Что находится за орбитой нептуна
Что такое пояс Койпера? Определение | Расположение | Факты
Пояс Койпера представляет собой округлую область ледяных тел за орбитой Нептуна. Он простирается от орбиты Нептуна (30 АЕ) до примерно 50 АЕ от Солнца. В этом регионе миллионы объектов; большинство из них сделаны из ледяных летучих веществ.
Вскоре после открытия Плутона в 1930 году исследователи начали строить предположения, что он может быть не один во внешней Солнечной системе.
Лишь в 1992 году было обнаружено существование других объектов в этом регионе. Эти объекты были ничем иным, как большим полем обломков на краю Солнечной системы. Вместе они составляют Пояс Койпера.
Кроме того, многие астрономы теоретизировали о существовании пояса Койпера за десятилетия до его открытия. Это огромное и таинственное место, которое мы только начали исследовать. Давайте копнем глубже и выясним, что же такое пояс Койпера, где он расположен, и как он был создан?
Определение пояса Койпера
Эти ледяные объекты также называют транс-нептунскими объектами (ТНО) или объектами пояса Койпера.
Не путайте пояс Койпера с Облаком Оорта, которое представляет собой более отдаленную область кометоподобных тел, которая окружает пояс Койпера и Солнечную систему.
Расположение и состав
Пояс Койпера простирается от орбиты Нептуна (около 30 астрономических единиц [АЕ]; 4,5 млрд. км) до приблизительно 50 АЕ (7,5 млрд. км) от Солнца.
Он в 20 раз шире и в 20-200 раз массивнее пояса астероидов, который расположен между орбитами Марса и Юпитера.
Несмотря на то, что он содержит сотни тысяч лун, некоторые исследования предполагают, что в регионе могли возникнуть такие крупные спутники, как Феба Сатурна и Тритон Нептуна.
Как он был создан?
Хотя происхождение Пояса Койпера и его сложная структура не вполне понятны, ученые полагают, что он содержит остатки, оставшиеся от начала Солнечной системы.
Если бы Нептуна там не было, ледяные объекты в этом регионе могли бы собраться вместе и сформировать планету. Однако гравитационное притяжение Нептуна настолько взбудоражило эту область космоса, что эти ледяные объекты не смогли бы слиться в одну планету.
Согласно модели Ниццы, которая представляет сценарий динамического развития Солнечной системы, пояс Койпера мог сформироваться ближе к нашему Солнцу, чем его нынешнее местоположение. Уран и Нептун участвовали в сложном танце, меняя позиции и перемещаясь наружу в Солнечной системе.
Поскольку обе планеты отошли от Солнца, их гравитационное притяжение могло унести с собой большинство ледяных объектов (в поясе Койпера). Таким образом, многие из этих маленьких ледяных объектов были перенесены из своих первоначальных мест в более холодную область Солнечной системы.
Кто открыл пояс Койпера?
Он назван в честь голландского астронома Джерарда Койпера, хотя он и не предполагал его существования. Однако его исследования были хорошо известны среди исследователей, так что общая идея пояса Койпера стала приписываться ему.
В 1943 году независимый астроном-теоретик Кеннет Эджворт опубликовал статью, в которой высказал гипотезу, что материалы за пределами орбиты Нептуна слишком широко рассеяны, чтобы конденсироваться в планеты.
Вместо этого эти материалы конденсируются в несколько меньших тел во внешней области Солнечной системы. Время от времени некоторые из этих тел уходят из своего региона и появляются как случайные посетители внутренней Солнечной системы, которую мы называем кометами.
Благодаря невероятной работе Эджворта, ученые иногда используют альтернативное название «Пояс Эджворта-Койпера», чтобы приписать ему заслуги.
В 1992 году астроном Дэвид Джевитт и его ученица Джейн Луу обнаружили кандидата в КВО 1992 года QB1. Это была первый объект в поясе Койпера, обнаруженная после Плутона и Харона. Почти полгода спустя, они обнаружили второй объект (181708) 1993 FW.
К настоящему времени астрономами открыто более 2000 объектов в поясе Койпера, и считается, что в регионе существует более 100 000 крупных объектов на расстоянии более 100 км.
7 интересных фактов о поясе Койпера
1. У многих объектов в поясе Койпера есть спутники
Двойные объекты, с другой стороны, это пары объектов, которые относительно похожи по массе или размеру. Они вращаются вокруг общего центра масс, который лежит между ними
2. Они гораздо менее массивны, чем Земля.
Несмотря на огромную протяженность пояса Койпера, его общая масса составляет менее 2% от массы Земли.
Это противоречит стандартным моделям, которые указывают, что пояс Койпера должен в 30 раз превышать массу Земли. Тайна 99% недостающей массы остается нерешенной.
Однако некоторые исследователи предполагают, что объекты в поясе Койпера из-за большого количества столкновений постепенно разрушают друг друга в пыль. Таким образом, пояс Койпера, вероятно, исчезнет в далеком будущем.
3. Это источник комет
Гравитационное притяжение Юпитера затем загоняет эти кусочки в короткие петли, продолжающиеся два десятилетия или меньше. Эти части известны как кометы семейства Юпитера.
Хотя большинство из них в конечном итоге становятся бездействующими, астрономы обнаружили некоторые околоземные астероиды, которые напоминают сгоревшие кометы. Наблюдения показывают, что эти кометы начались бы в Поясе Койпера или Облаке Оорта.
4. Более 6 десятилетий астрономы не осознавали, что обнаружили пояс Койпера
С открытием второго объекта в поясе Койпера в 1992 году исследователи поняли, что Плутон не одинок: в этом регионе миллионы маленьких ледяных объектов, вращающихся вокруг Солнца.
