Текст уведомления здесь

Охота за Девятой

Как далеко продвинулись поиски девятой планеты Солнечной системы, продолжающиеся третий год

В этом месяце были представлены новые доказательства существования небесного тела, предсказанного в 2016 году Константином Батыгиным и Майклом Брауном. «Чердак» кратко рассказывает о последних новостях гонки астрономов за право вписать свое имя в многовековую историю инвентаризации нашей планетной системы.
Добавить в закладки
Комментарии

«В Солнечной системе восемь планет» — это утверждение через несколько лет может снова перестать быть верным. Астрономы получают все больше косвенных свидетельств в пользу существования девятой планеты далеко за пределами орбиты Нептуна.

Гипотезу о существовании в Солнечной системе еще одной планеты неоднократно предлагали со времен открытия Урана в 1781 году. В 1846 году был обнаружен Нептун, а в 1930 году подтвердилось наличие Плутона (в статусе планеты до 2006 года, теперь карликовая планета), и оба раза ученые выявляли небесное тело по его влиянию на орбиты уже известных планет. Все последующее время поиски разного рода аномалий в движении планет и астероидов велись достаточно активно, но к концу XX века интерес к «планете Икс» спал.

В 1990-х годах модель Солнечной системы дополнилась поясом Койпера вкупе с рассеянным диском за орбитой Нептуна. Планеты земной группы, пояс астероидов, газовые гиганты, пояс Койпера и, возможно, еще более обширное и разреженное облако Оорта — в этой модели, как многие стали считать, не было места еще каким-то планетам.

Близкая и невидимая

В 2016 году американские астрономы Константин Батыгин и Майкл Браун выдвинули гипотезу о том, что за поясом Койпера есть еще одна, девятая планета. Их предположение было основано на анализе нескольких особенно удаленных орбит объектов в поясе Койпера, таких как Седна, например, которые отчего-то двигаются по небосводу в одной плоскости и в одну сторону. Спустя долгие месяцы моделирования и сверки данных с фактическими, астрономы пришли к удивительному даже для себя выводу: очень далеко за Нептуном есть еще одно небесное тело с массой примерно в десять земных и не приближающееся к Солнцу ближе, чем на 280 астрономических единиц. И именно оно вытягивает и поправляет орбиты этих «странных» тел пояса Койпера.

Схема, показывающая орбиту девятой планеты (оранжевая) и орбиты некоторых из известных транснептуновых объектов (розовые). Иллюстрация: MagentaGreen / Wikimedia
Схема, показывающая орбиту девятой планеты (оранжевая) и орбиты некоторых из известных транснептуновых объектов (розовые). Иллюстрация: MagentaGreen / Wikimedia

В своей статье Батыгин и Браун отметили, что найти девятую планету окажется не самой простой задачей. Из-за большого расстояния до этого гипотетического объекта он должен быть настолько тусклым, что разглядеть его в телескоп можно лишь при диаметре зеркала в несколько метров — это соответствует уровню приличной обсерватории, которая, как правило, загружена другими задачами. Поиск планеты-гиганта на задворках Солнечной системы оказывается технически сложнее обнаружения экзопланет за много десятков световых лет от Земли, однако кроме прямых наблюдений ученые располагают и косвенными методами.

Один из них — это поиск новых транснептуновых объектов и сопоставление их орбит с предсказаниями модели Батыгина — Брауна. Астрономы утверждают, что гравитационное влияние девятой планеты не только отправляет некоторые тела пояса Койпера в дальнее плавание вокруг Солнца, но и приводит к необычно большим наклонениям орбит ряда других объектов. Иногда настолько, что те начинают вращаться перпендикулярно эклиптике остальных планет нашей системы.

Так, объект 2015 BP

519

, он же «

Кешью

», описанный в недавно опубликованной

статье

международной группы астрономов, как раз укладывается в рамки модели Батыгина — Брауна. У него очень высокое наклонение орбит, что, однако пока не позволяет уверенно говорить о том, что девятая планета и вправду существует. Авторы этого открытия осторожно пишут про «добавление косвенного свидетельства в пользу новой планеты», а Батыгин с Брауном незадолго до этого представили

ряд уточнений

к ранее высказанной гипотезе: новое моделирование различных сценариев эволюции пояса Койпера показало, что влияние девятой планеты приводит к появлению множества транснептуновых объектов с очень вытянутыми орбитами — и это неплохо согласуется с наблюдениями.

