Тайна девятой планеты

Ровно два года назад ученые Калифорнийского технологического института Константин Батыгин и Майкл Браун опубликовали статью, вновь возродившую надежды на то, что в Солнечной системе удастся обнаружить еще одну планету, расположенную намного дальше Плутона. Подробнее об истории поиска девятой планеты и о значении расчетов Батыгина и Брауна по просьбе N + 1 рассказывает блогер и популяризатор космонавтики Виталий «Зеленый Кот» Егоров.

В астрономической среде два года обсуждают сенсацию, которой пока нет. Ряд косвенных признаков указывает, что где-то в Солнечной системе, намного дальше Плутона, есть еще одна планета. Пока ее не нашли, но примерное местоположение рассчитали. Если в расчетах ошибки нет, то это станет самым важным астрономическим открытием столетия.

Первой планетой, открытой «на кончике пера», была Нептун — еще в 1830-е годы астрономы обратили внимание на непредвиденные отклонения в орбите Урана и предположили, что за ним имеется еще одна планета, которая вызывает гравитационное возмущение. Гипотеза подтвердилась в 1846 году, когда Нептун смогли наблюдать в математически предсказанной области неба. Оказалось, что его видели и раньше, но не могли отличить от далеких звезд. Среднее расстояние до Нептуна — 4,5 миллиарда километров, или около 30 астрономических единиц (одна астрономическая единица равна расстоянию от Солнца до Земли — около 150 миллионов километров).

Оптимизм после открытия Нептуна вдохновил многих ученых и любителей астрономии на поиски других, более удаленных планет. Дальнейшие наблюдения за Нептуном и Ураном показывали расхождение между реальным движением планет и предсказанным математически, и это вселяло уверенность, что сенсация 1846 года может повториться. Казалось, в 1930 году поиски увенчались успехом, когда Клайд Томбо обнаружил Плутон на расстоянии около 40 астрономических единиц.

Долгое время Плутон оставался единственным известным объектом Солнечной системы, расположенным дальше от Солнца, чем Нептун. И по мере роста качества астрономической техники представления о размере Плутона постоянно менялись в сторону уменьшения. К середине века считалось, что он имеет размер, сравнимый с Землей, и очень темную поверхность. В 1978 году удалось уточнить массу Плутона благодаря открытию его спутника Харона. Оказалось, что он намного меньше не то что Меркурия, но даже земной Луны.

К концу XX века благодаря технологиям цифровой фотосъемки и компьютерной обработки данных начались открытия других транснептуновых объектов, размером меньше Плутона. Сначала, по привычке, их звали планетами. В Солнечной системе их стало десять, потом одиннадцать, потом двенадцать. Но к началу 2000-х годов астрономы забили тревогу. Стало ясно, что за Нептуном Солнечная система не заканчивается и каждой ледяной глыбе придавать статус Земли и Юпитера не годится. В 2006 году для плутоноподобных тел придумали отдельное название — карликовая планета. Планет снова стало восемь, как и столетие назад.

Тем временем поиски настоящих планет за пределами орбит Нептуна и Плутона не прекращались. Высказывались даже гипотезы о наличии там красного или коричневого карлика, то есть малого звездоподобного тела массой в несколько десятков Юпитеров, которое составляет с Солнцем двойную звездную систему. Подсказали эту гипотезу… динозавры и прочие вымершие животные. Группа ученых обратила внимание на то, что массовые вымирания на Земле происходят примерно каждые 26 миллионов лет, и предположила, что это период возвращения в окрестности внутренней Солнечной системы массивного тела, которое приводит к увеличению числа комет, устремляющихся к Солнцу и попадающих в Землю. Во многие СМИ эти гипотезы попали в виде антинаучных предсказаний о грядущем нападении пришельцев с планеты или звезды Нибиру.

NASA дважды предпринимало попытки найти возможную планету или коричневого карлика. В 1983 году космический телескоп IRAS осуществил полное картографирование небесной сферы в инфракрасном диапазоне. Телескоп провел наблюдения десятков тысяч источников теплового излучения, открыл несколько астероидов и комет в Солнечной системе и стал причиной шумихи в прессе, когда ученые приняли по ошибке далекую галактику за юпитероподобную планету. В 2009-м году полетел похожий, но более чувствительный и долгоживущий телескоп WISE, который сумел найти несколько коричневых карликов, но на расстоянии в несколько световых лет, то есть не относящихся к Солнечной системе. Он же показал, что в нашей системе планет размером с Сатурн или Юпитер за Нептуном тоже нет.

Разглядеть новую планету или недалекую звезду не удается никому до сих пор. Или ее там вообще нет, или она слишком холодна и излучает или отражает слишком мало света, чтобы ее можно было обнаружить при случайном поиске. Ученым пока приходится полагаться на косвенные признаки: особенности движения других, уже открытых космических тел.

Поначалу обнадеживающие данные получали в аномалиях орбит Урана и Нептуна, но в 1989 году было установлено, что причина аномалий — в ошибочном определении массы Нептуна: он оказался на пять процентов легче, чем думали ранее. После коррекции данных моделирование стало совпадать с наблюдениями, и гипотеза о девятой планете отпала.