5. Пять крупнейших объектов в поясе Койпера
Учитывая их радиус, пять самых больших объектов пояса Койпера
6. Первый рукотворный объект, входящий в пояс Койпера.
В 1983 году «Пионер 10» стал первым космическим кораблем, вышедшим в космос за пределы орбиты Нептуна. Поскольку в то время Койперский пояс не был обнаружен, космический зонд не изучал ледяной мир в этом регионе.
Зонд «Новые горизонты» НАСА стал первым межпланетным космическим зондом, который был запущен (в 2006 году) с целью пролета и изучения одного или нескольких объектов в поясе Койпера в последующее десятилетие.
В июле 2015 года космический аппарат пролетел над Плутоном и его лунами, собирая данные об атмосфере, и поверхностях. В 2019 году он совершил ближний полет на объекте под названием 486958 Аррокот в районе Койперского пояса.
7. Гипотетическая планета может объяснить некоторые объекты пояса Койпера
В 2015 году исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили математические доказательства, предполагающие, что «Планета X» может скрываться далеко за Плутоном. Она еще не наблюдалась, но расчеты показывают, что она там есть.
Гравитационное притяжение этой неизведанной планеты могло бы объяснить уникальные орбиты, по крайней мере, пяти небольших ледяных объектов в поясе Койпера. Если бы они были обнаружены, это переосмыслило бы наше понимание эволюции Солнечной системы.
Моделирование указало на существование «второй Земли» за Нептуном
Команда космологов представила новое исследование, базирующееся на результатах компьютерного моделирования процесса создания Солнечной системы. Оно указывает на то, что за орбитой Нептуна может находиться планета размером с Землю или Марс.
Исследование опубликовано в журнале Annual Review of Astronomy and Astrophysics, а коротко о нем рассказывает Phys.org. В своей статье авторы высказывают предположение о том, что за Нептуном может располагаться неизвестная нам планета, по сути, «вторая Земля».
Сама по себе идея не нова. Астрономы всего мира уже несколько лет ведут поиски так называемой «Девятой планеты». И наиболее популярная гипотеза гласит, что искать ее следует на окраинах Солнечной системы. Эта область мало изучена: она является довольно темной, а возможности современных инструментов наблюдения пока ограничены.
Однако новое исследование интересно тем, что в его рамках ученые провели моделирование процесса рождения и эволюции Солнечной системы. Оно не преследовало цель найти гипотетическую планету, но получилось так, что оно фактически поддержало ранее выдвинутую гипотезу. По мнению авторов работы, неизвестная нам планета могла быть буквально вытеснена на «задворки» газовыми гигантами.
Исследователи пишут, что существующие модели и имеющиеся у нас данные пока еще не в полной мере могут объяснить текущую конфигурацию Солнечной системы. Они отмечают, что есть в ней что-то очень странное. Сама расстановка планет указывает на это. Как известно, Солнечная система состоит из четырех каменистых планет внутренней части, пояса астероидов и четырех газовых гигантов внешней части.
_t_310x206.jpg)
Ученые предполагают, что с течением времени в ходе эволюции такая гипотетическая планета могла быть вытеснена со своего первоначального места дальше в космос. Подобный сценарий предполагает два варианта дальнейшего развития событий. При первом планета могла задержаться на «задворках» Солнечной системы, где она обращается и сейчас по соседству с карликовыми планетами.
Второй сценарий предполагает, что гипотетическая планета была вытеснена в межзвездное пространство и отправилась в длительное одиночное путешествие. Авторы работы надеются, что результаты проведенного моделирования помогут будущим исследователям, в распоряжении которых окажутся более мощные и передовые наземные телескопы.
К слову, в августе 2021 года американские астрономы Майкл Э. Браун и Константин Батыгин представили новые расчеты, сужающие область поисков таинственной «Девятой планеты». Результаты указали на то, что ее орбита может располагаться гораздо ближе к Солнцу, чем считалось до сих пор. Кстати, в 2016 году Браун и Батыгин первыми выдвинули гипотезу о существовании еще одной неизвестной нам планеты Солнечной системы.
А вот и планета Х: Астроном рассмотрел снимки 1983 года и нашёл загадочный объект на краю Солнечной системы
Расчёты показывают, что небесное тело как минимум втрое тяжелее Земли и находится в пять раз дальше от Солнца, чем Плутон.
Как возникла идея планеты Х
На самом деле в космосе что-то находят благодаря одному общему закону: ничто не находится в пространстве, так сказать, само по себе. Во всяком случае, если речь идёт об обычной, видимой, осязаемой материи, которой, правда, весьма немного, примерно 4%. Так вот, в той скромной части Вселенной, о которой мы хоть что-то понимаем, всё взаимосвязано, всё друг на друга влияет. И если, скажем, Юпитер Галилей открыл, когда увидел его в телескоп (собственно, эта планета видна с Земли невооружённым глазом как яркая звезда), то Нептун — планета, которую математик Урбен Леверье «увидел» в своей голове. Он её вычислил. Хотя Галилей тоже видел Нептун в телескоп, но принимал его за звезду. А Леверье изучил орбиту Урана и обнаружил, что планета движется не так, как должна, её что-то периодически отклоняет.
Потом по точно такому же принципу искали Плутон, то есть Нептуна не хватило, чтобы объяснить странное поведение Урана. Так в начале XX века стартовал проект по поиску планеты Х. Астроном Персиваль Лоуэлл подсчитал, что помимо Нептуна на Уран должна влиять планета в пять раз тяжелее Земли и находиться она должна примерно в 45 астрономических единицах от Солнца. Это значит, в 45 раз дальше от Солнца, чем Земля. Астрономическая единица — это расстояние между Землёй и Солнцем (150 миллионов километров).
