Астроном: дев'ята планета завершила перепис планет Сонячної системи. Як виглядає нова планета сонячної системи та коли її відкриють Нова планета у сонячній системі

Правовласник ілюстрації Reuters Image caption Майкл Браун спеціалізується на пошуку віддалених об'єктів

Вчені Каліфорнійського технологічного інституту Майкл Браун та Костянтин Батигін навели докази існування гігантської планети Сонячної системи, що знаходиться ще далі від Сонця, ніж Плутон.

Дослідники повідомили, що побачити її в телескоп наразі не вдалося. За їхніми словами, планету вдалося виявити щодо руху малих небесних тіл у далекому космосі.

Маса небесного світила приблизно в 10 разів перевищує масу Землі, проте вченим ще належить переконатись у його існуванні.

Астрономи інституту лише приблизно уявляють, де планета може перебувати в зоряному небі, і, поза всяким сумнівом, їхнє припущення дасть старт кампанії з її пошуку.

"На Землі є багато телескопів, які теоретично здатні її знайти. Я дуже сподіваюся, що тепер після нашої заяви люди по всьому світу почнуть шукати дев'яту планету", - сказав Майкл Браун.

Еліптична орбіта

За обчисленнями вчених, космічний об'єкт знаходиться приблизно в 20 разів далі від Сонця, ніж Нептун, який знаходиться за 4,5 млрд км від нього.

На відміну від майже круглих орбіт інших планет Сонячної системи цей об'єкт, ймовірно, рухається еліптичною орбітою, а повний оборот навколо Сонця займає від 10 тис. до 20 тис. років.

Вчені вивчили рух об'єктів, що складаються переважно з льоду, на Поясі Койпера. У цьому поясі знаходиться Плутон.

Дослідники помітили певне розташування деяких тіл у Поясі, зокрема таких великих об'єктів, як Седна та 2012 VP113. На думку, це можна пояснити лише присутністю невідомого великого космічного об'єкта.

"Всі найвіддаленіші об'єкти рухаються в одному напрямку по незрозумілій траєкторії, і ми зрозуміли, що єдине пояснення - існування великої далекої планети, яка їх тримає разом, поки вони обертаються навколо Сонця", - сказав Браун.

Планета Ікс

Ідея існування так званої Планети Ікс, що перебуває на периферії Сонячної системи, обговорюється в наукових колах вже понад 100 років. Про неї то згадують, то забувають.

Нинішнє припущення становить особливий інтерес через провідного автора дослідження.

Браун спеціалізується на пошуку віддалених об'єктів, і саме завдяки його відкриття карликової планети Еріда в Поясі Койпера в 2005 році Плутон втратив статус планети через рік.

Тоді передбачалося, що Еріда трохи більша за Плутона, але тепер стало ясно, що вона трохи менша за нього.

Дослідники, що вивчають віддалені об'єкти Сонячної системи, вже деякий час припускають можливість існування планети розміром з Марс або Землю через розмір і форму планет у Поясі Койпера. Але поки що не вдасться побачити планету в телескоп, ідея про її існування сприйматиметься скептично.

Дослідження Майкла Брауна та Костянтина Батигіна було опубліковано у виданні Astronomical Journal.

В 2006 Плутон був позбавлений статусу дев'ятої планети Сонячної системи завдяки старанням одного астронома - Майкла Брауна. Разом зі своїми колегами він відкрив, а потім інші карликові планети далеко за орбітою Нептуна. Тим самим він довів, що Плутон недостатньо примітний та великий для звання повноцінної планети. Проте зараз Браун із нашим співвітчизником Костянтином Батигіном стверджують, що нова Планета 9 вже майже відкрита… і що лишилося тільки її побачити.