Еще одна диаграмма орбит девятой планеты (зеленая окружность, подписанная P9) и множества экстремально вытянутых орбит транснептуновых объектов. Самая вытянутая синяя окружность — орбита Кешью. Каждый квадрат на фоне — 100 астрономических единиц. Изображение: Tomruen / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0
Еще одна диаграмма орбит девятой планеты (зеленая окружность, подписанная P9) и множества экстремально вытянутых орбит транснептуновых объектов. Самая вытянутая синяя окружность — орбита Кешью. Каждый квадрат на фоне — 100 астрономических единиц. Изображение: Tomruen / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

По словам Константина Батыгина, «новый обнаруженный объект, 2015 BP519, находится точно там, где его предсказывает теоретическая модель девятой планеты». В комментарии «Чердаку» он отметил, что «это фантастическое подтверждение той картины, которую мы ожидали увидеть на основе численного моделирования», однако говорить об окончательном открытии новой планеты пока все-таки рано. Список доказательств ее существования растет буквально на глазах, но точку в этом вопросе поставит только пара фотоснимков с отмеченным на них движущимся объектом. Батыгин и Браун уже получили наблюдательное время на крупном наземном телескопе «Субару», который, по словам Батыгина, является одним из лучших инструментов для поиска девятой планеты. Кроме того, предпринимаются попытки использовать снимки космического телескопа WISE, а с 2017 года работает проект Backyard Worlds: Planet 9, где попробовать найти это небесное тело на снимках могут все желающие, так что, возможно, ждать осталось недолго.

И что с того?

Относительное отсутствие постоянных столкновений Земли с астероидами на протяжении последних миллиардов лет можно поставить в заслугу газовым гигантам. Они, выходя на свои нынешние орбиты, «почистили» наш сектор планетной системы от разнообразного мелкого (по астрономическим критериям) мусора. Но если Юпитер или даже Нептун действительно повлияли на Землю хотя бы за счет избавления ее от регулярных планетарных катастроф, то как быть с телом, удаленным на расстояние в десять раз больше?

Российский астроном Владимир Сурдин в комментарии «Чердаку» отметил, что открытие каждой новой планеты влияет на наше представление о судьбе Солнечной системы, которое по сей день остается смутным. «По сути, исследования только начинаются», — сказал ученый и добавил, что «на периферии Солнечной системы, во тьме, может скрываться бог весть что». Те тела, которые сотнями пополняют каталоги астрономов, обнаруживаются на сравнительно небольшом расстоянии от Солнца, а вот за поясом Койпера даже планета-гигант имеет все шансы прятаться от наблюдателей очень долго и выдавать себя лишь косвенными гравитационными эффектами.

Схема: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Схема: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Внешне девятая планета, если она существует, должна быть подобна двум самым далеким от Солнца газовым гигантам. «Планета с массой „суперземли“ будет похожа на Уран и Нептун, но еще холоднее», — говорит Сурдин. Эти два небесных тела иногда называют «ледяными гигантами» из-за предполагаемого наличия у них скально-ледяного ядра без ожидаемого у Юпитера с Сатурном слоя металлического водорода. Впрочем, Уран и Нептун за всю историю человечества посетил всего один космический аппарат, «Вояджер-2», так что наблюдательных данных у ученых меньше, чем хотелось бы.

Девятая планета даже в перигелии окажется практически недосягаемой для исследовательских зондов с ракетными двигателями. «Вояджеры» удалились от Солнца на 117 и 140 а.е. — при том, что были запущены в 1977 году. Полет даже к точке в 200 а.е. от нашего светила займет не менее полувека, и сокращение этого срока до каких-то разумных пределов явно потребует принципиально новых технологий вроде солнечного паруса. Даже сочетание ядерного реактора с ионными двигателями в конфигурации, примерно напоминающей российский проект ядерной установки мегаваттного класса, не позволит добраться до цели быстрее, чем за десяток лет. А при нахождении планеты в афелии это время возрастает в разы.