В смысле расстояния Лоуэлл оказался близок к истине: Плутон находится в 40 астрономических единицах. Но по поводу массы абсолютная неувязка — он слишком мал. И эта интрига сохранялась долгие десятилетия.
Как планету Х чуть не нашли
В 1983 году вышла сенсационная новость о том, что планету Х нашли. Предполагаемое открытие было основано на данных инфракрасной космической обсерватории IRAS. Телескоп проработал десять месяцев, обозрел 98% неба и зафиксировал всё, что излучает тепло. По мере своих возможностей, естественно.
Инфракрасная космическая обсерватория IRAS. Фото © Wikipedia
В общей сложности получилось 250 с лишним тысяч точечных источников, и среди них оказалось то, что, по одной из версий, является планетой размером с Юпитер, расположенной в 80 триллионах километров от Земли. Это что же получается, в 13 тысяч раз дальше Плутона (до него от нас 5,7 миллиарда километров)? Тем не менее в глазах астрофизиков это не так уж далеко.
— Если она действительно так близко, это была бы часть нашей Солнечной системы, — сказал тогда участник исследований с помощью IRAS учёный из Корнеллского университета Джеймс Хоук.
— Всё, что я могу вам сказать, — это то, что мы не знаем, что это такое, — заявил, в свою очередь, профессор Джерри Нойгебауэр из Лаборатории реактивного движения, директор Паломарской обсерватории.
Через несколько лет открытие опровергли. Во-первых, в 1989 году Нептун заново «взвесил» зонд «Вояджер-2», и обнаружилось, что газовая планета на полпроцента легче, чем считали раньше, а эти полпроцента сопоставимы с массой Марса. Из-за этого пришлось перерасчитывать взаимное влияние Урана и Нептуна и участие во всём этом Плутона. Тогда пришли к выводу, что теперь без всякой планеты Х всё гармонично и уравновешенно.
А во-вторых, данными IRAS заинтересовался астроном Майкл Роуэн-Робинсон из Имперского колледжа Лондона. В 1991 году он выступил с докладом и заявил, что выводы по поводу планеты Х — чистое недоразумение и что он на 70% уверен, что такой планеты не существует. Но разговор на этом отнюдь не закончился.
Новые поиски планеты X
Что характерно: вплоть до Нептуна все планеты — с круглыми орбитами, которые находятся в одной плоскости (плоскости эклиптики). А у Плутона она уже вытянута и расположена под внушительным углом.
Орбиты планет Солнечной системы. Фото © phys.libretexts.org
В 2000-х годах за Нептуном стали один за одним находить многочисленные объекты, по размерам и массе вполне сравнимые с Плутоном: Эриду, Седну, Хаумеа, Макемаке и так далее. Именно тогда оказалось, что у астрономии теперь два пути: либо все их тоже считать планетами, либо принести в жертву статус Плутона. Но дело сейчас не в этом, а в том, что у них орбиты тоже сильно наклонённые и вытянутые. Почему, спрашивается, маленькие гордые птички так отрываются от коллектива? И это один вопрос. А второй — самый интересный. Дело в том, что если взять определённое количество этих транснептуновых объектов, то окажется, что у них орбиты не просто вытянуты — они вытянуты примерно в одном направлении.
Именно это в 2016 году привело учёных из Калифорнийского технологического института (Caltech) Майкла Брауна и Константина Батыгина к поразительному выводу: все эти маленькие планетки именно так бы и расположились при наличии в тех краях мира в десять раз массивнее Земли. Орбита этой планеты, по их расчётам, должна быть вытянута в противоположном направлении по отношению к транснептуновой мелочи. В ближней к Солнцу точке (в перигее) она должна подлетать на расстояние 200 астрономических единиц, это в пять раз дальше Плутона, а в самой дальней (в апогее) она будет в 600, а то и в 1200 астрономических единицах. И полный оборот вокруг нашей звезды у неё должен занимать около 20 тысяч лет. Батыгин и Браун даже вычислили примерные размеры планеты: по их мнению, это нечто среднее между Юпитером и Землёй.
То есть уже не первый раз появляются математические подозрения, что там что-то есть. Требуется самое главное — засечь движущийся объект, который хотя бы примерно подходит под ожидаемые параметры.
После этого вышеупомянутый Майкл Роуэн-Робинсон (который сказал, что планеты Х нет) решил заново пересмотреть снимки, сделанные в 1983 году телескопом IRAS. В своей опубликованной по итогам статье он подчёркивает, что по-прежнему считает тогдашнюю сенсацию ошибкой и тем не менее ему удалось обнаружить кое-что если не сенсационное, то очень любопытное. А именно целых три объекта, которые годятся как потенциальные кандидаты в планету Х. Учёный сообщает, что они видны на четырёх снимках, сделанных в июне, июле и сентябре 1983-го. Но не все одновременно: например, первые два прослеживаются в июне и июле, а третий только в сентябре. Отмечается, что сочетание обнаружений и «необнаружений» позволяет предположить наличие медленно движущегося объекта. Объект этот, по Роуэну-Робинсону, представляется таким: размер (радиус) — как минимум в полтора, а то и в пять раз больше земного, масса — в три-пять Земель, расстояние — 225 астрономических единиц от нас, период обращения — 20 тысяч лет. В общем-то, весьма похоже на то, что подозревают Браун и Батыгин.
