екліптики, але і в цілому витягнуті в просторі приблизно в одну сторону. Потім Брауна і Батигін критикували за це рішення, оскільки вони нібито викинули з повної вибірки ті об'єкти, параметри яких пояснити не вдалося. Але, з іншого боку, дійсно, все далекі ТНО, за винятком Седни і 2012 VP113, могли потрапити під вплив Нептуна. У цьому сенсі виглядає цілком виправданим прагнення використовувати для оцінки впливу дев'ятої планети тільки ті тіла, для яких цей вплив проявляється в чистому вигляді.
Потім вчені за допомогою чисельної моделі досліджували, чи здатне дію однієї далекої планети пояснити сукупні параметри обраної шістки об'єктів. Спроба виявилася вдалою. Браун і Батигін виявили, що в їх моделі «нова» планета дійсно вибудовує деякі ТНО в спостережувану конфігурацію. Мало того, з'ясувалося, що її впливом можна пояснити появу ще однієї групи тіл Сонячної системи - астероїдів поясу Койпера на сильно нахилених орбітах - майже перпендикулярних екліптиці. Оскільки спочатку завдання описати походження «перпендикулярних» астероїдів Браун і Батигін перед собою не ставили, цей ненавмисний результат вони вважають потужним доказом на користь життєздатності їх моделі.
На жаль, модель Брауна і Батигін дає досить розпливчасті передбачення щодо орбіти невідомої планети. Вони досліджували можливі орбіти з великими півосями від 400 до 1500 а.о. і з ексцентриситетами від 0,6 до 0,8 і майже всюди отримали задовільний результат. Чи не вдалося істотно обмежити і нахил планетної орбіти. Це сумно: чим точніше відомі параметри орбіти, тим точніше можна навести телескоп. А адже нова планета, якщо вона існує, не відрізняється особливою яскравістю. На такій відстані побачити відбитий нею сонячне світло навряд чи вийде. Швидше можна розраховувати на власне інфрачервоне випромінювання планети.
Побачити в приціл
В даний час розглядається кілька можливостей виявити планету в спостереженнях. По-перше, її можна знайти, просто систематично скануючи небо. З існуючих інструментів для цієї мети найбільш підходить японський телескоп «Субару», встановлений на Гавайських островах (США). Його 8,2-метрове дзеркало дозволяє спостерігати навіть тьмяні об'єкти, при цьому розмір поля зору однієї з інфрачервоних камер телескопа дорівнює півтора градусам, що дозволяє за одну експозицію отримувати знімок великої ділянки неба - вкрай цінна якість для пошукових завдань. А через кілька років очікується введення в лад спеціального пошукового телескопа LSST, який буде методично переглядати всі небо і зуміє знайти планету, якщо «Субару» на той час ще не досягне успіху. Не виключено також виявлення планети, наприклад, в космологічних оглядах майбутнього.
Другий спосіб прискорення пошуків полягає в тому, щоб спробувати знайти ознаки впливу планети на інші тіла Сонячної системи - на комети і навіть на великі планети. Наприклад, завдяки зонду «Кассіні» ми тепер набагато краще знаємо параметри орбіти Сатурна. Уже опублікована спроба істотно звузити діапазон пошуків дев'ятої планети за даними «Кассіні», вказавши області небосхилу, де її точно бути не може.
У будь-якому випадку поки мова не йде про відкриття нової планети. Фактично ми знаходимося зараз в ситуації 1846 року, коли невязки в русі Урана змусили запідозрити наявність в Сонячній системі ще однієї планети. І звичайно, Леверье в голову не прийшло б до 24 вересня 1846 року розповідати всім, що він відкрив нову планету. Не виключено, що і далі нас чекає повторення вже пройдених одного разу протиріч. Наприклад, чи можна буде вважати, що планету відкрили Браун з Батигін, якщо її буде розпізнано автоматика LSST, яка знайшла б її і без опублікованого передбачення? Навіть якщо планета буде знайдена в результаті цілеспрямованого пошуку на «Субару», чи не слід вважати її «авторами» Трухільо і Шепарда? Втім, і питання пріоритету вирішувати доведеться тільки після реального відкриття. Зараз же нам залишається тільки чекати, поки в черговий раз хтось не помітить, що серед густий зоряної розсипи є одна невиразна точка, яка на кількох послідовних знімках трохи сповзла в сторону. І тоді планетологам доведеться вирішувати питання, а звідки, власне, в Сонячній системі взялася планета на такій відстані від Сонця? Але це буде вже зовсім інша історія.
Автор - завідувач відділом фізики і еволюції зірок Інституту астрономії РАН (ІНАСАН)
Стаття «Полювання за планетою Х» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №5, травень 2016 ).
Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка
У січні 2016 світ облетіла новина про відкриття дев'ятої планети Сонячної системи. Майкл Браун і Костянтин Батигін знайшли ознаки її існування в русі малих тіл на околиці нашого космічного будинку. Однак практика показує, що від перших підозр до справжнього відкриття іноді проходять десятиліття. Дуже часто пошук гіпотетичних планет і зовсім закінчується тупиком.
Людям чомусь дуже хочеться, щоб в Сонячній системі була ще одна планета. Для астрономів пошуки планет завжди були ще й питанням престижу, бо вчений, який відкрив нову планету, гарантовано вписує своє ім'я в історію науки, причому великими золотими літерами. В історії астрономії нерідкі випадки, коли це бажання переростало в упевненість, часом безпідставну, але настільки сильну, що гіпотетичним планет заздалегідь придумували імена і організовували спеціальні кампанії по їх пошуку.
Ексцентриситет характеризує форму орбіти: чим він більший, тим еліпс більш витягнутий (0 - окружність, 1 - парабола). Велика піввісь - це половина максимального діаметра еліпса. Нахил - кут між площиною орбіти тіла і площиною екліптики. Якщо він більше 90 градусів, тіло рухається «назустріч» руху планет. Висхідний вузол - це точка переходу тіла по орбіті через площину екліптики з «нижньої» половини Сонячної системи в «верхню» (в яку звернений Північний полюс Землі). Поворот площини орбіти відносно зірок описується довготою висхідного вузла - кутом між напрямами на висхідний вузол і на точку весняного рівнодення (зараз вона знаходиться в сузір'ї Риб). Орієнтація орбітального еліпса в площині орбіти тіла характеризується аргументом перигелію - кутом між напрямами на висхідний вузол і на перигелій. Справжня аномалія вказує положення тіла на орбіті, це кут між напрямком на перигелій і на тіло.
Уран і Нептун
Першим стимулом для пошуків нової планети в Сонячній системі стало відкриття Урана. У березні 1781 року англійський астроном Вільям Гершель зауважив в сузір'ї Тельця рухається пляма, яке на перевірку виявилося новим членом Сонячної системи. Уран став першою планетою, відкритою за допомогою телескопа. Та й взагалі просто відкритою, адже про всі планетах, відомих до Урана, людство знало «завжди».
Прийнято писати, що наступну планету, Нептун, «виявили на кінчику пера». Приводом для його пошуків стали особливості в русі Урана, незрозумілі за допомогою ньютонівського тяжіння і вимагали наявності зовнішнього обурює тіла. Ці особливості, вперше відмічені ще в 1783 році петербурзьким ученим Андрієм Лекселем, дозволили французькому астроному Урбен Левер'є (і з меншою точністю англійцю Джону Адамсу) передбачити положення «порушника». Леверье надіслав листа з координатами Йогану Галле в Берлінську обсерваторію, і той в ніч з 23 на 24 вересня 1846 року буквально через кілька годин після отримання листа Левер'є, виявив Нептун майже точно в предсказанном місці. Відкриття Нептуна вважається класичною демонстрацією самий корінь сили теорії тяжіння Ньютона і одним з її «тріумфів», хоча в цьому тріумфі є і пара ложок дьогтю. І Леверье, і Адамс оцінювали велику піввісь орбіти гіпотетичної планети за правилом Тициуса-Боде, а реальний Нептун (як з'ясувалося після його відкриття) в це правило не вписується. В результаті орбіти, обчислені обома вченими, сильно відрізнялися від фактичної орбіти Нептуна ... за винятком тієї її частини, на якій Нептун знаходився в 40-і роки XIX століття. Тому в цій історії присутній елемент везіння.
У тому ж XIX столітті розгорнулися пошуки ще однієї гіпотетичної планети, Вулкана, яка повинна була заповнити собою пробіл між Меркурієм і Сонцем. З 1826 по 1843 рік її шукав німецький астроном Генріх Швабе (планету він так і не знайшов, але зате першим виявив циклічність сонячної активності). У 1860-і роки в русі Меркурія знайшлися невідповідності з ньютонівської теорією тяжіння, і інтерес до пошуків Вулкана відродився, але на початку XX століття знову згас, коли ці нестиковки вдалося пояснити в рамках загальної теорії відносності.
Щоб планета № 9 могла вирівняти орбіти ТНО, її власна орбіта повинна бути витягнута в протилежну сторону. Блакитним кольором показані орбіти об'єктів пояса Койпера, перпендикулярні площини екліптики, які випадково також отримали пояснення в рамках моделі Брауна-Батигін.