Уран и Нептун, снимки NASA. Как можно видеть, ледяные гиганты довольно сильно отличаются внешне: так, небольшая примесь метана (около 1%) делает Нептун гораздо более синим
Уран и Нептун, снимки NASA. Как можно видеть, ледяные гиганты довольно сильно отличаются внешне: так, небольшая примесь метана (около 1%) делает Нептун гораздо более синим

Непосредственное обнаружение девятой планеты подтвердит правоту Батыгина и Брауна, позволит уточнить историю Солнечной системы, но само это небесное тело, даже с введением в строй телескопов нового поколения, останется едва ли больше чем точкой на фотографиях. Девятая планета «на заднем дворе» Солнечной системы парадоксальным образом сложнее в изучении, чем какие-нибудь горячие юпитеры вблизи других звезд, однако она позволит лучше понять поведение тех объектов, которые уже давно известны.

От бумаги к компьютерам

Нептун был первой планетой, открытой «на кончике пера» — на основе вычислений и анализа движения Урана, который двигался с переменной скоростью из-за притяжения извне. Однако чем больше расстояние между небесными телами и чем больше количество этих тел, тем сложнее рассчитывать их траекторию. Физикам и математикам известно, что задача обращения двух тел вокруг общего центра масс решается сравнительно легко и имеет ответ в виде уравнения с точным описанием орбиты, а вот комбинацию из трех тел просчитать гораздо сложнее. В частности, система трех и более тел не имеет аналитического решения, то есть нельзя получить формулу, описывающую их движение на протяжении сколь угодно долгого времени.

Эволюция Солнечной системы согласно модели Ниццы. Голубым показана орбита Урана, синим — Сатурна, а оранжевый и зеленый соответствуют Сатурну с Юпитером. Согласно этой модели Уран и Нептун поменялись местами и попутно все планеты-гиганты «расчистили» планетную систему от мелких объектов. У модели есть ряд модификаций — например, предполагающих наличие еще одного газового гиганта, который оказался вовсе выброшен в межзвездное пространство. Рисунок: AstroMark / Wikimedia
Эволюция Солнечной системы согласно модели Ниццы. Голубым показана орбита Урана, синим — Сатурна, а оранжевый и зеленый соответствуют Сатурну с Юпитером. Согласно этой модели Уран и Нептун поменялись местами и попутно все планеты-гиганты «расчистили» планетную систему от мелких объектов. У модели есть ряд модификаций — например, предполагающих наличие еще одного газового гиганта, который оказался вовсе выброшен в межзвездное пространство. Рисунок: AstroMark / Wikimedia

Моделирование Солнечной системы проводится только приближенными методами. При достаточно больших затратах вычислительных ресурсов можно просчитать движение элементов системы со сколь угодно необходимой точностью, однако иногда ничтожно малые отклонения от начальных условий приводят к совершенно иному поведению модели спустя некоторое время. Этот эффект известен широкой публике как «эффект бабочки». Движение планет и астероидов, равно как поведение воздушных масс, подвержено этому эффекту, поэтому реконструкция истории Солнечной системы ничуть не уступает в сложности прогнозу погоды на длительный срок. А попытки вычислить гипотетическую планету сопоставимы с задачей предсказания всех последствий урагана — тут приходится сталкиваться и с нехваткой точной информации, и с недостатком вычислительных мощностей.

До появления современных компьютеров вычисление движения многих тысяч тел одновременно оставалось практически неразрешимой задачей. Появление модели Ниццы, в которой описывается поведение газовых гигантов после их формирования из газопылевого диска, стало возможным благодаря компьютерам. Аргументы в пользу девятой планеты также основаны на вычислениях, которые невозможно реализовать при помощи бумаги и ручки. Открытие девятой планеты, если оно состоится, будет не просто повторением истории Нептуна или Плутона, а новой историей, которая была бы невозможна сто лет тому назад.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

«Нужно избавляться от феодального мышления»

Интервью с квантовыми химиками Сергеем Полютовым и Фарисом Гельмухановым

Научный журналист Егор Задереев по просьбе «Чердака» поговорил с квантовыми химиками Сергеем Полютовым и Фарисом Гельмухановым об исследованиях структуры сложных молекулярных комплексов и о том, что могло бы подстегнуть развитие науки в России.
Добавить в закладки
Комментарии

Сергей Полютов — руководитель НИИ нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии в Сибирском федеральном университете (Красноярск).

Фарис Гельмуханов — его бывший научный руководитель, ныне профессор Королевского технологического института (Стокгольм).

