Мистер «X»

Вчера вечером два главных научных журнала, Nature и Science, почти одновременно опубликовали заметки об открытии следов новой планеты в Солнечной системе — «Планеты Х». Двое астрономов из Калтеха проанализировали орбиты шести небесных тел, вращающихся за пределами орбиты Нептуна, и обнаружили, что на их движение должен оказывать влияние некий ранее не известный массивный объект. И объектом этим скорее всего является еще одна, девятая, планета в нашей звездной системе.

Новость эта почти мгновенно облетела все мировые СМИ, однако само исследование астрономов на тот момент опубликовано еще не было. Мы дождались выхода оригинальной статьи Брауна и Батыгина и попытались ответить на самые очевидные вопросы, которые возникают в связи с этим неожиданным (мягко говоря) открытием.

Так все-таки открыли планету или нет?

Нет. Ученые всего лишь предложили механизм, объясняющий странное поведение малых объектов пояса Койпера. Как и в любой хорошей статье авторы упомянули допущения, сделанные ими при расчетах. Например, часть просчитанных орбит этой новой планеты пересекает орбиту Нептуна, что противоречит многолетним наблюдениям за движением этого газового гиганта, а гамильтониан, использовавшийся для описания функции движения, не учитывает ряд тонкостей, вроде резонансного взаимодействия орбит.

А как же красивые картинки, что я видел в интернете?

Планету еще не зарегистрировал ни один телескоп, хотя ученые уже использовали телескоп Subaru для предварительных поисков, так что мы ничего не знаем ни о химическом составе, ни о температуре, ни о строении этой гипотетической планеты. Даже если ее обнаружат, выглядеть она на снимках будет лишь немногим лучше Седны.

Можно ли доверять расчетам ученых? Придумали какую-нибудь хитрую физику и изобрели новую планету.

В статье используются достаточно длинные формулы, например, гамильтониан занимает 4 строчки, однако физика достаточна проста — ведь нужно всего лишь описать гравитационное взаимодействие нескольких тел по закону Ньютона. В качестве использованной литературы приводится, например, институтский учебник по классической механике Голдстейна.

После этого была запущена компьютерная симуляция, код разработан астрофизиком Чамберсом в 1999 году. Она подтвердила расчеты и выдала диапазон масс и орбит космического тела. Масса в 10 земных была принята как наиболее вероятная, но он вполне может быть как в 5 раз массивнее, так и в 3 раза легче.

Почему орбиты каких-то небольших тел указывают на существование планеты Х?

Солнце определяет движение всех тел на расстоянии до ста тысяч астрономических единиц. Эти астероиды, транснептуны, малые планеты, кометы должны летать по своим орбитам и не иметь преимущественного направления, наклонения орбиты или ее длины — за миллиарды лет возмущения, вносимые планетами-гигантами должны придать этим орбитам полностью случайный характер. Однако, наблюдение за шестью массивными телами пояса Койпера показало, что их орбиты на удивление похожи. Шансы получить такое совпадение — 0,007%. Математические расчеты Батыгина и Брауна, а также выполненные независимо от них в 2014-м году компьютерные симуляции де ла Фуэнте Маркоса показывают, что более вероятным является наличие планеты, которая вращается практически в противофазе с этими телами вокруг общего центра масс.

Есть ли вспомогательные доказательства?

Да, ряд динамических особенностей малых тел пояса Койпера не удавалось объяснить раньше. Например, существование еще одной группы транснептунных объектов с большими наклонениями орбиты никак не объяснялось обыкновенным гравитационным взаимодействием малых тел. Планета Х разрешает противоречия.

Говорят, что в поясе Койпера миллионы объектов, а в облаке Оорта — миллиарды. Это всё планеты? Почему все так взбудоражены?

Пояс Койпера состоит из миллионов мелких астероидов, суммарная масса которых не превышает десятой части массы Земли, а средний размер — несколько километров. Гипотетическое облако Оорта состоит из многих миллиардов астероидов и комет, их общая масса оценивается в несколько десятков земных. Поэтому объект, который один весит как все облако — это действительно значимое событие.