Плутон
Відкриття Нептуна стимулювало нові пошуки: здавалося, що в русі Урана і Нептуна залишилися непояснені невязки. Але пошуки не принесли результату. Точніше, транснептунової планету, як і Вулкан, виявляли багато разів, але вона завжди виявлялася або зіркою з невірно певними координатами, або взагалі примарою. У 1905-1906 роках до проблеми підключився американський астроном Персіваль Ловелл, який провів теоретичні розрахунки і організував спостереження в обсерваторії у Флагстаффі (Арізона). Аналізуючи розбіжності між реальними і обчисленими положеннями Урана, він отримав витягнуту орбіту зі значним ексцентриситетом (0,2), велика піввісь близько 45 а.о. і нахилом до площини екліптики близько 10 градусів. Аналіз руху Урана дозволив Ловелл передбачити поточний стан планети і її масу, яку він оцінив приблизно в п'ять мас Землі.
Пошуки, ініційовані Ловелом, були вельми інтенсивними, але знайти планету вдалося лише в 1930 році, через 14 років після смерті Ловелла - головним чином завдяки винятковій старанності астронома Клайда Томбо. Справа в тому, що нова планета, названа Плутоном, хоч і була відкрита за все в 6 градусах від передбаченого Ловелом місця, виявилася істотно більш тьмяною, ніж очікувалося. І перша радість від відкриття незабаром змінилася сумнівами. Настільки тьмяне і, отже, маломасивних тіло, як Плутон, навряд чи могло бути причиною сильних відхилень в русі Урана. Втім, через деякий час з'ясувалося, що здаються обурення в русі Урана пов'язані з неточністю розрахунків.
пояс Койпера
Плутон не дуже-то схожий на інші планети. Він малий (менше Місяця) і обертається по сильно витягнутій орбіті, нахиленою під досить великим кутом до площин орбіт інших планет. Але в 1930-ті роки це не здавалося чимось особливим. Однак в середині XX століття почали складатися сучасні уявлення про формування Сонячної системи з газо-пилової хмари, і в рамках цих уявлень за орбітою Нептуна цілком могли зберегтися невитрачені залишки будівельного матеріалу.
Перший відкритий транснептунових об'єкт (ТНО) з невиразним ім'ям тисяча дев'ятсот дев'яносто два QB1 і діаметром в 150 км цілком підходив під опис будівельного сміття. Однак за першим пішли другий, третій, та й розміри ставали все більшими: 300, 500, 1000 км. І ось, нарешті, в 2005 році група під керівництвом Майкла Брауна з Каліфорнійського технологічного інституту відкрила в поясі Койпера об'єкт 2003 UB313, який можна порівняти за розмірами з Плутоном. Стало ясно, що якщо ми називаємо планетою Плутон, то і 2003 UB313 також повинен вважатися планетою. У 2006 році для вирішення протиріччя Міжнародний астрономічний союз ухвалив офіційне визначення, згідно з яким ні Плутон, ні 2003 UB313 планетами не є. Це рішення багато астрономів прийняли в штики, а об'єкт 2003 UB313, що послужив причиною розбіжностей, отримав ім'я давньогрецької богині розбрату - Еріда. Однак через десять років з дня виключення Плутона з числа планет, мабуть, усім ясно, що він, незалежно від титулу, є всього лише одним з багатьох тіл пояса Койпера.
Об'єкти в поясі Койпера (їх відомо менше двох тисяч) можна розділити на кілька груп. Перша - це ТНО класичного пояса Койпера (наприклад, 1992 QB1), які мають нахилені під невеликими кутами до екліптики «планетні» (майже кругові) орбіти з великої півосі не більше 50 а Друга група, резонансні ТНО - це астероїди, що знаходяться в резонансі з Нептуном. Найвідоміший приклад - «плутіно», в честь Плутона, який перебуває з Нептуном в резонансі 2: 3 (тобто здійснює рівно два оберти за той час, що Нептун робить три). Резонансні об'єкти, як правило, не віддаляються від Сонця більш ніж на 50 а.о. Третій тип - це об'єкти розсіяного диска, типу Еріду, які під дією збурень планет-гігантів, перш за все Нептуна, придбали дуже витягнуті орбіти, часто нахилені під великими кутами до площини екліптики, з Офелія в сотнях а.о. від сонця.
До 2003 року структуру пояса Койпера в цілому вдавалося пояснити взаємодією залишків будівельного сміття Сонячної системи з відомими планетами-гігантами. А потім Майкл Браун з колегами відкрили ТНО, який пізніше отримав ім'я Седна. Особливість Седни складається в дуже великому перигелії - 76 а.о. Це означає, що вона навіть в найближчій до Сонця точці орбіти потрапляє в зону гравітаційного впливу планет-гігантів. Як же вона взагалі опинилася на такій орбіті?
Поки Седна перебувала на самоті, її наявність не здавалося особливою проблемою - як і свого часу наявність Плутона: хіба мало що могло трапитися з одним об'єктом? Седна могла бути «висмикнута» з внутрішніх областей Сонячної системи, а то і зовсім перейти до нас з іншої планетної системи при зближенні з іншою зіркою на ранніх етапах еволюції. До того ж передбачається, що в Сонячній системі є істотно більш далекий «резервуар» тел - гіпотетичне хмару Оорта, з якого приходять долгопериодические комети. Седну можна вважати і його представником.