[Chrdk.]: Первый раз я столкнулся с вашей работой три года назад, когда делал ежегодный обзор научных достижений красноярской науки. В мое поле зрения попала статья по довольно необычной для Красноярска теме. Я стал следить за работой новой в городе научной группы. Сейчас вижу, что объединяющие вашу область исследований термины — взаимодействие атомов и структура сложных молекулярных комплексов. Можете пояснить, в чем научная значимость?

[Сергей Полютов]: Упомянутая работа была начата еще в Университете Лунда (Швеция), где я работал как постдок с 2008 года (в западной академической системе после получения Ph.D. практически невозможно сразу же получить постоянную ставку, поэтому молодые ученые заключают контракты с лабораториями\институтами на срок конкретного исследования, обычно два-три года — прим. «Чердака»). Мы исследовали молекулярные агрегаты, к которым в том числе принадлежат светособирающие комплексы растений и некоторых бактерий. Суть проблемы в том, что для фотосинтеза сначала необходимо «собрать» падающий на листья солнечный свет, а затем передать его в реакционный центр. Эффективность переноса энергии в природной системе близка к ста процентам. Долгое время ученым было не вполне понятно, каким образом это происходит. Изначально предполагалось, что энергия передается последовательно: одна молекула поглотила квант света, передала возбуждение следующей и так по цепочке оно попадает в реакционный центр. [ ... ]

Читать полностью

Африканский комар и жизнь без воды

Пятая история о фантастических тварях и о том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни на поиски их секретов. И вот перед нами африканский комар-звонец и его дети-личинки, которым не страшны ни холод, ни жара, ни пребывание в космосе. Они научились тому, что так стремится освоить каждый йог, — «ставить себя на паузу», полностью останавливая жизненные процессы.
Добавить в закладки
Комментарии

Самое опасное вещество

Возьмем человека (если человека жалко, можно взять мышь, лягушку, таракана или любого вымышленного зверя) и нагреем его до 50 градусов. Результат не заставит себя долго ждать: человек или животное погибнет. Почему?

Смерть наступает из-за столкновения молекул в клетках. При нагревании раствора они начинают двигаться быстрее. При этом молекулы воды врезаются в белки, отчего последние теряют форму, раскручиваются и перестают работать. Нет белков — нет жизни.

Теперь попробуем наш испытуемый организм заморозить. Итог снова окажется плачевным. Все дело опять же в движении молекул, но теперь уже замедленном. При температурах ниже нуля привычные химические реакции прекращаются, а вода замерзает, и кристаллики льда повреждают клеточные мембраны. [ ... ]

Читать полностью

Пережившие апокалипсис

Довелось ли нашим предкам жить во времена настоящей Долгой Ночи

Горстка людей бредет по бескрайним пустошам, заваленным пеплом. Лучи багрового солнца с трудом пробиваются сквозь мутное небо — даже в этих краях, никогда не знавших холода, вечное лето сменилось тревожной прохладой. Нет, эти строки описывают не наше постапокалиптическое будущее — уже состоявшееся прошлое человечества.
Добавить в закладки
Комментарии

Биологические виды постоянно появляются и исчезают. Несмотря на то что видовое разнообразие биосферы в среднем неуклонно возрастает, статистика неумолима: более 99% когда-либо существовавших видов вымерло. Не остались в стороне и люди. Из примерно полутора десятков описанных видов рода Homo в живых остался лишь один, наш с вами — Homo sapiens. При этом уже не одно десятилетие обсуждается гипотеза о том, что и наши предки побывали на самой грани вымирания, едва не разделив судьбу своих менее везучих современников — коренастых неандертальцев, загадочных денисовцев и прочих странных ребят вроде островитян-полуросликов Homo floresiensis.

В нашем митохондриальном геноме довольно ясно вырисовываются следы резкого сокращения численности, произошедшего, по меркам эволюции, буквально на днях — в позднем плейстоцене, не позднее чем 50 тысяч лет назад. Что же случилось с нашим видом в эти тяжкие годы?

Для того чтобы подступиться к этому захватывающему вопросу, нам придется начать издалека. Давайте разберемся в том, как вообще генетики узнают о численности вида тысячелетия спустя.

Молекулярные часы и бутылочные горлышки [ ... ]

Читать полностью