Denna månad presenterades nya bevis för att det finns en himmelskropp som förutspåddes 2016 av Konstantin Batygin och Michael Brown. "Attic" berättar kort om de senaste nyheterna om astronomernas lopp för rätten att skriva in sitt namn i den hundra år gamla historien om inventeringen av vårt planetsystem.
"Det finns åtta planeter i solsystemet" - detta uttalande kanske inte längre är sant på några år. Astronomer får mer och mer omständighetsbevis för förekomsten av en nionde planet långt bortom Neptuns omloppsbana.
Hypotesen om existensen av en annan planet i solsystemet har flera gånger föreslagits sedan upptäckten av Uranus 1781. År 1846 upptäcktes Neptunus, och 1930 bekräftades närvaron av Pluto (i status som en planet fram till 2006, nu en dvärgplanet), och båda gångerna identifierade forskare en himmelkropp genom dess effekt på banorna till redan kända planeter. All efterföljande tid utfördes sökningar efter olika slags avvikelser i rörelse av planeter och asteroider ganska aktivt, men i slutet av 1900-talet avtog intresset för "X-planet".
På 1990-talet kompletterades solsystemets modell av Kuiper-bältet, tillsammans med en spridd skiva bortom Neptunes bana. Terrestriska planeter, asteroidbältet, gasjättar, Kuiper-bältet och, eventuellt, det ännu mer omfattande och svåra Oort-molnet - i denna modell, som många började tro, fanns det ingen plats för några andra planeter.
Nära och osynlig
2016 presenterade de amerikanska astronomerna Konstantin Batygin och Michael Brown en hypotes om att det finns en annan, nionde planet bakom Kuiper-bältet. Deras hypotes var baserad på analysen av flera särskilt avlägsna banor av föremål i Kuiper-bältet, till exempel Sedna, som av någon anledning rör sig över himlen i samma plan och i en riktning. Efter många månader med modellering och kontroll av uppgifterna med de faktiska, kom astronomer till en fantastisk slutsats även för sig själva: mycket långt bortom Neptun finns det en annan himmelkropp med en massa på cirka tio jordar och inte närmar sig solen närmare än 280 astronomiska enheter. Och det är detta som sträcker och räter ut banorna i dessa "konstiga" Kuiper-bältekroppar.
Diagram som visar banan från Planet Nine (orange) och omloppsbana för några av de kända trans-Neptunian-objekten (rosa). Illustration: MagentaGreen / Wikimedia.
Kampanjvideo:
I deras artikel noterade Batygin och Brown att det inte skulle vara den enklaste uppgiften att hitta den nionde planeten. På grund av det stora avståndet till detta hypotetiska objekt bör det vara så svagt att det bara kan ses genom ett teleskop med en spegeldiameter på flera meter - detta motsvarar nivån på ett anständigt observatorium, som i regel laddas med andra uppgifter. Sökandet efter en gigantisk planet i utkanten av solsystemet visar sig vara tekniskt svårare än att upptäcka exoplaneter många tiotals ljusår från jorden, men förutom direkta observationer har forskare också indirekta metoder.
En av dem är sökandet efter nya trans-Neptuniska föremål och jämförelsen av deras banor med förutsägelserna från Batygin-Brown-modellen. Astronomer hävdar att gravitationspåverkan från den nionde planeten inte bara skickar vissa Kuiper-bältekroppar på en lång resa runt solen, utan också leder till ovanligt stora lutningar av banorna till ett antal andra föremål. Ibland så att de börjar rotera vinkelrätt mot ekliptiken i resten av planeterna i vårt system.
Till exempel, BP519-objektet 2015, alias "Cashew", som beskrivs i en nyligen publicerad artikel av en internationell grupp astronomer, passar bara in i Batygin-Brown-modellen. Den har en mycket hög omloppshöjning, som emellertid ännu inte tillåter oss att säkert säga att den nionde planeten verkligen existerar. Författarna till denna upptäckt skriver noggrant om "att lägga till indirekta bevis till förmån för en ny planet", och Batygin och Brown kort före detta presenterade ett antal förfiningar till den tidigare uttalade hypotesen: ny modellering av olika scenarier för utvecklingen av Kuiper-bältet visade att inflytandet av den nionde planeten leder till uppkomsten av många trans-neptuniska föremål med mycket långsträckta banor - och detta är i god överensstämmelse med observationer.
Ett annat diagram över banorna på den nionde planeten (grön cirkel märkt P9) och många av de extremt långsträckta banorna av transneptuniska föremål. Den långsträckta blå cirkeln - Cashew omloppsbana. Varje kvadrat i bakgrunden - 100 astronomiska enheter. Bild: Tomruen / wikimedia commons.
Enligt Konstantin Batygin är "det nyupptäckta objektet, 2015 BP519, precis där den teoretiska modellen för den nionde planeten förutspår det." I ett kommentar till Attic noterade han att "detta är en fantastisk bekräftelse av den bild som vi förväntade oss se på grundval av numerisk modellering", men det är fortfarande för tidigt att prata om den slutliga upptäckten av en ny planet. Listan över bevis på dess existens växer bokstavligen framför våra ögon, men bara ett par fotografier med ett rörligt föremål markerat på dem kommer att få slut på denna fråga. Batygin och Brown har redan fått observationstid på det stora markbaserade teleskopet Subaru, som enligt Batygin är ett av de bästa instrumenten för att hitta den nionde planeten. Dessutom försöks man använda bilder från WISE-rymdteleskopet,och sedan 2017 har Backyard Worlds: Planet 9-projektet fungerat, där alla kan försöka hitta denna himmelska kropp på bilderna, så det kan inte vara länge att vänta.
Än sen då?