Есть доводы против. Первое — объекты находятся близко к плоскости галактики, там очень много облаков звёздной пыли, от которых идёт инфракрасный свет. То есть имеются некие опасения, что это не планета, а галактическое облако.
И второе — больше ни в какие телескопы ничего подобного пока не увидели. К примеру, астроном изучил данные за пять лет наблюдений (с 2009 по 2014 г.) с помощью системы телескопов Pan-STARRS на Гавайях. По его мнению, конкретно в данном случае они больше всего могли бы помочь. Но, к сожалению, ничего интересного найти не удалось. Впрочем, учёный считает, что точка не поставлена: возможно, стоит организовать более масштабные поиски. А кроме того, стоит сказать, что Pan-STARRS обозревает лишь три четверти всего неба. Это очень много, но не всё.
Планета X. Поиски, разочарования, надежды
Мы верим в неё вопреки всем неудачам и поражениям
Если посмотреть на историю цивилизации, то более всего внимание людей привлекали те удивительные объекты или явления, которых в природе не существует. Потусторонние силы, которыми можно было бы объяснить свои собственные досадные ошибки, многочисленные боги и их божественное окружение, магия, неработающие, но соблазнительные технологии увеличения денежных накоплений, надуманные болезни — вот это всё и многое другое в разы, или в десятки, в сотни раз сильнее занимало внимание и сознание людей. А реально существующим вещам доставалось куда меньше. Умозрительная или гипотетическая Планета X — не исключение из этого эмпирического правила.
И все же давайте разберемся, откуда она взялась — эта — доселе не открытая планета? Какие были и существуют предпосылки для того, чтобы говорить о ней. И быть может есть какие-то способы выяснить наконец — возможно ли в принципе существование в Солнечной системе еще одного массивного планетоподобного объекта, или же есть возможность однозначно опровергнуть все гипотезы на этот счет?
Начнем разговор с упоминания картины мира античной эпохи, в которой существовало лишь 5 планет — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Солнце и Луна не считались таковыми, хотя в чем-то были схожими. Земля также к планетам не относилась. Ведь планета — по-гречески — блуждающая. Земля не блуждала среди звезд.
До нас не дошли имена “звездочетов”, которые впервые выделили блуждающие светила на небосводе, отделили их от “неподвижных звезд”, дали им имена, соотнеся с божественными проявлениями, и предложили первые законы и правила для предвычисления положений таких светил на грядущие годы. Иными словами, мы не знаем имен тех астрономов древности, которые открыли планету Сатурн… или Юпитер. Наверняка эти открытия происходили параллельно в разных странах, которые по сути были даже разными цивилизациями. Китайская астрономия существует по меньшей мере 5 тысяч лет. Большую часть этого времени она развивалась самостоятельно — не взаимодействуя с научными идеями, вызревавшими в других странах и на других континентах. То же самое можно сказать об астрономии Индии, Египта и Вавилона.
За тысячи лет на небосводе происходило многое. Случались солнечные и лунные затмения, вспыхивали новые и сверхновые звезды, появлялись и исчезали кометы, падали метеориты. Но с планетами всегда был полный порядок — ни одной лишней, ни одна не пропала.
Древнегреческая астрономия уже базировалась на знаниях, пришедших из сопредельных территорий. Греки обладали удивительным свойством ассимилировать в свою культуру и философию знания накопленные другими народами, добавить к тому своих собственных идей, и на этом фундаменте возвести новое научное представление о всем окружающем мире — о Вселенной. В частности, именно в Греции родилось современное понимание того, как устроена Солнечная система, и что из себя представляют планеты — огромные каменные шары, плывущие в пустоте по круговым путям вокруг пылающего шара — Гелиоса — Солнца. Вместе с ними вокруг Солнца плывет и Земля — тоже огромный каменный шар.
Греческому ученому Эратосфену удалось даже вычислить размер Земного шара — достаточно точно для своей эпохи. И на фоне этого стремительного научного познания природы Вселенной божественная суть планет все сильнее выпадала из внимания ученых. В научных кругах все чаще звучали утверждения, что все сюжеты мифов и легенд о созвездиях, поэмы Гомера и прочие удивительные по своей красоте истории не имеют отношения к реальности, и что никакие это не Боги летят среди звезд, но небесные тела, возможно даже населенные существами похожими на нас — людей.
В то же самое время, никому не приходило в голову — никогда! — мысль о том, что где-то там далеко в небе могут существовать какие-то еще небесные тела, не видимые глазом с Земли.
В эпоху средних веков обожествление небес взяло реванш, и небесные светила вновь стали священными, и по непонятным причинам обрели особые минеральные свойства. Трудно понять, откуда ученые и священники (а это нередко было одной и той же профессией) догадывались, из чего состоят те или иные светила, но было однозначно определено, что Солнце состоит из чистого золота, Луна — из серебра, Венера — из янтаря, а Марс — из рубина…
Сейчас это может показаться странным, но даже Иоганн Кеплер, известный своими тремя законами движения небесных тел, родоначальник небесной механики и вполне прогрессивный ученый эпохи Возрождения, разделял мнение о божественной чистоте небесных светил — что Венера действительно из янтаря, и имел об этом споры с Галилеем.
Галилей, в свою очередь, опровергал представление о божественной идеальности светил, обнаружив горы на Луне, пятна на Солнце. Но и он не в состоянии был помыслить о том, что множество планет может оказаться шире того, с чем астрономы тогда имели дело.
Вплоть до середины XVIII века, когда уже было положено начало звездной и галактической астрономии, а размеры телескопов достигали исполинских масштабов, ученые легко допускали обнаружение новых комет и туманностей, появление новых звезд или открытие спутников у планет. Но мыслей о возможности существования других — не известных еще — планет не допускали. Просто даже не думали об этом.
