Сколько планет в Солнечной системе? Еще полтора десятка лет назад любой школьник уверенно ответил бы – девять. И даже перечислил бы их названия. Однако если рассмотреть этот вопрос более внимательно, становится понятно: все не так просто, как кажется. В разные времена разные ученые выделяли от восьми до двенадцати планет! И речь не идет о прошлых веках, когда приборы наблюдения за небесными телами были несовершенны. Споры продолжались и в ХХ столетии, да и сегодня мы знаем далеко не все. В распоряжении астрономов есть и суперкомпьютеры, и гигантские обсерватории, и орбитальные телескопы, но даже они не снимают всех вопросов. Более того, именно они во многом послужили причиной разночтений и сомнений, позволив значительно уточнить картину строения Солнечной системы, но в то же время поставив перед учеными множество новых вопросов. И вот, 20 января 2016 года астрономы из Калифорнийского технологического института в Пасадене Майк Браун и Константин Батыгин заявили об открытии новой планеты.
Суета вокруг Плутона
Еще в начале прошлого века официально статусом планеты в Солнечной системе обладали 8 объектов: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В 1930-м этот список пополнился еще одним – Плутоном. На этом, по мнению ученых, наша Солнечная система заканчивалась.
Однако в 2006 году Международный астрономический союз принял новое, уточненное определение планеты, состоящее из 3 пунктов. Во-первых, это небесное тело должно обращаться по орбите вокруг Солнца и не являться спутником другого объекта; во-вторых, оно должно обладать достаточной гравитацией для того, чтобы принять форму, близкую к шарообразной; в-третьих, вблизи его орбиты не должно быть других объектов, не являющихся его спутниками.
С первыми двумя пунктами ни у одной из 9 планет проблем не было. Но вот последний оказался роковым для самой дальней от Солнца – Плутона. Дело в том, что это небесное тело расположено в области космического пространства, называемой поясом Койпера.
Разнообразные энциклопедии описывают пояс Койпера как скопление астероидов за орбитой Нептуна, начинающееся на расстоянии более 30 астрономических единиц от Солнца и вращающихся вокруг него с постоянной скоростью. О его существовании ученые знали давно, однако с появлением современных средств наблюдения смогли изучить его гораздо лучше, чем раньше. И обнаружили, что среди тысяч больших и маленьких астероидов хватает объектов, сопоставимых с Плутоном по величине и по массе и обладающих очень похожими характеристиками. В частности, Эрида, открытая в 2005 году, совсем немного уступает ему в размерах, а по массе даже превосходит. Да и Хаумеа и Кавар (2004 и 2002 годы открытия) немногим меньше его. А, скажем, Церера, хотя и вдвое менее массивна, чем Плутон, открыта более чем на 100 лет раньше, в 1801 году. Таким образом, оказалось, что небесное тело, носящее статус планеты, ничем особенным не выделяется из целого ряда подобных объектов.
И Плутон был разжалован. Сегодня его определяют как малую планету или планетоид. В эту же категорию входят и Эрида, Хаумеа, Кавар, Макемаке и некоторые другие объекты. Однако вопрос о количестве планет остался открытым.
Предсказанное открытие
В науке нередко бывают ситуации, когда какое-то открытие не совершено, однако его теоретическое обоснование уже существует. Именно так было с пресловутым бозоном Хиггса, именно этим объясняется наличие пустых клеток в таблице Менделеева. Подобное порой происходит и в астрономии.
Еще в середине XIX столетия французский ученый Урбен Леверье, изучив изменения орбиты Урана, предсказал существование еще не открытой на тот момент планеты Нептун и даже довольно точно указал ее местоположение. А еще через полвека другой астроном, американец Персиваль Лоуэлл, точно так же изучив орбиты Нептуна и других планет-гигантов, предположил, что на них влияет гравитация еще одного объекта, находящегося на значительном удалении от Солнца, но при этом довольно массивного. Он развернул глобальный проект по поиску этого небесного тела и даже построил на собственные средства обсерваторию в городе Флагстаффе, Аризона. К слову, именно телескоп Лоуэлла впервые зафиксировал Плутон, впрочем, произошло это уже после смерти ученого.
Правда, открытие Плутона обернулось для ученых некоторым разочарованием: его масса оказалась гораздо меньше расчетной. А следовательно, и гравитационное поле планеты не могло вызвать таких возмущений орбит соседей-гигантов. Объяснить эти явления по-прежнему было нечем. Правда, после открытия пояса Койпера высказывались предположения, что отклонения вызваны воздействием скопления астероидов, каждый из которых обладает собственной гравитацией. Однако эта версия не выдерживала никакой критики: хотя совокупная масса небесных тел в поясе Койпера огромна, они слишком рассеяны и влияют в лучшем случае друг на друга. Так что вопрос о массивной планете на окраине Солнечной системы по-прежнему не был снят.