Так-так, майже відкриту дев'яту планету Сонячної системи ще ніхто не бачив! Власне, її відкриття - це плід довгих спостережень за орбітами інших планет. За Кеплером і Ньютоном місце кожної планети Сонячної системи визначається її характеристиками, переважно масою. І якщо орбіта не відповідає параметрам планети або взагалі носить аномальний характер — отже, на неї впливає якийсь інший, не менш потужний об'єкт. Першою планетою, відкритою математичними рівняннями, а чи не живими спостереженнями, став — 1846 року його знайшли місці, обчисленому французьким математиком Урбеном Леверье.

Причому впливати одна на одну планети можуть дуже активно — минулого Сонячної системи вони подорожували на сотні мільйонів кілометрів, наближаючись і віддаляючись від Сонця. Особливо відзначилися тут газові гіганти. У молодих планетних системах вони поглинають усі зародки планет і зависають впритул до зірки — так само близько, як Меркурій. Через це вони дуже розжарюються і стають нестабільними. Вчені називають такі планети «гарячими Юпітерами» або «гарячими Нептунами» — залежно від їхньої маси та розмірів.

Неспокійна історія Сонячної системи

Однак у Сонячній системі все змінив Юпітер — найбільша та найвпливовіша планета. Спочатку з'явившись на відстані від 5 до 10 від Сонця, він спровокував активні зіткнення розсіяного матеріалу у протопланетному диску навколо світила. Це дало поштовх до створення інших газових гігантів, на кшталт Сатурна чи Нептуна, на близьких від Сонця відстанях.

Проте новостворені планети повелися «невдячно», дотримуючись гравітаційних законів — вони виштовхали свого «батька» ближче до Сонця, на сучасну орбіту Марса. Тим самим Юпітер вторгнувся у внутрішню частину Сонячної системи. В інших планетних системах ця частина найбільш насичена речовиною та космічними об'єктами. Але важка хода маси Юпітера розкидала там зародки планет і астероїдів, вкинувши їх у ядерну топку Сонцю або викинувши на околиці системи в зону сучасних і сучасних.

Якби не Сатурн, який зв'язав Юпітер орбітальним резонансом і не вивів його на сучасну орбіту, газовий гігант зміг остаточно розорити Сонячну систему, викинувши з неї 99% планетної речовини. Однак його подорожі не залишилися без сліду - так Нептун і Уран змінилися своїми орбітами, утворивши більшість довгоперіодичних комет.

Зрештою, у планетній системі Сонця запанувала незвичайна рівновага — газові гіганти, які формуються поблизу зірки, опинилися на околицях, а «тверді планети» на зразок Землі перекочували ближче до Сонця. Однак деякі астрономи вважали, що для досягнення такого балансу потрібна ще одна планета, причому досить масивна, щоб впливати на великі Нептун та Уран. Її, Планету X, півтора століття шукало безліч астрономів - і, схоже, Браун і Батигін нарешті підібралися до неї впритул.

Історія пошуків планети X

Після того, як за обуренням орбіти Урана Левер'є обчислив Нептун, астрономи виявили, що навіть його присутність не пояснює особливості орбіти крижаного гіганта. Деякий час намагалися знайти ще одну планету, яка могла б впливати на останні великі об'єкти Сонячної системи — проте зуміли знайти тільки Плутон, який масою та напрямом орбіти ніяк не міг турбувати більші тіла. Питання аномалій Урана-Нептуна остаточно розв'язав , що виміряв в 1989 масу Нептуна і тим самим виявив, що жодних протиріч в орбітах не існує.

На той час потужності телескопів значно зросли, що дозволило зазирнути астрономам у глибини Сонячної системи. Було виявлено безліч транснептунових об'єктів - карликових планет і великих астероїдів, чия найближча точка орбіти знаходиться далі від Сонця, ніж Нептун. Так, у 2005 була виявлена ​​вже згадана Еріда, друга за розміром після Плутона карликова планета. А ще в 2003 знайшли об'єкт діаметром понад 2 тисячі кілометрів, який віддаляється від Сонця на відстань 1,4×10 11 км — далі за будь-який великий транснептуновий об'єкт! Незабаром вона обросла цілим сімейством «сідноїдів», відокремлених транснептунових об'єктів, що мають подібні характеристики.

