În această lună, au fost prezentate noi dovezi pentru existența unui corp ceresc prevăzut în 2016 de Konstantin Batygin și Michael Brown. „Mansarda” povestește pe scurt despre cele mai recente știri ale rasei astronomilor pentru dreptul de a-și înscrie numele în istoria secolelor a inventarului sistemului nostru planetar.
„Există opt planete în sistemul solar” - această afirmație poate să nu mai fie adevărată în câțiva ani. Astronomii obțin tot mai multe dovezi circumstanțiale pentru existența unei a noua planete, mult dincolo de orbita Neptunului.
Ipoteza existenței unei alte planete în sistemul solar a fost propusă în mod repetat de la descoperirea lui Uranus în 1781. În 1846, Neptun a fost descoperit, iar în 1930 a fost confirmată prezența lui Pluton (în statutul unei planete până în 2006, acum o planetă pitică) și de ambele ori oamenii de știință au identificat un corp ceresc prin efectul său asupra orbitelor planetelor deja cunoscute. Tot timpul ulterior, căutările pentru diverse tipuri de anomalii în mișcarea planetelor și asteroizilor au fost efectuate destul de activ, dar până la sfârșitul secolului XX, interesul pentru „planeta X” a scăzut.
În anii 90, modelul sistemului solar a fost completat de centura Kuiper, cuplat cu un disc împrăștiat dincolo de orbita Neptunului. Planetele terestre, centura de asteroizi, uriașii de gaz, centura Kuiper și, eventual, norul Oort și mai extins și mai tenuos - în acest model, așa cum mulți au început să creadă, nu existau loc pentru alte planete.
Apropiat și invizibil
În 2016, astronomii americani Konstantin Batygin și Michael Brown au prezentat o ipoteză că există o altă nouă parte a planetei în spatele centurii Kuiper. Ipoteza lor s-a bazat pe analiza mai multor orbite deosebit de îndepărtate ale obiectelor din centura Kuiper, cum ar fi Sedna, de exemplu, care, dintr-un anumit motiv, se deplasează pe cer în același plan și într-o singură direcție. După multe luni de modelare și verificare a datelor cu cele reale, astronomii au ajuns la o concluzie surprinzătoare chiar și pentru ei înșiși: foarte departe dincolo de Neptun există un alt corp ceresc, cu o masă de aproximativ zece Pământuri și care nu se apropie de Soare mai aproape de 280 de unități astronomice. Și acesta este cel care întinde și îndreaptă orbitele acestor „ciudate” corpuri ale centurii Kuiper.
Diagrama care arată orbita Planetei Nouă (portocaliu) și orbitele unora dintre cunoscutele obiecte trans-Neptuniene (roz). Ilustrație: MagentaGreen / Wikimedia.
Video promotional:
În articolul lor, Batygin și Brown au menționat că găsirea a noua planetă nu ar fi cea mai ușoară sarcină. Datorită distanței mari față de acest obiect ipotetic, ar trebui să fie atât de slab încât să poată fi văzut printr-un telescop doar cu un diametru oglindă de câțiva metri - aceasta corespunde nivelului unui observator decent, care, de regulă, este încărcat cu alte sarcini. Căutarea unei planete uriașe la periferia sistemului solar se dovedește a fi mai dificil din punct de vedere tehnic decât detectarea exoplanetelor la multe zeci de ani lumină de pe Pământ, dar, pe lângă observațiile directe, oamenii de știință au și metode indirecte.
Una dintre ele este căutarea de noi obiecte trans-Neptuniene și compararea orbitelor lor cu predicțiile modelului Batygin-Brown. Astronomii susțin că influența gravitațională a celei de-a noua planete nu numai că trimite niște corpuri de centură Kuiper într-o lungă călătorie în jurul Soarelui, dar duce și la înclinații neobișnuit de mari ale orbitelor altor câteva obiecte. Uneori, astfel încât să înceapă să se rotească perpendicular pe ecliptica din restul planetelor sistemului nostru.