Компанія для Седни
У 2014 році Чедвік Трухільо і Скотт Шепард повідомили про відкриття другого ТНО з екстремально великим перігелійнимі відстанню в 80 а.о. Можна було б, звичайно, і його приписати до хмари Оорта, але Трухільо і Шепард звернули увагу на те, що орбіти Седни і 2012 VP113 подібним чином нахилені відносно екліптики. Більш того, якщо вибрати серед відомих ТНО об'єкти на витягнутих орбітах з великими півосями більше 150 а.о., всі вони будуть орієнтовані приблизно так само! Трухільо і Шепард припустили, що це може мати загальну причину: наявність в Сонячній системі ще однієї планети з масою в кілька мас Землі на відстані 200-300 а.о. від сонця. Оскільки такі зміни, одного разу виникнувши, швидко руйнуються, мова повинна йти саме про якомусь постійно діючому факторі.
Припущення Трухільо і Шепарда сколихнуло уми дослідників: ще б пак, на горизонті знову зажевріла епохальне відкриття! Планету на такій відстані цілком можна виявити безпосередньо, знати б тільки, де приблизно шукати. Почали з'являтися найрізноманітніші припущення: починаючи з того, що планет кілька, і закінчуючи тим, що нової планети немає, а закономірності в рухах далеких ТНО породжуються гравітаційними взаємодіями усередині самого пояса Койпера.
Найбільш успішною в низці пояснень виявилася робота Майкла Брауна і Костянтина Батигін. Вони виділили з усіх далеких ТНО шість об'єктів, свідомо не відчували збурень з боку Нептуна. Виявилося, що орбіти обраних об'єктів не просто однаково розгорнуті щодо екліптики, але і в цілому витягнуті в просторі приблизно в одну сторону. Потім Брауна і Батигін критикували за це рішення, оскільки вони нібито викинули з повної вибірки ті об'єкти, параметри яких пояснити не вдалося. Але, з іншого боку, дійсно, все далекі ТНО, за винятком Седни і 2012 VP113, могли потрапити під вплив Нептуна. У цьому сенсі виглядає цілком виправданим прагнення використовувати для оцінки впливу дев'ятої планети тільки ті тіла, для яких цей вплив проявляється в чистому вигляді.
Потім вчені за допомогою чисельної моделі досліджували, чи здатне дію однієї далекої планети пояснити сукупні параметри обраної шістки об'єктів. Спроба виявилася вдалою. Браун і Батигін виявили, що в їх моделі «нова» планета дійсно вибудовує деякі ТНО в спостережувану конфігурацію. Мало того, з'ясувалося, що її впливом можна пояснити появу ще однієї групи тіл Сонячної системи - астероїдів поясу Койпера на сильно нахилених орбітах - майже перпендикулярних екліптиці. Оскільки спочатку завдання описати походження «перпендикулярних» астероїдів Браун і Батигін перед собою не ставили, цей ненавмисний результат вони вважають потужним доказом на користь життєздатності їх моделі.
На жаль, модель Брауна і Батигін дає досить розпливчасті передбачення щодо орбіти невідомої планети. Вони досліджували можливі орбіти з великими півосями від 400 до 1500 а.о. і з ексцентриситетами від 0,6 до 0,8 і майже всюди отримали задовільний результат. Чи не вдалося істотно обмежити і нахил планетної орбіти. Це сумно: чим точніше відомі параметри орбіти, тим точніше можна навести телескоп. А адже нова планета, якщо вона існує, не відрізняється особливою яскравістю. На такій відстані побачити відбитий нею сонячне світло навряд чи вийде. Швидше можна розраховувати на власне інфрачервоне випромінювання планети.
Побачити в приціл
В даний час розглядається кілька можливостей виявити планету в спостереженнях. По-перше, її можна знайти, просто систематично скануючи небо. З існуючих інструментів для цієї мети найбільш підходить японський телескоп «Субару», встановлений на Гавайських островах (США). Його 8,2-метрове дзеркало дозволяє спостерігати навіть тьмяні об'єкти, при цьому розмір поля зору однієї з інфрачервоних камер телескопа дорівнює півтора градусам, що дозволяє за одну експозицію отримувати знімок великої ділянки неба - вкрай цінна якість для пошукових завдань. А через кілька років очікується введення в лад спеціального пошукового телескопа LSST, який буде методично переглядати всі небо і зуміє знайти планету, якщо «Субару» на той час ще не досягне успіху. Не виключено також виявлення планети, наприклад, в космологічних оглядах майбутнього.
Другий спосіб прискорення пошуків полягає в тому, щоб спробувати знайти ознаки впливу планети на інші тіла Сонячної системи - на комети і навіть на великі планети. Наприклад, завдяки зонду «Кассіні» ми тепер набагато краще знаємо параметри орбіти Сатурна. Уже опублікована спроба істотно звузити діапазон пошуків дев'ятої планети за даними «Кассіні», вказавши області небосхилу, де її точно бути не може.