Дев'ята планета де і чому?

Спостерігаючи за нововиявленими планетоїдами, астрономи Ч. Трухільйо та С. Шеппард, колеги, виявили цікаву закономірність. Більшість з них мають витягнуті, кометоподібні орбіти, які короткочасно підходять «близько» до Сонця, на відстань від 40 до 70 астрономічних одиниць, а потім на сотні, а то й тисячі років віддаляються геть. І чим більший об'єкт, тим сильніше його видалення. Крім того, сідноїди відхилялися від Сонця в той самий бік.

Такий збіг міг би бути випадковістю, коли б йшлося про прості комети — протягом мільярдів років історії Сонячної системи їх розкидали всі великі планети, особливо вже згадані «мандрівники» Юпітер, Уран і Нептун. Однак для такого збігу в відхиленнях великих об'єктів потрібна дуже велика планета, орбіта якої досягала б хмари Оорта.

Тут Браун і Батигін і відзначилися - зіставивши орбітальні властивості седноїдів, вони виявили математичним шляхом, що можливість їх випадкового збігу - всього 0,007%. Вчені пішли далі і склали комп'ютерну модель, спрямовану на пошук параметрів планети, здатної змінювати орбіти тіл, що знаходяться за Нептуном. Отримані ними у січні 2016 року дані стали підставою для оголошення про запобігання новій планеті Сонячної системи.

Характеристики Планети Х

У своїх інтерв'ю Браун стверджує, що можливість виявлення нової планети дорівнює 90%. Однак поки вона не буде виявлена ​​фактично за допомогою телескопа говорити про остаточне відкриття рано. Проте були опубліковані розрахункові характеристики Планети 9 – вони будуть використані у майбутніх пошуках.

• Орбітальні параметри Планети X будуть дзеркальні параметрам сідноїдів — орбіта планети буде так само витягнутою, і нахиленою щодо площини основних планет Сонячної системи, проте спрямованої в інший бік. Відповідно, перигелій планети – точка максимального наближення до Сонця – становитиме 200 астрономічних одиниць у найближчій точці, а афелій – максимальне видалення – сягатиме 1200 астрономічних одиниць. Це навіть більше, ніж у Седні! Рік на Планеті 9 триватиме до 20 тисяч земних років — саме стільки знадобиться для проходження всієї орбіти.

Віддалену від Сонця планету важко виявити - для цього потрібні телескопи, що працюють в інфрачервоному діапазоні, або потужні оптичні пристрої, здатні зафіксувати навіть найменші сонячні відблиски на поверхні. На інфрачервоних телескопах робота рухатиметься швидше, проте можливі похибки — а на оптичних результат буде достовірним, хай і ціною часу. Інфрачервоний орбітальний телескоп WISE, який проводив широкосмугові дослідження у 2009 році, поки що не виявив Планету X, хоч і надав досить детальні знімки.

Тому Браун, Батигін та інші астрономи планують знайти її із застосуванням телеспопу «Субару» на Гавайських островах, який вважається одним із найбільших та якісніших у світі — діаметр його головного дзеркала перевищує 8 метрів! Крім того, він здатний працювати як в оптичному, так і в інфрачервоному діапазонах світла. Але навіть з таким інструментом вченим знадобиться щонайменше 5 років для того, щоб поставити крапку у питанні Планети X.

Астрономи Майк Браун та Костянтин Батигін із Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені про виявлення за межами орбіти Плутона кандидата на дев'яту планету Сонячної системи. Знахідка може стати однією з найбільш сенсаційних у поточному десятилітті, що можна порівняти з відкриттям нового континенту на Землі. Результати пошуків Планети Х автори опублікували у The Astronomical Journal. Коротко про них розповідають Science News та Nature News.