Но все самое интересное происходит случайно. 13 марта 1781 года английский любитель астрономии Уильям Гершель в самодельный телескоп (впрочем, тогда все телескопы были самодельными) обнаружил объект отличающийся от звезды — с заметными размерами и немного, как показалось Гершелю, диффузный — туманный, нерезкий. Гершель сообщил в Королевское научное сообщество об открытии кометы, но вскоре оказалось, что это неизвестная ранее большая планета Солнечной системы, вдвое более удаленная от Солнца, чем Сатурн.
Надо ли говорить, какая слава и признание внезапно свалились на Уильяма Гершеля?! Скромный любитель астрономии и музыкант по профессии в одночасье превратился в королевского астронома с мировой известностью, забросил музыку и всецело посвятил себя Урании — покровительнице науки о звездах и планетах. Кстати, название новой планете — Урану — дал не он, а немецкий астроном и математик Иоганн Боде. Гершель же предложил назвать планету в честь английского короля Георга III, но идея, похоже, никому в научном сообществе не понравилась — планеты все же оставались в сознании людей чем-то божественным, и называть их в честь смертных было неприемлемо.
Слава Гершеля еще долгие годы была чем-то вроде красной тряпки для астрономов — открыть целую планету! — что может быть более желанным для жреца Урании?! И тут ученые вспомнили об интересном факте, а точнее о эмпирическом правиле распределения размеров планетных орбит. Это правило носит название Тициуса-Боде — того самого Боде, о котором только что вспоминали.
Если выписать большие полуоси (радиусы, если говорить проще) планетных орбит от Меркурия до Урана, выраженные в астрономических единицах, мы получим интересную последовательность:
Умножим на 10, и запишем вновь:
А теперь, вычтем из каждого члена этой последовательности величину, равную первому члену:
О! — так это же геометрическая прогрессия, начинающаяся с 3-х, и каждый её следующий член вдвое больше предыдущего. И это же — правило величин планетных орбит. Вот только один член этой прогрессии отсутствует — тот, который “24”. Он соответствует орбите неизвестной планеты между орбитами Марса и Юпитера, где по каким-то причинам уж очень большой промежуток пустоты.
Никто не обращал внимание на это правило до тех пор, пока Гершель не открыл Уран. И Уран точно вписался в этот “закон”. К нему, наверное, стоит отнестись серьезнее.
1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци обнаружил слабое, но явно перемещающееся среди звезд светило. Измерение положений в последующие ночи указали на то, что орбита нового небесного тела точно соответствует правилу Тициуса-Боде и расположена она между орбитами Марса и Юпитера — точно там, где это и ожидалось — с большей полуосью 2,8 астрономической единицы. Бинго!
Так была открыта Церера — карликовая планета, долгое время считавшаяся крупнейшим астероидом в главном поясе. Конечно, астрономы не сразу поняли, что это не совсем то, что они хотели. Но на какое-то время в Солнечной системе планет стало больше — Цереру всерьез таковой считали, хотя она была и довольно слаба по яркости, и обладала неразличимыми в телескопы того времени видимыми размерами.
Уже через несколько лет были открыты Паллада, Юнона и Веста. А когда количество вновь открытых объектов, имеющих орбиты между Марсом и Юпитером, стало исчисляться десятками, считать такие объекты большими планетами Солнечной системы уже не казалось правильным. Уильям Гершель предложил для класса подобных объектов название “астероиды” — “звездоподобные”, тем более, что даже в самые сильные телескопы эти “планетки” не отличались от звезд по своему виду.
Количество больших планет вновь вернулось к цифре 7. Но — не надолго.
Пока одни астрономы открывали астероиды, другие мучились проблемой связанной с Ураном. Уран по каким-то причинам не желал подчиняться законам небесной механики, сформулированным еще Кеплером, и постоянно выпадал из расписания — рассчитать точно положение Урана на грядущие годы не удавалось. Это удавалось без особого труда сделать для всех планет Солнечной системы — в рамках существующей на тот период времени точности, но отклонения в движении Урана были явно чрезмерными.
Решение этой проблемы могло предполагать существование еще одной массивной планеты, которая своим тяготением влияла бы на движение Урана. Либо потребовалось бы пересматривать весь фундамент небесной механики и пытаться найти новые — более точные — законы движения планет. Второе решение могло бы стать для науки катастрофой. Поэтому два выдающихся астронома и математика той эпохи Урбен Жозеф Леверье — француз, и Джон Адамс — англичанин, независимо друг от друга решили рассчитать положение неизвестной и невидимой планеты.
Надо сказать, что эта идея выглядела не менее безумной, чем идея пересмотреть все законы движения небесных тел. И само решение этой математической задачи считалось чем-то запредельным для науки того времени.
Но оба ученых справились, потратив на вычисление несколько лет. Французу Леверье повезло больше — его работу сразу приняли всерьез, и по его вычислениям 23 сентября 1846 года Иоганн Галле обнаружил новую планету довольно близко к предвычисленному положению.
Консервативная английская научная общественность не верила, что положение неизвестной планеты можно вычислить математически, и отнеслась к деятельности Джона Адамса прохладно, что впрочем изменилось, когда Нептун все-таки был открыт, и Адамс получил заслуженное признание — его расчеты были рассмотрены, проверены, и оказалось, что они даже более точны, нежели вычисления Леверье.
Нептун стал 8-й планетой Солнечной системы.