У будь-якому випадку поки мова не йде про відкриття нової планети. Фактично ми знаходимося зараз в ситуації 1846 року, коли невязки в русі Урана змусили запідозрити наявність в Сонячній системі ще однієї планети. І звичайно, Леверье в голову не прийшло б до 24 вересня 1846 року розповідати всім, що він відкрив нову планету. Не виключено, що і далі нас чекає повторення вже пройдених одного разу протиріч. Наприклад, чи можна буде вважати, що планету відкрили Браун з Батигін, якщо її буде розпізнано автоматика LSST, яка знайшла б її і без опублікованого передбачення? Навіть якщо планета буде знайдена в результаті цілеспрямованого пошуку на «Субару», чи не слід вважати її «авторами» Трухільо і Шепарда? Втім, і питання пріоритету вирішувати доведеться тільки після реального відкриття. Зараз же нам залишається тільки чекати, поки в черговий раз хтось не помітить, що серед густий зоряної розсипи є одна невиразна точка, яка на кількох послідовних знімках трохи сповзла в сторону. І тоді планетологам доведеться вирішувати питання, а звідки, власне, в Сонячній системі взялася планета на такій відстані від Сонця? Але це буде вже зовсім інша історія.
Автор - завідувач відділом фізики і еволюції зірок Інституту астрономії РАН (ІНАСАН)
Стаття «Полювання за планетою Х» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №5, травень 2016 ).
Дев'ята планета | Журнал Популярна Механіка
У січні 2016 світ облетіла новина про відкриття дев'ятої планети Сонячної системи. Майкл Браун і Костянтин Батигін знайшли ознаки її існування в русі малих тіл на околиці нашого космічного будинку. Однак практика показує, що від перших підозр до справжнього відкриття іноді проходять десятиліття. Дуже часто пошук гіпотетичних планет і зовсім закінчується тупиком.
Людям чомусь дуже хочеться, щоб в Сонячній системі була ще одна планета. Для астрономів пошуки планет завжди були ще й питанням престижу, бо вчений, який відкрив нову планету, гарантовано вписує своє ім'я в історію науки, причому великими золотими літерами. В історії астрономії нерідкі випадки, коли це бажання переростало в упевненість, часом безпідставну, але настільки сильну, що гіпотетичним планет заздалегідь придумували імена і організовували спеціальні кампанії по їх пошуку.
Ексцентриситет характеризує форму орбіти: чим він більший, тим еліпс більш витягнутий (0 - окружність, 1 - парабола). Велика піввісь - це половина максимального діаметра еліпса. Нахил - кут між площиною орбіти тіла і площиною екліптики. Якщо він більше 90 градусів, тіло рухається «назустріч» руху планет. Висхідний вузол - це точка переходу тіла по орбіті через площину екліптики з «нижньої» половини Сонячної системи в «верхню» (в яку звернений Північний полюс Землі). Поворот площини орбіти відносно зірок описується довготою висхідного вузла - кутом між напрямами на висхідний вузол і на точку весняного рівнодення (зараз вона знаходиться в сузір'ї Риб). Орієнтація орбітального еліпса в площині орбіти тіла характеризується аргументом перигелію - кутом між напрямами на висхідний вузол і на перигелій. Справжня аномалія вказує положення тіла на орбіті, це кут між напрямком на перигелій і на тіло.
Уран і Нептун
Першим стимулом для пошуків нової планети в Сонячній системі стало відкриття Урана. У березні 1781 року англійський астроном Вільям Гершель зауважив в сузір'ї Тельця рухається пляма, яке на перевірку виявилося новим членом Сонячної системи. Уран став першою планетою, відкритою за допомогою телескопа. Та й взагалі просто відкритою, адже про всі планетах, відомих до Урана, людство знало «завжди».
Прийнято писати, що наступну планету, Нептун, «виявили на кінчику пера». Приводом для його пошуків стали особливості в русі Урана, незрозумілі за допомогою ньютонівського тяжіння і вимагали наявності зовнішнього обурює тіла. Ці особливості, вперше відмічені ще в 1783 році петербурзьким ученим Андрієм Лекселем, дозволили французькому астроному Урбен Левер'є (і з меншою точністю англійцю Джону Адамсу) передбачити положення «порушника». Леверье надіслав листа з координатами Йогану Галле в Берлінську обсерваторію, і той в ніч з 23 на 24 вересня 1846 року буквально через кілька годин після отримання листа Левер'є, виявив Нептун майже точно в предсказанном місці. Відкриття Нептуна вважається класичною демонстрацією самий корінь сили теорії тяжіння Ньютона і одним з її «тріумфів», хоча в цьому тріумфі є і пара ложок дьогтю. І Леверье, і Адамс оцінювали велику піввісь орбіти гіпотетичної планети за правилом Тициуса-Боде, а реальний Нептун (як з'ясувалося після його відкриття) в це правило не вписується. В результаті орбіти, обчислені обома вченими, сильно відрізнялися від фактичної орбіти Нептуна ... за винятком тієї її частини, на якій Нептун знаходився в 40-і роки XIX століття. Тому в цій історії присутній елемент везіння.