Що відкрили

Планета Х являє собою об'єкт розміром з Нептун і вдесятеро важчий за Землю. Небесне тіло обертається навколо Сонця за сильно витягнутою і нахиленою до земної орбіти з періодом 15 тисяч років. Найближча відстань між Сонцем і Планетою Х дорівнює 200 астрономічних одиниць (це в сім разів більше за відстань між Нептуном і світилом), а максимальна оцінюється в 600-1200 астрономічних одиниць. Це виводить орбіту об'єкта межі пояса Койпера, у якому розташовується Плутон, у бік хмари Оорта.

Чому дев'ята планета

Визначення планети, що пропонує Міжнародний астрономічний союз (МАС), застосовується тільки до небесних тіл у Сонячній системі. Згідно з ним, планетою вважається округле масивне тіло, що очистило околиці своєї орбіти від великої кількості дрібніших тіл. МАС офіційно визнає існування п'яти карликових планет. Одна з них (Церера) знаходиться в астероїдному поясі між орбітами Марса та Юпітера, інші (Плутон, Еріда, Макемаке та Хаумеа) – далі орбіти Нептуна. Найбільшою з них вважається Плутон.

Загалом у Сонячній системі, згідно з МАС, налічується вісім планет. Найбільша та масивна з них - Юпітер. Плутон рішенням МАС у 2006 році перестав вважатися планетою, оскільки не відповідає одному з визначальних її критеріїв (домінуванню у просторі своєї орбіти). На цей час астрономи виявили понад 40 кандидатів у карликові планети. Оцінки вчених свідчать, що у Сонячній системі може бути понад дві тисячі карликових планет, з яких 200 знаходяться в межах пояса Койпера (на відстані від 30 до 55 астрономічних одиниць від Сонця). Інші - поза ним.

Визначення планети як карликової викликає суперечки у вчених. Зокрема, вирішальну роль можуть грати розміри небесного тіла. Планета Х, будучи п'ятим за масою і розмірами з відомих науці небесним тілом Сонячної системи, напевно, не може вважатися карликовою. Незвичайна орбіта та походження Планети Х можуть призвести до перегляду МАС визначення карликової планети.

Зображення: NASA / JPL-CALTECH

Як відкрили

Існування Планети Х запідозрили у 2014 році. Тоді Чедвік Трухільо з Обсерваторії Джеміні на Гаваях і Скотт Шеппард з Інституту Карнегі у Вашингтоні опублікували в Nature статтю, де повідомили про виявлення на відстані 80 астрономічних одиниць (Плутон знаходиться на відстані 48 астрономічних одиниць від Сонця 1 У своїй роботі астрономи також припустили, що на віддаленні 250 астрономічних одиниць від світила є планета більша за Землю.

Астроном-спостерігач Браун та експерт з комп'ютингу в астрономії Батигін вирішили спростувати дані Трухільо та Шеппарда. Але вийшло інакше. Нову планету вчені виявили за допомогою аналізу даних по гравітаційному впливу на інші небесні тіла за орбітою Нептуна. Серед них, зокрема, значиться відкрита у 2003 році Брауном, Трухільо та Девідом Рабіновіцем кандидат у карликову планету Седна. Комп'ютерне моделювання та теоретичні розрахунки, проведені Брауном та Батигіним, пояснюють результати спостережень існуванням Планети Х. Імовірність помилки у своїх висновках астрономи оцінюють у 0,007 відсотка.

Як виникла Планета Х

Точної відповіді питання походження Планети Х астрономи поки дати що неспроможні. Вони схиляються до наступної гіпотези. На зорі існування Сонячної системи в ній було п'ять великих протопланет, чотири з яких сформували сучасні Юпітер, Сатурн, Уран та Нептун. Однак приблизно через три мільйони років після їхнього народження гравітація двох перших небесних тіл викинула Протопланету Х за межі орбіти Нептуна.