Казалось бы, тут можно остановиться. Но Леверье оказался очень азартным ученым, если можно так выразиться. Его внимание привлекли те малозначительные разногласия теории и практических измерений, которые всегда были в астрономии, но списывались на неточность приборов и ошибки процесса измерений, ведь везде есть свои погрешности.
Более всего внимание Леверье привлек Меркурий. Уже тогда астрономам было известно о так называемом “вековом смещении перигелия” орбиты Меркурия — наиболее близкая к Солнцу точка орбиты этой планеты медленно дрейфовала, что сейчас легко объясняется Общей Теорией Относительности Эйнштейна — все-таки Меркурий — самая быстрая из планет. Но в эпоху Леверье ничего подобного в головы ученых прийти не могло. Зато был неукротимый соблазн открыть еще одну планету “на кончике пера”. Леверье приступил к вычислениям и сбору информации о наблюдениях странных небесных объектов вблизи Солнца, о пятнах на Солнце отчетливо-круглой формы.
В 1859 году — 13 лет спустя после открытия Нептуна — в астрономии появилось сообщение об открытии еще одной планеты — Вулкана — её даже наблюдали независимо друг от друга разные астрономы. Иногда их наблюдения удивительным образом совпадали, а иногда противоречили друг другу, вплоть до того, что кто-то видел сразу две неизвестные планеты вблизи Солнца…
В астрономических календарях публиковались таблицы с положением Вулкана — на основании расчетов Леверье и наблюдений некоторых астрономов, а сам Леверье даже получил высшую награду за открытие Вулкана — Золотую Медаль Королевского Астрономического Общества.
В 1877 году Леверье скончался, а наблюдение и всевозможные свидетельства в пользу существования Вулкана прекратились. Таблицы с предвычисленными положениями этой иллюзорной планеты исчезли из астрономических календарей, и в целом вопрос с Вулканом тихо замяли.
Больших планет в Солнечной Системе вновь стало 8. Но опять — на какое-то время.
Более точные измерения положений и орбит Урана и Нептуна на рубеже XIX и XX веков дали основания считать, что Нептун и его гравитационное воздействие не в полной мере объясняют отклонение Урана от предвычисленных положений. Должно быть что-то еще.
И маниакальное стремление открывать планеты “на кончике пера” вышло на новый виток. За дело взялись Персиваль Лоуэлл и Уильям Генри Пикеринг — на основании необъяснимых на тот момент отклонений в движении Урана были рассчитаны возможные положения еще одной гипотетической планеты. Уже тогда её назвали “Planet X”, хотя порядковый номер ожидаемой планеты должен быть “9”.
В 1929 году новый директор обсерватории Весто Мелвин Слайфер поручил поиски Планеты X молодому лаборанту без специального образования — Клайду Томбо, но не сразу осознал масштабы возможных последствий. А Клайд взялся за работу с крайней энергичностью. На свое усмотрение лаборант расширил зону поисков, изобрел собственную методику сравнения фотоснимков и разработал очень эффективный прибор для обнаружения малых планет и переменных звезд — блинк-компаратор.
18 февраля 1930 года — через год, как начались поиски — Клайд Томбо обнаружил перемещающийся среди звезд крайне слабый объект. Но вычисленная по наблюдениям орбита практически совпадала с ожидаемой. И вскоре было объявлено об открытии еще одной планеты.
Забавно отметить тот факт, что на этапе придумывания названия новой планеты в деле вновь появилась Констанция Лоуэлл — вдова бывшего владельца обсерватории, ранее выступавшая против всех этих поисков каких-то там планет. Теперь же она требовала, чтобы планету назвали предложенным ею именем — например “Констанция”… ну, ладно, не хотите так, давайте “Персиваль” — в честь покойного супруга… Нет? — Ну, давайте хотя бы “Зевс”…
Все предложения Констанции были астрономами проигнорированы, а названа новая планета была по очень удачному предложению одиннадцатилетней девочки — Венеции Берни, не имеющей прямого отношения к астрономическому сообществу, но неплохо разбирающейся в мифологии. Дедушка школьницы прочитал об открытии в газете и рассказал внучке, что сейчас астрономы ищут для планеты название, на что сразу услышал ответ — “Плутон — Бог царства мертвых — лучшее название для планеты, которая находится так далеко от Солнца”. Старик нашел среди знакомых человека, имеющего отношение к науке и передал пожелание Венеции Берни. И через несколько рукопожатий название было принято Международный Астрономическим Союзом.
Сомнения в причастности Плутона к каким-либо гравитационным возмущениям в движении других планет стали высказываться сразу после его открытия. Уж очень слаба была яркость планеты, косвенно свидетельствующая о незначительных размерах и массе. Но прямое измерение массы Плутона оказалось возможным лишь в 1978-м году, когда был открыт его спутник — Харон. И оказалось, что Плутон по физическим характеристикам ближе к астероидам, нежели к планетам — 0,2% массы Земли — вот его гравитационный потенциал — может ли он существенно влиять на движение Урана или Нептуна? — Вряд ли.
Практически во все годы со дня обнаружения Плутона в разных обсерваториях, и на обсерватории Персиваля Лоуэлла тоже, продолжались поиски истинной “Планеты X”. К Плутону в этом смысле астрономы относились как к неожиданному побочному эффекту. А в 1989-м году американская автоматическая станция “Вояджер 2” достигла окрестностей Нептуна, произвела новые измерения, по которым удалось уточнить массу планеты. И — о-чудо! — Нептун оказался чуть “легче”, а вносимые им возмущения в движение Урана точно совпали с расчетными. “Планета X” больше не требовалась, чтобы объяснить что-то необъяснимое.