De exemplu, obiectul BP519 din 2015, numit „Cashew”, descris într-un articol publicat recent de un grup internațional de astronomi, se încadrează doar în modelul Batygin-Brown. Are o înclinație orbitală foarte ridicată, care totuși nu ne permite să spunem cu încredere că a noua planetă există cu adevărat. Autorii acestei descoperiri scriu cu atenție despre „adăugarea de dovezi indirecte în favoarea unei noi planete”, iar Batygin și Brown, cu puțin timp înainte, au prezentat o serie de rafinări la ipoteza menționată anterior: o nouă modelare a diferitelor scenarii pentru evoluția centurii Kuiper a arătat că influența celei de-a noua planete duce la apariția multor obiecte trans-Neptuniene cu orbite foarte alungite - și acest lucru este în acord cu observațiile.
O altă diagramă a orbitelor planetei a noua (cercul verde etichetat P9) și a multor orbite extrem de alungite ale obiectelor trans-Neptuniene. Cercul albastru alungit - Orbită de anacard. Fiecare pătrat în fundal - 100 de unități astronomice. Imagine: Comenzi Tomruen / wikimedia.
Potrivit lui Konstantin Batygin, „obiectul nou descoperit, 2015 BP519, este exact acolo unde îl prezice modelul teoretic al celei de-a noua planete”. Într-un comentariu pentru Attic, el a menționat că „aceasta este o confirmare fantastică a imaginii pe care ne-am așteptat să o vedem pe baza modelării numerice”, cu toate acestea, este încă prea devreme pentru a vorbi despre descoperirea finală a unei noi planete. Lista dovezilor existenței sale crește literalmente în fața ochilor noștri, dar doar câteva fotografii cu un obiect în mișcare marcat pe ele vor pune capăt acestei probleme. Batygin și Brown au obținut deja timp de observație pe telescopul mare Subaru, care, potrivit lui Batygin, este unul dintre cele mai bune instrumente pentru găsirea celei de-a noua planete. În plus, se încearcă utilizarea de imagini de la telescopul spațial WISE,iar din 2017, a funcționat proiectul Backyard Worlds: Planet 9, unde toată lumea poate încerca să găsească acest corp ceresc în imagini, așa că este posibil să nu fie mult timp să aștepți.
Și ce dacă?
Absența relativă a coliziunilor constante ale Pământului cu asteroizii în ultimii miliarde de ani poate fi atribuită giganților de gaz. Aceștia, mergând pe orbitele lor actuale, au „curățat” sectorul nostru al sistemului planetar de diverse resturi mici (după criterii astronomice). Dar dacă Jupiter sau chiar Neptun a influențat într-adevăr Pământul cel puțin prin a scăpa de catastrofele planetare obișnuite, atunci ce zici de un corp de zece ori mai îndepărtat?
Astronomul rus Vladimir Surdin în comentariul său la Attic a menționat că descoperirea fiecărei noi planete afectează înțelegerea noastră despre soarta sistemului solar, care rămâne vag până în zilele noastre. „De fapt, cercetarea abia începe”, a spus omul de știință și a adăugat că „la periferia sistemului solar, în întuneric, Dumnezeu știe ce”. Acele corpuri care completează sute de cataloage de astronomi se găsesc la o distanță relativ mică de Soare, dar în spatele centurii Kuiper, chiar și o planetă uriașă are toate șansele să se ascundă de observatori pentru o perioadă foarte lungă de timp și să se elibereze doar prin efecte gravitaționale indirecte.
Schema: Anatoly Lapushko / Chrdk.
În exterior, cea de-a noua planetă, dacă există, ar trebui să fie similară cu cei doi giganți de gaze mai îndepărtați de Soare. „O planetă cu o masă super-Pământ ar fi similară cu Uranus și Neptun, dar și mai rece”, spune Surdin. Aceste două corpuri cerești sunt uneori numite „giganți de gheață” din cauza presupusei prezențe a unui miez de gheață stâncoasă fără stratul de hidrogen metalic așteptat de la Jupiter și Saturn. Cu toate acestea, o singură navă spațială, Voyager 2, a vizitat Uranus și Neptun în întreaga istorie a omenirii, astfel încât oamenii de știință au date de observație mai puține decât și-ar dori.