Будова та склад Планети Х

Походження Планети Х дає підставу припустити, що спочатку вона була схожа на крижані гіганти Уран та Нептун. Останній у 17 разів важчий за Землю, а його діаметр у чотири рази більше, ніж у Блакитної планети. Уран та Нептун відносяться до категорії крижаних гігантів. Їх атмосфера складається з газів (водню, гелію та вуглеводнів) та частинок льоду (водяного, аміачного та метанового). Під атмосферою гігантів розташована мантія з водяного, аміачного та метанового льоду, під яким ховається тверде ядро ​​з металів, силікатів та льодів. Планета Х може мати схожі ядро ​​та мантію без щільної атмосфери.

Критика

Референтом роботи вчених у The Astronomical Journal виступив небесний механік Алессандро Морбіделлі з Ніцци. Він оптимістично оцінив шанси на відкриття Планети Хастрономами Брауном і Батигіним. Не в останню чергу – завдяки авторитету вчених. Планетолог Хал Левісон з Колорадо скептично поставився до роботи колег, пославшись на поспішність висновків, що робилися Брауном і Батигіним, і необхідність подальшої перевірки. Як відзначають самі першовідкривачі Планети Х, астрономи повірять у їхню знахідку лише тоді, коли зможуть спостерігати планету в телескоп.

Що далі

Для виявлення Планети Астрономи зарезервували час на японській обсерваторії Subaru на Гаваях. Конкуренцію у пошуках планети вченим складуть Трухільйо та Шеппард. Підтвердження існування небесного тіла може тривати до п'яти років. У разі відкриття об'єкт може стати дев'ятою планетою Сонячної системи. Раніше пошуки Планети Х у Сонячній системі привели вчених до виявлення Нептуна (1864 року) та Плутона (1930 року). Майже не викликає сумніву, що існування дев'ятої планети буде підтверджено.

«Вона величезна»

Першовідкривач дев'ятої планети Сонячної системи про нове космічне тіло

Фото: R. Hurt / Infrared Processing and Analysis Center / Courtesy of California Institute of Technology / AP

Про відкриття дев'ятої планети Сонячної системи двома астрономами із Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені стало відомо 20 січня. Один з них - вихідець з Росії Костянтин Батигін - розповів «Ленте.ру» про пошуки Планети X, труднощі з назвою нового небесного тіла та про нерозгадані таємниці Сонячної системи.

«Лента.ру»: Що являє собою відкрита вами планета?

: Вона не потрапляє в категорію карликових планет Це небесне тіло цілком потужне. Наша модель дає масу десь у десять земних, ця планета просто гігантська. Наразі вона визначена як небесний об'єкт, чиє гравітаційне поле домінує у тій частині Сонячної системи.

Загалом, навіть немає питання: планета це чи ні. Ми знаємо про неї, тому що її гравітація впливає на орбіти далеких об'єктів у поясі Койпера. Саме математичне моделювання покладається на те, що ця планета має достатню масу для того, щоб гравітаційно домінувати в Сонячній системі.

А її фізичні властивості?

Розрахунки, на жаль, дають нам лише масу та загальні характеристики. Ми можемо лише припускати, що вона схожа за хімічним складом на Уран чи Нептун. Точніше ми щось скажемо, коли до планети відправлять апарат на кшталт New Horizons. Хоча летіти далеко, і чекати доведеться дуже довго.

Звідки взялася Планета X?

Ми вважаємо, що вона сформувалася в перші три мільйони років Сонячної системи, тобто близько 4,5 мільярда років тому приблизно з того самого матеріалу, що Уран та Нептун. Поки Сонячна система була огорнута газовою хмарою, ця планета була гравітаційно розсіяна на довшу орбіту.

Чи керувалися ви спостереженнями Чедвіка Трухільйо та Скотта Шеппарда транснептунового об'єкта 2012 VP113 у 2004 році?