А в 2005-м году астрономы внезапно открыли Эриду, находящуюся еще дальше от Солнца, чем Плутон. По предварительным сведениям, Эрида обладала довольно слабым блеском, но учитывая удаленность объекта, можно было предположить, что она существенно крупнее и массивнее Плутона. И научную общественность вновь всколыхнуло известие об открытии “Планеты X”. И действительно — полтора года Эрида считалась 10-й планетой Солнечной системы.
К этому времени в астрономии стало явным отсутствие четкого определения — что есть планета? По какому критерию относить объект к планетам, или к астероидам? Что делать с теми объектами, которые не попадают под существующую классификацию. И на Съезде Международного Астрономического Союза в 2006 году Плутону и Эриде досталось приобщение к новому классу небесных объектов — к карликовым планетам. Это нечто среднее, между большими планетами и астероидами, но все же более тяготеющее к большим планетам.
Давайте разберемся, чем одно отличается от другого.
Большие планеты обладают орбитами близкими к круговым, с небольшим наклоном к плоскости эклиптики, вдоль которых они (планеты) расчищают пространство от сопоставимых по размеру и массе небесных объектов (то есть, на одной орбите или на близких орбитах не может находиться двух и более сравнимых по размеру и массе больших планет). Плюс к этому большие планеты имеют сферическую или близкую к сферической форму.
Планеты-карлики имеют сферическую или близкую к сферической форму, но их орбиты уже могут иметь значительные эксцентриситет (вытянутость) и наклон к плоскости эклиптики. А еще им совсем не обязательно расчищать свои орбиты от сравнимых по размеру и массе небесных тел.
Астероиды или малые планеты — это каменистые тела Солнечной системы имеющие неправильную форму.
Все три перечисленные категории должны обращаться вокруг Солнца и не быть спутником другого небесного тела. Иметь же собственные спутники никому из них не возбраняется.
Вот, теперь мы знаем, что есть что.
По-прежнему мы не знаем лишь о том, что еще может существовать на дальних окраинах Солнечной системы, и есть ли та мифическая Планета X, которую так порой ждут здесь на Земле астрологи, конспирологи и катастрофилы с катастрофобами.
Между тем, для разговора о неоткрытых до сих пор крупных объектах Солнечной системы есть немало оснований.
Возможно, что еще одна большая планета Солнечной системы существовала в далеком прошлом — именно там, где сейчас пролегают бесчисленные орбиты астероидов. Речь о мифической или гипотетической планете Фаэтон.
Бытует мнение, что идея о некогда существовавшей планете между орбитами Марса и Юпитера имеет мифологическую почву. Это не так. Мифологический образ сына бога Солнца — Гелиоса — имеет связь с падением метеорита в раннюю античную эпоху в средиземноморском регионе. Но образ Фаэтона понравился советскому писателю-фантасту Александру Казанцеву, который в своих фантазиях создал мир погибшей от ядерного взрыва высокоразвитой цивилизации, которая потеряла свою планету именно между орбитами Марса и Юпитера. Разумеется, Казанцев знал о поясе астероидов, и подыграл одной из давно существующих, но научно несостоятельных гипотез.
Почему гипотезу о том, что между Марсом и Юпитером когда-то в прошлом могла существовать достаточно крупная планета, считают несостоятельной?
Во-первых, по причине нехватки материала. Вся совокупная масса объектов пояса астероидов — как открытых, так и не открытых, не превышает и нескольких процентов (порядка 4%) массы Луны — этого крайне мало. А просто так куда-то деться вещество разрушенной планеты даже за миллионы лет бесследно не могло.
Во-вторых, расчеты показывают, что даже сформироваться под постоянным сильным приливным воздействием со стороны Юпитера крупное небесное тело просто не было способно. А рой мелких космических “камешков” вполне может здесь существовать. Более того, здесь для них достаточно устойчивое место, куда они могут под действием гравитации Юпитера затягиваться и оседать.
В-третьих, современный анализ большого количества орбит астероидов главного пояса показывает, что их родоначальниками вероятнее всего являлись не одно крупное небесное тело, а как минимум пять более мелких прото-астероидных тел с очень разными — не совпадающими — орбитами, которые могли разрушиться под влиянием постоянных приливных воздействий со стороны Юпитера. Дальнейшее их разрушение скорее всего происходило от взаимного соударения, но при этом орбитальный интеграл родственных тел продолжал оставаться постоянным и отдельным для каждой из пяти групп имеющих свое обособленное происхождение. Так что одной родоначальной планеты для астероидов главного пояса никак не получается.
Но астероиды, большая часть которых действительно своей неправильной формой напоминают обломки какой-то планеты, существуют не только в главном поясе. Есть еще пояс Койпера — за пределами орбиты Нептуна. Быть может там некогда существовала или даже существует по сей день еще одна большая планета Солнечной системы — та самая “Планета X”?
Справедливости ради стоит отметить, что достаточного количества данных и, соответственно, их статистических исследований, по астероидам пояса Койпера наукой пока не накоплено. Все-таки эти объекты достаточно далеко, они слабо освещены и с трудом обнаруживаются. Хотя современные инструменты справляются с задачей в разы эффективнее, чем телескопы прошлого столетия. Но все же что-то конкретное утверждать пока рано.
В то же самое время уже сейчас есть необъяснимые имеющимися данными явления. Например, свойства орбиты одной из самых далеких карликовых планет — Седны — создают массу вопросов. Столь значительная вытянутость и наклонение к плоскости эклиптики орбиты Седны наталкивает на мысль о том, что без влияния других небесных тел сложиться такая орбита не могла.