A noua planetă, chiar și la perihelion, va fi practic inaccesibilă pentru sondele de cercetare cu motoare rachetă. Voyagerii s-au îndepărtat de Soare la 117 și 140 AU. - în ciuda faptului că au fost lansate în 1977. Zburând chiar până la un punct de 200 AU. va dura cel puțin o jumătate de secol de la steaua noastră, iar reducerea acestei perioade la anumite limite rezonabile va necesita în mod evident tehnologii fundamental noi ca o vela solară. Chiar și combinarea unui reactor nuclear cu motoare cu ioni într-o configurație care amintește aproximativ de instalația nucleară din clasa megawatt din Rusia nu va face posibilă atingerea țintei în mai puțin de un deceniu. Iar când planeta este în afelie, de data aceasta crește semnificativ.
Imagini Uranus și Neptun, NASA. După cum puteți vedea, giganții de gheață au un aspect destul de diferit: de exemplu, un amestec mic de metan (aproximativ 1%) face ca Neptun să fie mult mai albastru.
Detectarea directă a celei de-a noua planete va confirma corectitudinea lui Batygin și Brown, va face posibilă clarificarea istoriei sistemului solar, însă acest corp celest în sine, chiar și cu introducerea unei noi generații de telescoape, va rămâne cu greu mai mult decât un punct în fotografii. Cea de-a noua planetă „din curtea” sistemului solar este, în mod paradoxal, mai dificil de studiat decât orice Jupiteri fierbinți din apropierea altor stele, dar va oferi o mai bună înțelegere a comportamentului acelor obiecte cunoscute de mult timp.
De la hârtie la computere
Neptun a fost prima planetă descoperită „în vârful unei pene” - bazată pe calcule și analize ale mișcării lui Uranus, care s-a mișcat cu o viteză variabilă datorită atracției externe. Cu toate acestea, cu cât este mai mare distanța dintre corpurile cerești și cu cât este mai mare numărul acestor corpuri, cu atât este mai dificil să se calculeze traiectoria acestora. Fizicienii și matematicienii știu că problema rotirii a două corpuri în jurul unui centru comun de masă este relativ ușor de rezolvat și are un răspuns sub forma unei ecuații cu o descriere exactă a orbitei, dar o combinație de trei corpuri este mult mai dificil de calculat. În special, un sistem format din trei sau mai multe corpuri nu are o soluție analitică, adică este imposibil de obținut o formulă care descrie mișcarea lor într-un timp arbitrar.
Evoluția sistemului solar după modelul Nice. Albastrul arată orbita Uranus, albastru - Saturn, în timp ce portocaliu și verde corespund lui Saturn cu Jupiter. Conform acestui model, Uranus și Neptun au schimbat locurile și pe parcurs toate planetele uriașe „au curățat” sistemul planetar de obiecte mici. Modelul are o serie de modificări - de exemplu, sugerând prezența unui alt gigant de gaz, care a fost aruncat complet în spațiul interstelar. Figura: AstroMark / Wikimedia.
Modelarea sistemului solar se realizează numai prin metode aproximative. Cu o cheltuială suficient de mare de resurse de calcul, este posibil să se calculeze mișcarea elementelor sistemului cu o precizie arbitrară necesară, dar uneori abaterile neglijabile de la condițiile inițiale duc la un comportament complet diferit al modelului după ceva timp. Acest efect este cunoscut publicului larg drept „efect fluture”. Mișcarea planetelor și asteroizilor, precum și comportamentul maselor de aer sunt supuse acestui efect, astfel încât reconstrucția istoriei sistemului solar nu este în niciun fel inferioară în complexitate decât prognoza meteo pentru o lungă perioadă de timp. Iar încercările de a calcula o planetă ipotetică sunt comparabile cu sarcina de a prezice toate consecințele unui uragan - aici trebuie să vă confruntați atât cu o lipsă de informații exacte, cât și cu o lipsă de putere de calcul.
Înainte de apariția calculatoarelor moderne, calcularea mișcării a multe mii de corpuri în același timp a rămas o problemă aproape insolubilă. Apariția modelului Nice, care descrie comportamentul giganților de gaze după formarea lor dintr-un disc de gaz și praf, a fost posibilă de către calculatoare. Argumentele pentru o a noua planetă se bazează, de asemenea, pe calcule care nu pot fi făcute cu hârtie și pix. Descoperirea celei de-a noua planete, dacă va avea loc, nu va fi doar o repetare a istoriei lui Neptun sau Pluton, ci o nouă istorie care ar fi fost imposibilă cu o sută de ani în urmă.
Alexey Timoșenko