У тому ж XIX столітті розгорнулися пошуки ще однієї гіпотетичної планети, Вулкана, яка повинна була заповнити собою пробіл між Меркурієм і Сонцем. З 1826 по 1843 рік її шукав німецький астроном Генріх Швабе (планету він так і не знайшов, але зате першим виявив циклічність сонячної активності). У 1860-і роки в русі Меркурія знайшлися невідповідності з ньютонівської теорією тяжіння, і інтерес до пошуків Вулкана відродився, але на початку XX століття знову згас, коли ці нестиковки вдалося пояснити в рамках загальної теорії відносності.
Щоб планета № 9 могла вирівняти орбіти ТНО, її власна орбіта повинна бути витягнута в протилежну сторону. Блакитним кольором показані орбіти об'єктів пояса Койпера, перпендикулярні площини екліптики, які випадково також отримали пояснення в рамках моделі Брауна-Батигін.
Плутон
Відкриття Нептуна стимулювало нові пошуки: здавалося, що в русі Урана і Нептуна залишилися непояснені невязки. Але пошуки не принесли результату. Точніше, транснептунової планету, як і Вулкан, виявляли багато разів, але вона завжди виявлялася або зіркою з невірно певними координатами, або взагалі примарою. У 1905-1906 роках до проблеми підключився американський астроном Персіваль Ловелл, який провів теоретичні розрахунки і організував спостереження в обсерваторії у Флагстаффі (Арізона). Аналізуючи розбіжності між реальними і обчисленими положеннями Урана, він отримав витягнуту орбіту зі значним ексцентриситетом (0,2), велика піввісь близько 45 а.о. і нахилом до площини екліптики близько 10 градусів. Аналіз руху Урана дозволив Ловелл передбачити поточний стан планети і її масу, яку він оцінив приблизно в п'ять мас Землі.
Пошуки, ініційовані Ловелом, були вельми інтенсивними, але знайти планету вдалося лише в 1930 році, через 14 років після смерті Ловелла - головним чином завдяки винятковій старанності астронома Клайда Томбо. Справа в тому, що нова планета, названа Плутоном, хоч і була відкрита за все в 6 градусах від передбаченого Ловелом місця, виявилася істотно більш тьмяною, ніж очікувалося. І перша радість від відкриття незабаром змінилася сумнівами. Настільки тьмяне і, отже, маломасивних тіло, як Плутон, навряд чи могло бути причиною сильних відхилень в русі Урана. Втім, через деякий час з'ясувалося, що здаються обурення в русі Урана пов'язані з неточністю розрахунків.
пояс Койпера
Плутон не дуже-то схожий на інші планети. Він малий (менше Місяця) і обертається по сильно витягнутій орбіті, нахиленою під досить великим кутом до площин орбіт інших планет. Але в 1930-ті роки це не здавалося чимось особливим. Однак в середині XX століття почали складатися сучасні уявлення про формування Сонячної системи з газо-пилової хмари, і в рамках цих уявлень за орбітою Нептуна цілком могли зберегтися невитрачені залишки будівельного матеріалу.
Перший відкритий транснептунових об'єкт (ТНО) з невиразним ім'ям тисяча дев'ятсот дев'яносто два QB1 і діаметром в 150 км цілком підходив під опис будівельного сміття. Однак за першим пішли другий, третій, та й розміри ставали все більшими: 300, 500, 1000 км. І ось, нарешті, в 2005 році група під керівництвом Майкла Брауна з Каліфорнійського технологічного інституту відкрила в поясі Койпера об'єкт 2003 UB313, який можна порівняти за розмірами з Плутоном. Стало ясно, що якщо ми називаємо планетою Плутон, то і 2003 UB313 також повинен вважатися планетою. У 2006 році для вирішення протиріччя Міжнародний астрономічний союз ухвалив офіційне визначення, згідно з яким ні Плутон, ні 2003 UB313 планетами не є. Це рішення багато астрономів прийняли в штики, а об'єкт 2003 UB313, що послужив причиною розбіжностей, отримав ім'я давньогрецької богині розбрату - Еріда. Однак через десять років з дня виключення Плутона з числа планет, мабуть, усім ясно, що він, незалежно від титулу, є всього лише одним з багатьох тіл пояса Койпера.
