Този месец бяха представени нови доказателства за съществуването на небесно тяло, предвидено през 2016 г. от Константин Батигин и Майкъл Браун. „Таванско помещение“разказва накратко за последните новини от расата на астрономите за правото да впише името си във вековната история на инвентара на нашата планетарна система.
„В Слънчевата система има осем планети“- това твърдение може да не е вече вярно след няколко години. Астрономите получават все повече косвени доказателства за съществуването на девета планета, далеч отвъд орбитата на Нептун.
Хипотезата за съществуването на друга планета в Слънчевата система многократно се предлага от откриването на Уран през 1781г. През 1846 г. е открит Нептун, а през 1930 г. присъствието на Плутон (в статуса на планета до 2006 г., сега планета джудже) е потвърдено и двата пъти учените идентифицират небесно тяло по неговия ефект върху орбитите на вече известни планети. През цялото последващо време търсенията на различни видове аномалии при движението на планети и астероиди се извършват доста активно, но до края на 20 век интересът към „X-планетата“отшумя.
През 90-те години моделът на слънчевата система е допълнен от пояса на Койпер, съчетан с разпръснат диск извън орбитата на Нептун. Земни планети, астероидният пояс, газовите гиганти, пояса на Койпер и, вероятно, още по-обширният и слаб и облачен оорт - в този модел, както мнозина започнаха да вярват, няма място за никоя друга планета.
Близка и невидима
През 2016 г. американските астрономи Константин Батигин и Майкъл Браун излагат хипотеза, че зад пояса на Койпер има друга, девета планета. Тяхното предположение се основаваше на анализа на няколко особено отдалечени орбити на обекти в пояса на Койпер, като Седна, например, които по някаква причина се движат по небето в една и съща равнина и в една посока. След многомесечно моделиране и проверка на данните с действителните, астрономите стигнаха до невероятно заключение дори за себе си: много далеч отвъд Нептун има още едно небесно тяло с маса от около десет Земи и не приближаващо се към Слънцето по-близо от 280 астрономически единици. И именно това разтяга и изправя орбитите на тези „странни“тела на колана на Койпер.
Диаграма, показваща орбитата на планетата девет (оранжева) и орбитите на някои от известните транснептунови обекти (розово). Илюстрация: MagentaGreen / Wikimedia.
Промоционално видео:
В своята статия Батигин и Браун отбелязват, че намирането на деветата планета няма да е най-лесната задача. Поради голямото разстояние до този хипотетичен обект, той трябва да бъде толкова тъмен, че да се вижда през телескоп само с огледален диаметър от няколко метра - това съответства на нивото на прилична обсерватория, която по правило е заредена с други задачи. Търсенето на гигантска планета в покрайнините на Слънчевата система се оказва технически по-трудно от откриването на екзопланети на много десетки светлинни години от Земята, но освен преки наблюдения, учените имат и косвени методи.
Едно от тях е търсенето на нови транснептунови обекти и сравнението на орбитите им с прогнозите на модела Батигин-Браун. Астрономите твърдят, че гравитационното влияние на деветата планета не само изпраща някои тела на пояса на Койпер в дълго плаване около Слънцето, но и води до необичайно големи наклони на орбитите на редица други обекти. Понякога така, че да започнат да се въртят перпендикулярно на еклиптиката на останалите планети на нашата система.
И така, обект 2015 BP519, известен още като „Cashew“, описан в наскоро публикувана статия от международна група астрономи, просто се вписва в рамката на модела Batygin-Brown. Той има много висок орбитален наклон, който обаче все още не ни позволява уверено да кажем, че деветата планета наистина съществува. Авторите на това откритие внимателно пишат за „добавяне на косвени доказателства в полза на нова планета“, а Батигин и Браун малко преди това представиха редица усъвършенствания на горепосочената хипотеза: ново моделиране на различни сценарии за еволюцията на пояса на Койпер показа, че влиянието на деветата планета води до появата на много транснептунови обекти с много удължени орбити - и това е в добро съгласие с наблюденията.
Друга диаграма на орбитите на деветата планета (зелен кръг с надпис P9) и много от изключително удължените орбити на транснептуновите обекти. Удълженият син кръг - Орбита кашу. Всеки квадрат на заден план - 100 астрономически единици. Изображение: Tomruen / wikimedia commons.
Според Константин Батигин „новооткритият обект, 2015 BP519, е точно там, където теоретичният модел на деветата планета го прогнозира“. В коментар към Attic той отбеляза, че „това е фантастично потвърждение на картината, която очаквахме да видим въз основа на цифровото моделиране“, обаче все още е рано да се говори за окончателното откриване на нова планета. Списъкът с доказателства за неговото съществуване нараства буквално пред очите ни, но само няколко снимки с движещ се обект, маркирани върху тях, ще сложат край на този проблем. Батигин и Браун вече са получили време за наблюдение на големия наземен телескоп на Subaru, който според Батигин е един от най-добрите инструменти за намиране на деветата планета. Освен това се правят опити за използване на изображения от космическия телескоп WISE,и от 2017 г. насам работи проектът Backyard Worlds: Planet 9, при който всеки може да се опита да намери това небесно тяло на снимките, така че може да не се чака дълго.
И какво?