Некоторые исследователи задумались о причинах появления долгопериодических комет во внутренней Солнечной системе и об источнике короткопериодических комет. Долгопериодические кометы могут появляться у Солнца раз в сотни или миллионы лет. Короткопериодические облетают вокруг Солнца за 200 или менее лет, то есть находятся гораздо ближе.

Кометы имеют очень короткий по космическим меркам срок жизни. Основной их материал — это лед различного происхождения: из воды, метана, циана и др. Солнечные лучи испаряют льды, и комета превращается в незаметный поток пыли. Тем не менее, короткопериодические кометы продолжают летать вокруг Солнца и сегодня, спустя миллиарды лет после формирования Солнечной системы. Значит, их число пополняется из какого-то внешнего источника.

Таким источником считается Облако Оорта — гипотетический регион радиусом до 1 светового года, или 60 тысяч астрономических единиц, вокруг Солнца. Считается, что там летают миллионы ледяных кусков по круговым орбитам. Но периодически что-то меняет их орбиту и запускает к Солнцу. Что это за сила, пока неизвестно: это может быть гравитационное возмущение от соседних звезд, результаты столкновений в облаке или влияние крупного тела в нем же. Например, это могла бы быть планета размером чуть больше Юпитера — ей даже дали название Тюхе. Авторы гипотезы Тюхе предполагали, что телескоп WISE сможет найти ее, но открытия не состоялось.

Если Облако Оорта — только гипотетическое семейство малых тел Солнечной системы, которое астрономы не могут наблюдать непосредственно, то другое семейство, пояс Койпера, изучено гораздо лучше. Плутон — это первое обнаруженное космическое тело пояса Койпера. Сейчас там открыто еще три карликовые планеты размером с Плутон или меньше и более тысячи малых тел.

Для семейства пояса Койпера характерны круговые орбиты, небольшой наклон к плоскости вращения известных планет Солнечной системы — плоскости эклиптики — и обращение в границах 30 и 55 астрономических единиц. С внутренней стороны пояс Койпера обрывается на орбите Нептуна, кроме того эта планета оказывает гравитационное возмущение на пояс. Причина внешней резкой границы пояса неизвестна. Это дает основания предполагать наличие еще одной полноценной планеты где-то на расстоянии 50 астрономических единиц.

За поясом Койпера, хотя и частично пересекаясь с ним, лежит область рассеянного диска. Для малых тел этого диска, напротив, характерны сильно вытянутые эллиптические орбиты и значительный наклон к плоскости эклиптики. Новые надежды на обнаружение девятой планеты и бурные обсуждения в среде астрономов породили именно тела рассеянного диска.

Некоторые объекты рассеянного диска настолько далеки от Нептуна, что он не оказывает на них никакого гравитационного влияния. Для них придуман отдельный термин «обособленный транснептуновый объект». Один из таких известных объектов под названием Седна приближается к Солнцу на 76 астрономических единиц и отдаляется на 1000 астрономических единиц, поэтому ее одновременно считают первым найденным объектом Облака Оорта. Некоторые известные тела рассеянного диска имеют менее экстремальные орбиты, а какие-то, напротив, имеют еще более вытянутую орбиту и сильный наклон плоскости обращения.

Оказалось, что несколько найденных обособленных транснептуновых объектов имеют ближнюю точку своей орбиты в области около 60 астрономических единиц и эта точка лежит в плоскости эклиптики, а у некоторых объектов орбиты вытянуты в одном направлении. Вероятность такого случайного пролегания орбит составляет 0,025 процента, то есть более вероятно гравитационное влияние неизвестной планеты. По оценкам ученых Калифорнийского технологического института Константина Батыгина и Майкла Брауна, обративших внимание на необычные орбиты, это может быть планета в десять раз массивнее Земли. Возможно, там летает газовый собрат Нептуна и Урана либо каменная планета в 2–4 раза больше Земли, так называемая «суперземля». Хотя, учитывая изобилие ледяных тел на периферии Солнечной системы, более вероятно наличие газовой планеты.

По расчетам авторов свежей гипотезы, «их» планета может иметь вытянутую орбиту, приближаясь к Солнцу на 200 и отдаляясь на 1200 астрономических единиц. Ее точное местоположение на земном небе пока рассчитать не удается, но примерная область поисков постепенно сокращается. Поиск ведется с помощью оптического телескопа «Субару» на Гавайях и телескопа имени Виктора Бланко в Чили. Для того чтобы дополнительно подтвердить существование планеты и уточнить ее возможное местоположение, требуется найти больше тел рассеянного диска. Сейчас эти поиски продолжаются, работы имеют высокий приоритет, и появляются новые находки. Однако ожидаемая планета по-прежнему неуловима.

Если бы астрономы знали, куда смотреть,то, возможно, смогли бы увидеть планету и оценить ее размер. Но у «дальнобойных» телескопов слишком узкий угол обзора, чтобы осуществлять свободный поиск по большим площадям неба. К примеру, известный космический телескоп Hubble за 25 лет своей работы осмотрел менее 10 процентов всей небесной сферы. Но поиски продолжаются, и если девятую планету Солнечной системы все-таки найдут, то это станет настоящей сенсацией в астрономии.

Виталий Егоров