Об'єкти в поясі Койпера (їх відомо менше двох тисяч) можна розділити на кілька груп. Перша - це ТНО класичного пояса Койпера (наприклад, 1992 QB1), які мають нахилені під невеликими кутами до екліптики «планетні» (майже кругові) орбіти з великої півосі не більше 50 а Друга група, резонансні ТНО - це астероїди, що знаходяться в резонансі з Нептуном. Найвідоміший приклад - «плутіно», в честь Плутона, який перебуває з Нептуном в резонансі 2: 3 (тобто здійснює рівно два оберти за той час, що Нептун робить три). Резонансні об'єкти, як правило, не віддаляються від Сонця більш ніж на 50 а.о. Третій тип - це об'єкти розсіяного диска, типу Еріду, які під дією збурень планет-гігантів, перш за все Нептуна, придбали дуже витягнуті орбіти, часто нахилені під великими кутами до площини екліптики, з Офелія в сотнях а.о. від сонця.
До 2003 року структуру пояса Койпера в цілому вдавалося пояснити взаємодією залишків будівельного сміття Сонячної системи з відомими планетами-гігантами. А потім Майкл Браун з колегами відкрили ТНО, який пізніше отримав ім'я Седна. Особливість Седни складається в дуже великому перигелії - 76 а.о. Це означає, що вона навіть в найближчій до Сонця точці орбіти потрапляє в зону гравітаційного впливу планет-гігантів. Як же вона взагалі опинилася на такій орбіті?
Поки Седна перебувала на самоті, її наявність не здавалося особливою проблемою - як і свого часу наявність Плутона: хіба мало що могло трапитися з одним об'єктом? Седна могла бути «висмикнута» з внутрішніх областей Сонячної системи, а то і зовсім перейти до нас з іншої планетної системи при зближенні з іншою зіркою на ранніх етапах еволюції. До того ж передбачається, що в Сонячній системі є істотно більш далекий «резервуар» тел - гіпотетичне хмару Оорта, з якого приходять долгопериодические комети. Седну можна вважати і його представником.
Компанія для Седни
У 2014 році Чедвік Трухільо і Скотт Шепард повідомили про відкриття другого ТНО з екстремально великим перігелійнимі відстанню в 80 а.о. Можна було б, звичайно, і його приписати до хмари Оорта, але Трухільо і Шепард звернули увагу на те, що орбіти Седни і 2012 VP113 подібним чином нахилені відносно екліптики. Більш того, якщо вибрати серед відомих ТНО об'єкти на витягнутих орбітах з великими півосями більше 150 а.о., всі вони будуть орієнтовані приблизно так само! Трухільо і Шепард припустили, що це може мати загальну причину: наявність в Сонячній системі ще однієї планети з масою в кілька мас Землі на відстані 200-300 а.о. від сонця. Оскільки такі зміни, одного разу виникнувши, швидко руйнуються, мова повинна йти саме про якомусь постійно діючому факторі.
Припущення Трухільо і Шепарда сколихнуло уми дослідників: ще б пак, на горизонті знову зажевріла епохальне відкриття! Планету на такій відстані цілком можна виявити безпосередньо, знати б тільки, де приблизно шукати. Почали з'являтися найрізноманітніші припущення: починаючи з того, що планет кілька, і закінчуючи тим, що нової планети немає, а закономірності в рухах далеких ТНО породжуються гравітаційними взаємодіями усередині самого пояса Койпера.
Найбільш успішною в низці пояснень виявилася робота Майкла Брауна і Костянтина Батигін. Вони виділили з усіх далеких ТНО шість об'єктів, свідомо не відчували збурень з боку Нептуна. Виявилося, що орбіти обраних об'єктів не просто однаково розгорнуті щодо екліптики, але і в цілому витягнуті в просторі приблизно в одну сторону. Потім Брауна і Батигін критикували за це рішення, оскільки вони нібито викинули з повної вибірки ті об'єкти, параметри яких пояснити не вдалося. Але, з іншого боку, дійсно, все далекі ТНО, за винятком Седни і 2012 VP113, могли потрапити під вплив Нептуна. У цьому сенсі виглядає цілком виправданим прагнення використовувати для оцінки впливу дев'ятої планети тільки ті тіла, для яких цей вплив проявляється в чистому вигляді.
Потім вчені за допомогою чисельної моделі досліджували, чи здатне дію однієї далекої планети пояснити сукупні параметри обраної шістки об'єктів. Спроба виявилася вдалою. Браун і Батигін виявили, що в їх моделі «нова» планета дійсно вибудовує деякі ТНО в спостережувану конфігурацію. Мало того, з'ясувалося, що її впливом можна пояснити появу ще однієї групи тіл Сонячної системи - астероїдів поясу Койпера на сильно нахилених орбітах - майже перпендикулярних екліптиці. Оскільки спочатку завдання описати походження «перпендикулярних» астероїдів Браун і Батигін перед собою не ставили, цей ненавмисний результат вони вважають потужним доказом на користь життєздатності їх моделі.