В отличие от прочих небесных тел он назван планетой, потому что планета по определению имеет шарообразную форму и расчистило свою орбиту от мелких планетезималей (либо поглотило, либо разогнало и выкинуло, либо превратило в спутник). И тело массой в 10 земных, безусловно будет обладать этими свойствами — оно слишком массивно, чтобы зваться астероидом и недостаточно массивно, чтобы быть звездой.

Почему ее не открыли раньше?

Необычное поведение малых тел было известно раньше и в статье Батыгина и Брауна упоминаются работы, описывающие эти особенности и попытки их объяснения. Например, в работе Трухильо и Шеппарда предполагается наличие небесного тела размером с Седну, а Мадиган и МакКурт считают, что объяснить необычные траектории вполне можно и без введения нового массивного тела. Сейчас математическая модель, предложенная Батыгиным и Брауном, признана наиболее точной (хотя говорить об успехе можно только после обнаружения планеты телескопом) и самая вероятная интерпретация схожести наклонения и эксцентриситета орбит малых тел — это гравитационное возмущение от «Планеты Х».

Как же так — мы видим столько экзопланет у других звезд, а в своей Солнечной системе прозевали?

Это странно только на первый взгляд: методы обнаружения экзопланет принципиально не подходят для поиска «Планеты Х». Существует три главных способа искать экзопланеты: транзитный, спектральный и метод микролинзирования. Однако все три эти метода основаны на анализе яркости звезд, вокруг которых планеты вращаются, — а не на блеске или каких-то других сигналах самих планет. При транзитном методе регистрируют ослабление яркости звезды, когда тело, проходя между наблюдателем и звездой, ее затмевает. Получается провал в яркости, — причем не один, а множество строго периодических провалов. Спектральным методом анализируют скорость «шатания» звезды вокруг общего центра масс — оно может указать на наличие экзопланеты. Гравитационное микролинзирование также основано на поиске искажений в свете звезды.

Понятно, что ни один из этих методов для поиска планеты в нашей собственной системе, а не у других звезд, не подходит. Можно также добавить, что подобную планету человечество сейчас не сможет обнаружить ни у одной звезды — она слишком мала, слишком холодна и слишком медленна (если, конечно, существует).

Почему нельзя навести туда телескоп и повнимательнее поискать планету?

Потому что мы не знаем точно, где ее искать. Планета будет очень тусклой и расположена от Солнца в 1000 раз дальше Земли, поэтому нужно использовать мощный телескоп, а у них маленький угол обзора — чтобы свет от объекта попал на зеркало телескопа, навестись надо прямо на него. Существующие широкоугольные телескопы либо пока не дали результатов (Subaru), либо настолько загружены заранее распланированными наблюдениями, что не могут выделить время даже для такого важного открытия.

Что астрономы будут делать дальше?

— Подавать заявки на существующие широкоугольные мощные телескопы (вроде того же Subaru или WIYN),

— заново просматривать старые изображения этого участка неба на предмет обнаружения слегка сдвигающегося объекта,

— искать новые малые тела вроде Седны, чтобы по их орбитам уточнить орбиту Планеты Х (или опровергнуть ее существование вовсе),

— ждать запуска новых телескопов (LSST, GMT, E-ELT).

Есть ли шанс увидеть планету в любительский телескоп?

Нет. Лучше полюбуйтесь парадом планет.

Раз ученые прозевали такого гиганта, может, и Нибиру существует и конец света возможен?

Нет. Сейчас нам известны орбиты всех тел размером с Луну в пределах орбиты Нептуна, все потенциально опасные астероиды и кометы — никакая новая опасная планета не может выскочить «из-за угла». В то же время космический телескоп WISE за три года наблюдений показал, что в Солнечной системе нет неоткрытых газовых гигантов массой больше 100 земных. Однако, этот инфракрасный телескоп искал планеты по собственному тепловому излучению, поэтому сравнительно небольшую, допустим покрытую льдом, планету он мог просто упустить. Новые планеты с массами порядка земных или чуть больше могут теоретически быть открыты, но их орбиты составляют десятки тысяч лет и их перигелий (ближайшая к Солнцу точка орбиты) лежит в семь раз дальше, чем орбита Нептуна, то есть с нами столкнуться не может никак.