Расчеты и теории
Майк Браун и Константин Батыгин, заявившие об обнаружении новой планеты, были не первыми астрономами, искавшими доказательства существования такого объекта. Более чем на полтора десятка лет их опередили Джон Матис и Даниэль Уитмир из Университета Луизианы. Анализируя орбиты некоторых комет, они предположили существование десятой – на тот момент – планеты Солнечной системы. В 1999 году они официально заявили о гипотетическом объекте. По их расчетам, он должен был находиться в районе облака Оорта – скопления астероидов, расположенного на расстоянии от 50 до 100 тыс. астрономических единиц от Солнца. Тюхе – такое название дали Матис и Уитмир гипотетическому объекту, – по их мнению, должна была представлять собой газовый гигант, намного превосходящий по размерам и массе любую из планет Солнечной системы.
Чтобы подтвердить свое предположение, астрономы обратились к фотоматериалам, собранным орбитальным телескопом WISE. И в 2010-м даже заявили о том, что обнаружили-таки искомое. Снимки, на которых, по словам ученых, была видна Тюхе, они обещали опубликовать до конца 2011 года. Однако этого так и не произошло. А позже анализ данных за 15 лет убедительно доказал, что планеты с описанными учеными из Луизианы характеристиками в указанной ими области существовать не может.
Следующее предположение, основывающееся примерно на том же наборе фактов, который рассматривали Матис и Уитмир, высказал в 2012 году Родни Гомес из Национальной обсерватории Бразилии. По его расчетам, гипотетическое небесное тело должно было находиться гораздо ближе, чем Тюхе – «всего» в 1500 а. е., а по размерам могло быть сопоставимо с Нептуном. Впрочем, он предложил и еще одну версию: таинственный объект мог находиться еще ближе – сразу за поясом Койпера, в 53 а. е. от Солнца – в этом случае его масса не превышала бы массу Марса. Увы, теория Гомеса также не нашла подтверждений.
Теория исследователей из Мадридского университета, высказанная в 2014 году, оказалась весьма экзотичной: они заявили, что за пределами орбиты Нептуна находятся целых две неизвестных планеты! Одна из них, по утверждению испанских астрономов, на порядок превышает по массе Землю и находится на расстоянии 250 а. е. от Солнца, вторая – еще более удаленная, зато относительно небольшая. Впрочем, эта оригинальная гипотеза также оказалась несостоятельной. Тем более что уже в 2015-м Чедвик Трухильо из Обсерватории Джемини, расположенной на Гавайях, и Скотт Шеппард из Института Карнеги, пользуясь при расчетах теми же принципами, получили совершенно другой результат. Согласно их данным, за орбитой Нептуна должна была обнаружиться всего одна планета.
Выкладки Шепарда и Трухильо оказались для научного сообщества наиболее убедительными из всех предложенных. Однако при этом они, как и остальные гипотезы, остаются в области математических расчетов – ни одно из заявленных небесных тел так и не удалось зафиксировать. Зато в самом конце прошлого года, 8 декабря, ученые из Корнелльского университета заявили, что им удалось обнаружить девятую планету с помощью радиотелескопа обсерватории ALMA, расположенной в Чили, в пустыне Атакама. Загадочный объект фиксировали даже не один раз – казалось бы, открытие, наконец, совершено! Однако астрономы так и не смогли точно сказать, действительно ли перед ними планета.
Одни специалисты уверены, что объект, который они наблюдали, находится на расстоянии 300 а. е. от Солнца и размерами вдвое превышает Землю. Другие утверждают, что это всего лишь планетоид, удаленный менее чем на 100 а. е. – по космическим меркам это не так много. Третьи и вовсе предполагают, что видели субзвезду, так называемый коричневый карлик, расположенную на расстоянии 20 тыс. а. е. При этом доказать свою точку зрения пока не смог никто, так что открытие опять не зачли.
Некоторые из ученых называют объект, обнаруженный чилийской обсерваторий ALMA в декабре прошлого года коричневым карликом – субзвездой, то есть объектом, обладающим меньшей массой, чем полноценная звезда, и неспособным поддерживать постоянную термоядерную реакцию. А кое-кто из астрономов идет еще дальше. Согласно одной из теорий, наше Солнце некогда было одной из составных частей системы двойной звезды, и этот коричневый карлик – ее компаньон, погасший и постепенно остывающий. Этот объект получил имя Немезида. Правда, убедительных доказательств эта гипотеза пока не получила.
Каждое новое сообщение о свежеоткрытой планете вызывает не только интерес в научных кругах, но и настоящий ажиотаж среди поклонников мистики. И немудрено: согласно легендам древних вавилонян, в Солнечной системе существует планета Нибиру, населенная могущественными существами – аннунаками. По шумерским верованиям, когда Нибиру приближается к Земле, это грозит последней страшными бедствиями. По одной из версий, этот таинственный объект вращается не вокруг Солнца, а вокруг его мифической «темной звезды», которую многие ассоциируют с гипотетическим компаньоном нашей звезды – Немезидой. По другой, гораздо более распространенной, Нибиру все же часть Солнечной системы – двенадцатая планета, согласно шумерской космогонии.