На жаль, модель Брауна і Батигін дає досить розпливчасті передбачення щодо орбіти невідомої планети. Вони досліджували можливі орбіти з великими півосями від 400 до 1500 а.о. і з ексцентриситетами від 0,6 до 0,8 і майже всюди отримали задовільний результат. Чи не вдалося істотно обмежити і нахил планетної орбіти. Це сумно: чим точніше відомі параметри орбіти, тим точніше можна навести телескоп. А адже нова планета, якщо вона існує, не відрізняється особливою яскравістю. На такій відстані побачити відбитий нею сонячне світло навряд чи вийде. Швидше можна розраховувати на власне інфрачервоне випромінювання планети.
Побачити в приціл
В даний час розглядається кілька можливостей виявити планету в спостереженнях. По-перше, її можна знайти, просто систематично скануючи небо. З існуючих інструментів для цієї мети найбільш підходить японський телескоп «Субару», встановлений на Гавайських островах (США). Його 8,2-метрове дзеркало дозволяє спостерігати навіть тьмяні об'єкти, при цьому розмір поля зору однієї з інфрачервоних камер телескопа дорівнює півтора градусам, що дозволяє за одну експозицію отримувати знімок великої ділянки неба - вкрай цінна якість для пошукових завдань. А через кілька років очікується введення в лад спеціального пошукового телескопа LSST, який буде методично переглядати всі небо і зуміє знайти планету, якщо «Субару» на той час ще не досягне успіху. Не виключено також виявлення планети, наприклад, в космологічних оглядах майбутнього.
Другий спосіб прискорення пошуків полягає в тому, щоб спробувати знайти ознаки впливу планети на інші тіла Сонячної системи - на комети і навіть на великі планети. Наприклад, завдяки зонду «Кассіні» ми тепер набагато краще знаємо параметри орбіти Сатурна. Уже опублікована спроба істотно звузити діапазон пошуків дев'ятої планети за даними «Кассіні», вказавши області небосхилу, де її точно бути не може.
У будь-якому випадку поки мова не йде про відкриття нової планети. Фактично ми знаходимося зараз в ситуації 1846 року, коли невязки в русі Урана змусили запідозрити наявність в Сонячній системі ще однієї планети. І звичайно, Леверье в голову не прийшло б до 24 вересня 1846 року розповідати всім, що він відкрив нову планету. Не виключено, що і далі нас чекає повторення вже пройдених одного разу протиріч. Наприклад, чи можна буде вважати, що планету відкрили Браун з Батигін, якщо її буде розпізнано автоматика LSST, яка знайшла б її і без опублікованого передбачення? Навіть якщо планета буде знайдена в результаті цілеспрямованого пошуку на «Субару», чи не слід вважати її «авторами» Трухільо і Шепарда? Втім, і питання пріоритету вирішувати доведеться тільки після реального відкриття. Зараз же нам залишається тільки чекати, поки в черговий раз хтось не помітить, що серед густий зоряної розсипи є одна невиразна точка, яка на кількох послідовних знімках трохи сповзла в сторону. І тоді планетологам доведеться вирішувати питання, а звідки, власне, в Сонячній системі взялася планета на такій відстані від Сонця? Але це буде вже зовсім інша історія.
Автор - завідувач відділом фізики і еволюції зірок Інституту астрономії РАН (ІНАСАН)
Стаття «Полювання за планетою Х» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №5, травень 2016 ).
Як же вона взагалі опинилася на такій орбіті?Поки Седна перебувала на самоті, її наявність не здавалося особливою проблемою - як і свого часу наявність Плутона: хіба мало що могло трапитися з одним об'єктом?
Наприклад, чи можна буде вважати, що планету відкрили Браун з Батигін, якщо її буде розпізнано автоматика LSST, яка знайшла б її і без опублікованого передбачення?
Навіть якщо планета буде знайдена в результаті цілеспрямованого пошуку на «Субару», чи не слід вважати її «авторами» Трухільо і Шепарда?
І тоді планетологам доведеться вирішувати питання, а звідки, власне, в Сонячній системі взялася планета на такій відстані від Сонця?
Як же вона взагалі опинилася на такій орбіті?
Поки Седна перебувала на самоті, її наявність не здавалося особливою проблемою - як і свого часу наявність Плутона: хіба мало що могло трапитися з одним об'єктом?
Наприклад, чи можна буде вважати, що планету відкрили Браун з Батигін, якщо її буде розпізнано автоматика LSST, яка знайшла б її і без опублікованого передбачення?
Навіть якщо планета буде знайдена в результаті цілеспрямованого пошуку на «Субару», чи не слід вважати її «авторами» Трухільо і Шепарда?
І тоді планетологам доведеться вирішувати питання, а звідки, власне, в Сонячній системі взялася планета на такій відстані від Сонця?