Ряд работ, исследующих массовое вымирание множества видов земной биосферы, наталкивает на мысль о том, что раз в несколько миллионов лет во внутреннее пространство Солнечной системы обрушивается лавина кометообразных объектов из облака Оорта — из самых дальних пределов Солнечной системы. Что нарушает их равновесие, заставляя срываться с своих орбит и устремляться к Солнцу? — это неизвестно. И хотя сама эта корреляция — связанная с массовым вымиранием животных — не вполне подтвержденная и явная, но она успела породить несколько гипотез, связанных с гипотетическими небесными телами.
В первую очередь, это гипотеза о том, что Солнце — двойная звезда. Для далекого и слабого компаньона этой двойной системы даже существует имя — Немезида. Правда, речь идет уже не о планете, а о звезде, но тут мы можем столкнуться с новой классификационной проблемой — есть ли четкая граница между звездами и планетами?
Современные исследования внесолнечных планет (экзопланет, планет, обращающихся вокруг других звезд) обнаруживают объекты в десятки раз массивнее Юпитера. И они считаются планетами, хотя порой могут быть довольно горячими. Может ли находиться подобный объект в сфере гравитационного влияния Солнца?
Подобные объекты крайне трудно обнаружить в видимом спектре, поскольку они далеко, отражать солнечный свет на таком расстоянии — так себе затея — нечего им там отражать. Но они могут сами светиться в инфракрасном (тепловом) диапазоне спектра. Юпитер и другие планеты-гиганты “светятся”. А уж если речь идет о звезде — о красном или коричневом карлике, то такой объект может быть обнаружен инфракрасным телескопом с орбиты Земли.
И оказывается, что в течении 4-х лет инфракрасный телескоп WISE, запущенный NASA, тщательным образом провел полный обзор неба, по результатам которого можно утверждать, что в окрестностях Солнца — в пределах 25-26 тысяч астрономических единиц ничего напоминающего Немезиду, или хотя бы тот же самый Юпитер с горячим ядром, скорее всего нет. Конечно, утверждать это на 100% нельзя, но все же и вероятность существования Планеты X в пределах этой зоны заметно убавилась.
Однако, уже после завершения полного инфракрасного обзора неба телескопом WISE несколько независимых исследователей обратили внимание на схожесть элементов орбит некоторых транснептуновых объектов — орбиты этих ледяных глыб оказались ориентированы одинаково, что подталкивает к мысли, что их так сориентировало некоторое неизвестное массивное тело.
И для этого не нужна другая звезда или планета сравнимая с Юпитером. Достаточно планеты превышающей по массе Землю раз в 5-10, и такой объект телескоп WISE заметить, конечно, не мог.
Забавно отметить, что опровергнуть данное предположение взялись два американских астрофизика: Майкл Браун — ученый, известный, как палач Плутона — во многом его стараниями Плутон был разжалован из больших планет в планеты карлики; и Константин Батыгин — астрофизик российского происхождения. Они оба, поставив задачу развенчать очередной миф о “Планете X”, в конечном итоге пришли к заключению, что существует достаточно оснований, чтобы говорить о “Планете X” серьезно.
Объединив свои усилия Константин Батыгин и Майкл Браун провели глубокое компьютерное моделирование, которое подтвердило возможность существование еще одной планеты с массой порядка 10 земных масс, и с большей полуосью орбиты от 400 до 1500 астрономических единиц. Одновременно моделирование объяснило множество особенностей некоторых других объектов пояса Койпера и необъяснимые иным образом характеристики орбиты Седны, чей сильный эксцентриситет не может быть следствием возмущений со стороны Нептуна, а других массивных объектов в районе орбиты Седны пока не обнаружено.
В 2021-м году группа ученых, на основании двух новых обзоров внешнего пространства Солнечной системы, попытались объяснить фактор совпадения аргументов перигелия транснептуновых объектов, на которые опирались в своей работе Батыгин и Браун, без каких-либо неизвестных планет. И вроде бы у них это получилось, хотя Константин Батыгин с выводами новых исследований не согласен, ссылаясь на недостаточную точность недавнего моделирования коллег.
В ближайшей перспективе и моделирование Батыгина-Брауна, и их коллег из “Outer Solar System Origins Survey” ожидает серьезное уточнение на основании данных, которые астрофизики надеются получить после запуска Большого Обзорного Телескопа (“Large Synoptic Survey Telescope, LSST”) обсерватории имени Веры Рубин в 2022 году.
В ожидании этих новых событий нам пока остается лишь гадать и предполагать — есть ли в Солнечной системе еще одно достаточно крупное небесное тело, или мы здесь уже все открыли, и пора перемещаться куда-нибудь к другой звезде, чтобы там начать исследование планетной системы с нуля… ну, или почти с нуля…
Конечно, будет немного грустно осознавать, что открыть новую планету в системе Солнца не удастся более никому из астрономов нашей эпохи, или даже эпохи будущего, но Вселенная богата на сюрпризы, и часто бывает, что в погоне за одними химерами, оказываются открытыми совершенно другие интересные объекты, явления или даже фундаментальные законы. Ведь все мы помним историю Колумба, пожелавшего проложить короткий путь в Вест-Индию, но внезапно открывшего новый континент.
Музыкальное приложение к статье
Наиболее точно — с точки зрения моего личного музыкального восприятия — этой теме соответствует моя композиция «За орбитой Плутона» (к сожалению, видеоряд там совсем не об этом) из уже известного некоторым моим читателям альбома «Музыка Небесных Сфер — часть 6 — история упавшей звезды».
Прикрепляю этот ролик. Но вполне возможно и прослушивание всего альбома под чтение статьи. Ссылка в предыдущем абзаце.