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

В этом месяце были представлены новые доказательства существования небесного тела, предсказанного в 16-м 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.

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

Гипотезу о существовании в Солнечной системе ещё одной планеты неоднократно предлагали со времён 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 учёные выявляли небесное тело по его влиянию на орбиты уже известных планет. Всё 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, ещё более обширное и разрежённое облако Оорта: в этой модели, как многие стали считать, не было места ещё 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.

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 учёные 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 BP519 — он же «Кешью», — описанный в недавно опубликованной статье международной группы астрономов как раз укладывается в рамки модели Батыгина-Брауна. У него очень высокое наклонение орбиты… но при этом всё-таки 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 уточненийк 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.

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 счёт избавления ее от регулярных планетарных катастроф, то как быть с телом, удалённым на расстояние в десять раз больше?

Российский астроном Владимир Сурдин в комментарии «Чердаку» отметил, что открытие каждой новой планеты влияет на наши представления о судьбе Солнечной системы, которое по сей день остается смутным. «По сути, исследования только начинаются», сказал учёный 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.

Внешне девятая планета, если она существует, должна быть подобна двум самым далёким 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 учёных 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; полёт даже к точке в 200 а.е. от нашего светила займёт 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.

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 звёзд. 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 трёх тел просчитать гораздо сложнее. В частности, система трёх и более тел не имеет аналитического решения: то есть нельзя получить формулу, описывающую их движение на протяжении сколь угодно долгого времени.

Моделирование Солнечной системы проводится только приближёнными 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.