Ми спиралися на їхню роботу. Те, що вони знайшли, називається аргументом перигелія багатьох орбіт у поясі Койпера. Виявляється, що це лише частина історії. Реальність на порядок простіше і фундаментальніша: подальші орбіти в поясі Койпера дивляться приблизно в тому самому напрямку. Їхні фізичні орбіти практично однакові. І саме цей фундаментальний момент спричинив те, що ми змогли розрахувати орбіту «Планети 9».

Зображення: NASA / JPL-CALTECH

Як швидко ви сподіваєтеся виявити планету за допомогою телескопа Subaru? Ваші колеги, наприклад, професор Хал Левісон, чекають не дочекаються безпосередніх спостережень.

В принципі результати з однієї ночі спостережень ми отримуємо досить швидко. Проблема в тому, що ночей потрібно багато: необхідно обстежити досить велику частину неба. Тому я думаю, якщо проінтегрувати, нам доведеться витратити два-три роки, щоб знайти планету, яку ми пророкували.

У цієї планети можуть бути супутники?

Ми вважаємо, що так. Я і мої колеги згодні, що немає причин, які б цьому перешкоджали. Чи можна їх розглянути у телескопі? Напевно. Але складно…

Чи не міркували над тим, як назвати нову планету?

Ми з Майком Брауном (Mike Brown, співавтор Костянтина Батигіна - прим. «Стрічки.ру») Вважаємо, що це краще довірити світовій громадськості. Вирішувати не нам двом. Знову ж таки ми про це поки не думали: у нас є теоретична модель, але планета не знайдена астрономічно.

Чи можуть у Сонячній системі виявитись інші планети?

В принципі так. Немає нічого, що суперечить такій можливості. Але на даний момент ми не маємо жодних даних, що вказують на те, що, крім дев'ятої планети, є ще щось.

Коли спостережна астрономія поставить крапку у цьому сюжеті?

Гарне питання. До середини ХХ століття здавалося, що спостережна астрономія завершила свою роботу у Сонячній системі. Виявилось, що це не так.

В принципі Сонячна система величезна, гравітаційне поле Сонця домінує дуже далеко: домінанта закінчується десь після ста тисяч астрономічних одиниць, а ми бачимо маленькі об'єкти в поясі Койпера на відстані максимум вісімдесят астрономічних одиниць. Невідомим залишається ще величезний простір.

На Землі ведеться будівництво відразу трьох найбільших телескопів: Гігантський телескоп Магелланов (GMT), Тридцятиметровий телескоп (TMT) і Європейський надзвичайно великий телескоп (E-ELT). Вони знадобляться у подібних дослідженнях?

Названі вами проекти, безперечно, важливі. Однак для пошуку планет, подібних до нашої, швидше підійдуть телескопи типу Subaru, камера яких зроблена так, щоб покривати більшу частину неба. Той же TMT буде хорошим для характеризації і поганим для пошуку.

Аж раптом відкриття дев'ятої планети не підтвердиться?

Найдраматичніший прецедент - це відкриття Нептуна в 1846 Урбаном Левер'є (Urbain Le Verrier), який застосовував математичні моделі, схожі на ті, що у нас сьогодні. Але наша модель набагато детальніша і складніша: вона використовує суперкомп'ютери.

А розрахунки Левер'є підтвердилися за ніч спостережень.

Чи підтримуєте контакти із російськими колегами?

Я жив у Росії до 1994 року, після чого переїхав із сім'єю до Японії, а потім до США. Я в основному теоретик, іноді спілкуюся по e-mail із колегами з Росії та російськими, які працюють у США та інших країнах.

Російські ЗМІ я не читаю через те, що не вистачає часу. Намагаюся займатися виключно наукою. Можу сказати, що у теоретичній науці Росія залишається сильною: є багато добрих учених. На думку спадає історія Михайла Лідова, який у 1950-х роках розрахував ефект, який зараз називається «резонанс Лідова – Козаї». Люди досить довго не розуміли, наскільки цей ефект є важливим. Лідов на десятки років випередив людство, і такі вчені в Росії, як і раніше, є.