Den relativa frånvaron av ständiga kollisioner av jorden med asteroider under de senaste miljarder åren kan tillskrivas gasjättarna. De, som går in i sina nuvarande banor, "rensade" vår sektor av planetsystemet från olika små (enligt astronomiska kriterier) skräp. Men om Jupiter eller till och med Neptun verkligen påverkade jorden åtminstone genom att bli av med vanliga planetära katastrofer, hur är det med en kropp som är tio gånger mer avlägsen?
Den ryska astronomen Vladimir Surdin konstaterade i sin kommentar till Attic att upptäckten av varje ny planet påverkar vår förståelse av solsystemets öde, som förblir vagt fram till idag. "Faktum är att forskningen precis börjar", sa forskaren och tillade att "i solsystemets periferi, i mörkret, vet Gud vad." De kroppar som fyller hundratals kataloger över astronomer finns på ett relativt litet avstånd från solen, men till och med en jätteplanet bakom Kuiper-bältet har alla chanser att gömma sig från observatörer under mycket lång tid och bara ge sig ut genom indirekta gravitationseffekter.
Schema: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Utåt borde den nionde planeten, om den finns, likna de två gasjättarna längst bort från solen. "En planet med en superjordmassa skulle vara lik Uranus och Neptun, men ännu kallare," säger Surdin. Dessa två himmelkroppar kallas ibland "isjättar" på grund av den påstådda närvaron av en stenig iskärna utan det lager av metalliskt väte som förväntas från Jupiter och Saturnus. Men bara ett rymdskepp, Voyager 2, har besökt Uranus och Neptune under hela mänsklighetens historia, så forskare har mindre observationsdata än de skulle vilja.
Den nionde planeten, även vid perihelion, är praktiskt taget otillgänglig för forskningssonder med raketmotorer. Voyagers flyttade bort från solen vid 117 och 140 AU. - trots att de lanserades 1977. Flyger till och med till en punkt på 200 AU. det kommer att ta minst ett halvt sekel från vår stjärna, och att minska denna period till några rimliga gränser kommer uppenbarligen att kräva grundläggande ny teknik som ett solsegla. Till och med att kombinera en kärnreaktor med jonmotorer i en konfiguration som ungefär påminner om Rysslands kärnkraftsanläggning med megawatt-klassen gör det inte möjligt att nå målet på mindre än ett decennium. Och när planeten är i aphelion ökar den här tiden betydligt.
Uranus och Neptune, NASA-bilder. Som ni ser är isjättarna ganska annorlunda ut: en liten blandning av metan (cirka 1%) gör Neptun mycket mer blå.
Direkt upptäckt av den nionde planeten kommer att bekräfta korrektheten av Batygin och Brown, kommer att göra det möjligt att förtydliga solsystemets historia, men denna himmelkropp själv, även med introduktionen av en ny generation av teleskop, kommer knappast att förbli mer än en punkt på fotografierna. Den nionde planeten "i solsystemets bakgård" är paradoxalt svårare att studera än några heta Jupiters nära andra stjärnor, men den kommer att ge en bättre förståelse för beteendet hos de föremål som länge varit kända.
Från papper till datorer
Neptun var den första planeten som upptäcktes "på spetsen av en fjäder" - baserat på beräkningar och analys av rörelsen hos Uranus, som rörde sig med en varierande hastighet på grund av yttre attraktion. Men desto större avståndet mellan himmelkropparna och desto större antalet av dessa kroppar, desto svårare är det att beräkna deras bana. Fysiker och matematiker vet att problemet med att rotera två kroppar runt ett gemensamt masscentrum är relativt lätt att lösa och har ett svar i form av en ekvation med en exakt beskrivning av banan, men en kombination av tre kroppar är mycket svårare att beräkna. I synnerhet har ett system med tre eller flera organ inte en analytisk lösning, det vill säga att det är omöjligt att få en formel som beskriver deras rörelse under godtyckligt lång tid.
Utvecklingen av solsystemet enligt Nice-modellen. Blått visar Uranus omloppsbana, blå - Saturnus, medan orange och grön motsvarar Saturnus med Jupiter. Enligt denna modell bytte Uranus och Neptune platser och längs vägen "rensade" planetens system med små föremål. Modellen har ett antal ändringar - till exempel föreslår närvaron av en annan gasjätt, som helt kastades in i det interstellära utrymmet. Bild: AstroMark / Wikimedia.
Modellering av solsystemet utförs endast med ungefärliga metoder. Med en tillräckligt stor utgift av beräkningsresurser är det möjligt att beräkna rörelsen för elementen i systemet med en godtycklig nödvändig noggrannhet, men ibland försumbar avvikelse från de ursprungliga förhållandena leder till ett helt annat beteende hos modellen efter ett tag. Denna effekt är känd för allmänheten som "fjärilseffekten". Flyttningen av planeter och asteroider såväl som luftmassornas beteende är föremål för denna effekt, så rekonstruktionen av solsystemets historia är inte på något sätt sämre i komplexitet än en väderprognos under lång tid. Och försök att beräkna en hypotetisk planet är jämförbara med uppgiften att förutsäga alla konsekvenser av en orkan - här måste du möta både en brist på korrekt information och en brist på datorkraft.
Innan moderna datorer började förbli beräkningen av många tusentals kroppars rörelse samtidigt ett nästan olösligt problem. Utseendet på Nice-modellen, som beskriver gasjättarnas beteende efter deras bildning från en skiva med gas och damm, möjliggjordes av datorer. Argumenten för en nionde planet bygger också på beräkningar som inte kan göras med papper och penna. Upptäckten av den nionde planeten, om den äger rum, kommer inte bara att vara en upprepning av historien om Neptunus eller Pluto, utan en ny historia som skulle ha varit omöjlig för hundra år sedan.
Alexey Timosjenko