Относителното отсъствие на постоянни сблъсъци на Земята с астероиди през последните милиарди години може да се дължи на газовите гиганти. Те, влизайки в сегашните си орбити, „почистват“нашия сектор на планетарната система от различни малки (според астрономическите критерии) отломки. Но ако Юпитер или дори Нептун наистина са повлияли на Земята поне като се отърват от редовни планетарни катастрофи, тогава какво ще кажете за тяло десет пъти по-отдалечено?
Руският астроном Владимир Сурдин в коментара си към Атик отбеляза, че откриването на всяка нова планета засяга нашето разбиране за съдбата на Слънчевата система, което остава неясно и до днес. „Всъщност изследванията тепърва започват“, каза ученият и добави, че „по периферията на Слънчевата система, в тъмнината, Бог знае какво“. Онези тела, които попълват каталозите на астрономите със стотици, се намират на сравнително малко разстояние от Слънцето, но дори гигантска планета зад пояса на Койпер има всички шансове да се скрие от наблюдатели за много дълго време и да се отдаде само чрез косвени гравитационни ефекти.
Схема: Анатолий Лапушко / Chrdk.
Външно деветата планета, ако съществува, трябва да е подобна на двата газови гиганта, най-отдалечени от Слънцето. „Планета със суперземна маса би била подобна на Уран и Нептун, но още по-студена“, казва Сурдин. Тези две небесни тела понякога се наричат "ледени гиганти" поради предполагаемото присъствие на скално-ледено ядро без слоя метален водород, очакван от Юпитер и Сатурн. Обаче само един космически кораб, Voyager 2, е посетил Уран и Нептун в цялата история на човечеството, така че учените разполагат с по-малко наблюдателни данни, отколкото биха искали.
Деветата планета, дори в перихелион, ще бъде практически недостъпна за изследователски проучвания с ракетни двигатели. Вояджърс се отдалечи от Слънцето при 117 и 140 AU. - въпреки факта, че са лансирани през 1977г. Лети дори до точка от 200 AU. ще отнеме поне половин век от нашата звезда и намаляването на този период до някакви разумни граници очевидно ще изисква коренно нови технологии като слънчево платно. Дори комбинирането на ядрен реактор с йонни двигатели в конфигурация, напомняща приблизително руското ядрено съоръжение от клас мегават, няма да позволи постигането на целта за по-малко от десетилетие. И когато планетата е в афелия, това време значително се увеличава.
Уран и Нептун, изображения на НАСА. Както можете да видите, ледените гиганти са доста различни на външен вид: например, малка примес на метан (около 1%) прави Нептун много по-син.
Директното откриване на деветата планета ще потвърди правилността на Батигин и Браун, ще даде възможност да се изясни историята на Слънчевата система, но самото това небесно тяло, дори с въвеждането на ново поколение телескопи, едва ли ще остане повече от точка на фотографиите. Деветата планета „в задния двор“на Слънчевата система е парадоксално по-трудна за изследване от всички горещи Юпитери в близост до други звезди, но тя ще осигури по-добро разбиране на поведението на онези обекти, които отдавна са известни.
От хартия до компютри
Нептун беше първата планета, открита „на върха на перо“- въз основа на изчисления и анализ на движението на Уран, което се движеше с променлива скорост поради външно привличане. Но колкото по-голямо е разстоянието между небесните тела и колкото е по-голям броят на тези тела, толкова по-трудно е да се изчисли траекторията им. Физиците и математиците знаят, че проблемът с въртенето на две тела около общ център на маса е сравнително лесен за решаване и има отговор под формата на уравнение с точно описание на орбитата, но комбинация от три тела е много по-трудна за изчисляване. По-специално, система от три или повече тела няма аналитично решение, тоест е невъзможно да се получи формула, описваща тяхното движение през произволно дълго време.
Еволюцията на слънчевата система според модела на Ница. Синьото показва орбитата на Уран, синьото - Сатурн, докато оранжево и зелено съответстват на Сатурн с Юпитер. Според този модел Уран и Нептун промениха местата си и по пътя всички гигантски планети "изчистиха" планетарната система от малки предмети. Моделът има редица модификации - например, предполагайки наличието на друг газов гигант, който беше изцяло хвърлен в междузвездното пространство. Фигура: AstroMark / Wikimedia.
Моделирането на слънчевата система се извършва само чрез приблизителни методи. При достатъчно голям разход на изчислителни ресурси е възможно да се изчисли движението на елементите на системата с произволно необходима точност, но понякога незначителни отклонения от първоначалните условия водят до напълно различно поведение на модела след известно време. Този ефект е известен на широката публика като "ефект на пеперуда". Движението на планети и астероиди, както и поведението на въздушните маси, са обект на този ефект, така че реконструкцията на историята на Слънчевата система по никакъв начин не отстъпва по сложност на прогнозата за времето за дълго време. А опитите за изчисляване на хипотетична планета са сравними със задачата да се предскажат всички последствия от ураган - тук трябва да се сблъскате както с липсата на точна информация, така и с липсата на изчислителна сила.
Преди появата на съвременните компютри изчисляването на движението на много хиляди тела едновременно остава почти неразрешим проблем. Появата на модела Ница, който описва поведението на газовите гиганти след образуването им от диск на газ и прах, стана възможно от компютрите. Аргументите за девета планета също се основават на изчисления, които не могат да бъдат направени с хартия и химикалка. Откриването на деветата планета, ако се осъществи, ще бъде не просто повторение на историята на Нептун или Плутон, а нова история, която би била невъзможна преди сто години.
Алексей Тимошенко