Предположения о том, что Солнечная система не ограничивается уже открытыми небесными телами, высказывались во все времена. И где только не искали «неучтенную» планету! Один из таких гипотетических объектов, получивший имя Вулкан в честь античного бога-кузнеца, пытались обнаружить… между Меркурием и Солнцем. Гипотеза о его существовании имеет сторонников и до сих пор, хотя согласно всем расчетам, планета на расчетной орбите существовать не может: твердое тело выгорит от жара звезды и превратится в газовое облако, которое попросту рассеется под воздействием гравитации Солнца.
Доказательство от противного
Нынешние герои, Браун и Батыгин, как ни странно, совсем не планировали открывать неизвестную планету. Даже наоборот – когда в 2014-м Скотт Шепард и Чедвик Трухильо опубликовали в журнале Nature статью о гипотетической Планете Х, Майк Браун, профессор планетной астрономии, и Константин Батыгин, эксперт по компьютерному моделированию в астрономии и компьютерной обработке астрономических данных, выступили в роли скептиков. Их проект был начат с целью опровергнуть смелое предположение.
Для того чтобы сделать свои доводы максимально убедительными, ученые создали по-настоящему полную цифровую модель Солнечной системы, в которой учли множество факторов, включая мельчайшие отклонения орбит карликовых планет в поясе Койпера. Однако после серии расчетов их вывод оказался неожиданным: судя по поведению небесных тел, вращающихся вокруг Солнца за орбитой Нептуна, Планета Х действительно существует! И ошибка тут практически исключена: ее вероятность составляет всего 7 тысячных процента.
Более того, компьютерная модель позволила не только убедиться в том, что за границами пояса Койпера действительно есть достаточно большое небесное тело – она дала возможность даже рассчитать некоторые его характеристики. По утверждению ученых из Калифорнии, загадочная планета по размерам сопоставима с Нептуном, а ее масса примерно в 10 раз больше массы Земли. Она движется по эллиптической, очень вытянутой орбите и совершает полный оборот вокруг Солнца примерно за 15 тыс. лет. При этом в точке максимального приближения расстояние между светилом и планетой составляет 200 а. е. – в 7 раз больше, чем между Солнцем и Нептуном. Точка максимального удаления загадочного объекта находится на расстоянии примерно в 600 – 1200 а. е.
Что же представляет собой Планета Х? Сами первооткрыватели считают, что сегодня рано что-то утверждать. Однако наши знания о строении Солнечной системы, составе ее планет и механике их образования позволяют делать достаточно обоснованные предположения. Батыгин и Браун выдвинули гипотезу, согласно которой новооткрытый объект близок по составу и структуре к внешним планетам системы – Урану и Нептуну. А это значит, что она является газово-ледяным гигантом – ее атмосфера состоит из водорода, гелия, углеводородов и частиц метанового, аммиачного и водяного льда. Под этим слоем находится ледяная мантия, скрывающая в свою очередь твердое ядро опять-таки изо льда, а также металлов и силикатов. Впрочем, весьма вероятно, что Планета Х отличается гораздо менее выраженной атмосферой.
Увидеть девятую планету
Открытие калифорнийских ученых, безусловно, имеет огромное значение для науки. Однако говорит ли это о том, что карты Солнечной системы пора перерисовывать? Что ж, вполне вероятно, что так и случится в самом скором времени – но до этого предстоит проделать еще очень много работы.
Для начала Планету Х нужно обнаружить – ведь пока на руках у астрономов нет ничего, кроме математических выкладок и компьютерной модели. Для того чтобы увидеть новооткрытый объект воочию, Браун и Батыгин зарезервировали время для наблюдения на японской обсерватории Subaru, расположенной на Гавайях. К слову, Скотт Шепард и Чедвик Трухильо готовы оспорить первенство в этом вопросе – они уже заявили о том, что планируют искать планету параллельно. И это соревнование обещает быть трудным: по предварительным прикидкам обнаружение желанного объекта может занять до 5 лет! Однако просто увидеть девятую планету мало: для того чтобы она заняла законное место на картах и в учебниках по астрономии, необходимо уточнить ее орбиту, состав, структуру и собрать множество других данных.
Тем не менее вклад калифорнийских ученых в развитие астрономии весьма значителен. В частности, в 2015 году, еще до официального заявления об открытии Планеты Х, Константин Батыгин вошел в список ученых младше 30 лет, изменивших мир, по версии журнала Forbes.
Границы Солнечной системы раздвинулись прямо на наших глазах. Однако закончено ли на этом ее изучение? Или нас ожидают новые сюрпризы? В интервью одному из интернет-ресурсов Константин Батыгин ответил на этот вопрос: «В принципе, Солнечная система огромна, гравитационное поле Солнца доминирует очень далеко: доминанта кончается где-то после 100 тыс. астрономических единиц, а мы видим маленькие объекты в поясе Койпера на расстоянии максимум 80 астрономических единиц. Неизвестным остается еще огромное пространство». Так что, вполне возможно, нас ожидают новые, еще более удивительные открытия.
