«Планета X»: открытие, закрытие, гипотезы

После открытия в 1846 г. планеты Нептун астрономам долгое время не давал покоя вопрос: какие неизвестные небесные тела могут скрываться за его орбитой, в отдаленных темных уголках Солнечной системы?

Строго говоря, даже по состоянию на конец XIX века Нептун не являлся самым далеким объектом нашей «планетной семьи» — к тому времени уже были известны несколько комет, в афелии удаляющихся от Солнца еще сильнее. Форма их орбит как будто указывала на гравитационное влияние некоего еще более далекого тела на орбите с большой полуосью размером 40-45 а.е. Концепция неоткрытой «Планеты X» вдохновила не только ученых, но и научную фантастику. Однако поиски ее длительное время оставались безрезультатными (что еще больше подхлестывало воображение писателей-фантастов).

В начале XX века американский астроном Персиваль Лоуэлл (Percival Lowell) пришел к выводу, что некоторые особенности орбитального движения Урана и Нептуна могут быть объяснены наличием невидимого массивного тела. Лоуэлл предположил, что его мощная гравитация возмущает движение ледяных гигантов, вследствие чего их предвычисленные положения на небе не совпадают с наблюдаемыми. Астроном организовал интенсивные поиски с использованием мощнейших на тот момент телескопов, но результат снова оказался отрицательным.

Вскоре после смерти Лоуэлла в основанную им и позже названную его именем обсерваторию во Флагстаффе (штат Аризона) устроился на работу молодой наблюдатель Клайд Томбо (Clyde Tombaugh). Он продолжил начатые работы, но на сей раз использовал фотографии звездного неба — точнее, тех его участков, где, в соответствии с вычислениями, должна была находиться неизвестная планета. Эти поиски увенчались успехом: в 1930 г. был обнаружен Плутон. Правда, сегодня мы знаем, что его масса слишком мала, чтобы объяснить различия между истинными и расчетными положениями Урана и Нептуна. Тем не менее, следует отдать должное интуиции Лоуэлла, практически «угадавшего» существование нового тела во внешней Солнечной системе.

Теперь их много…

Несмотря на свой небольшой размер (в полтора раза меньше Луны) и массу, на протяжении 76 лет Плутон считался 9-й планетой Солнечной системы. Однако поиски «Планеты X» не прекратились, а знак «X» в ее названии приобрел глубокий символический смысл: в римской системе записи чисел он означает «десять». В 2005 г. группа ученых под руководством астронома Майка Брауна (Mike Brown) объявила об открытии слабого объекта на громадном расстоянии, в три раза превышающем удаленность Плутона от Солнца. Этот объект даже имел спутник, который позволил его «взвесить». Сначала предполагалось, что новое небесное тело, получившее официальное название Эрида (136199 Eris), даже крупнее, чем Плутон — во всяком случае, его масса оказалась почти на треть больше. В итоге, астрономы заподозрили, что это не единичный случай и что за орбитой Нептуна может существовать много других подобных объектов.

Это открытие инициировало серьезные дебаты в астрономическом сообществе о самом понятии «планета» и завершилось историческим решением Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза о лишении Плутона «планетного звания», а в учебниках и справочниках появился новый класс доселе неизвестных объектов — карликовых планет. Астрономы, занимающиеся изучением внешней Солнечной системы с использованием наземных и космических телескопов, уже обнаружили множество таких холодных миров. Им присваивают названия верховных божеств многих национальных мифов: Варуна (20000 Varuna), Кваоар (50000 Quaoar), Макемаке (136472 Makemake) и Хаумеа (136108 Haumea). Орбиты некоторых из них расположены в регионе, известном как пояс Койпера. Другие по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, имеющим большой наклон к эклиптике, время от времени устремляются в удаленные регионы пространства, где, возможно, начинают испытывать гравитационное воздействие иных звезд…

Нет, это не Нибиру

Кроме серьезных ученых, поисками «Планеты X» занимаются и просто любители древних легенд, в которых якобы содержится упоминание о некоем таинственном небесном теле, известном под именем «Нибиру» или «Нубиру». Убедительных доказательств его существования «нибирологи» так и не представили, а самым серьезным контраргументом стали так и не сбывшиеся пророчества «конца света» в декабре 2012 г. — в нем долго и упорно пытались обвинить этот объект (но уже в 2013 г. обо всех этих многочисленных грозных предсказаниях благополучно забыли). Вновь пробудил интерес к загадочным далеким мирам на окраинах Солнечной системы все тот же Майк Браун, когда в январе 2016 г. вместе с коллегой из Калифорнийского технологического института Константином Батыгиным объявил о доказательствах возможного существования еще одной неизвестной планеты, но на этот раз уже не карликовой — она может быть в 5-10 раз тяжелее Земли, двигаясь по орбите примерно в 20 раз более протяженной, чем нептунианская, и совершая полный оборот вокруг Солнца за 10-20 тыс. земных лет.

Астрономы уже начали поиски вдоль возможной орбиты новой версии «Планеты X», вычисленной по необычным траекториям некоторых мелких объектов пояса Койпера (предполагается, что они подверглись ее гравитационному воздействию). Однако пока никто не может утверждать, что ее действительно удастся открыть — не исключено, что аномалии в движении исследованных койпероидов связаны с некими другими неизвестными до сих пор факторами.

Еще одним указанием на существование массивного, но пока невидимого спутника Солнца могут быть «кометные ливни», провоцирующие массовые вымирания на Земле каждые 27 млн лет. Так утверждает профессор Дэниэл Уитмайр из Университета штата Арканзас (Daniel Whitmire, University of Arkansas). Вместе со своим коллегой доктором Джоном Матизом (John Matese) он опубликовал в январском номере журнала Nature результаты исследований, посвященных поискам зависимости между подобными вымираниями и фактом существования «Планеты X».

Уитмайр и Матиз предположили, что гипотетическая планета, являясь полноправным членом Солнечной системы, обращается вокруг Солнца по орбите с большим наклонением к плоскости эклиптики. Каждые 27 млн лет она проходит через пояс Койпера, «направляя» своей гравитацией часть входящих в его состав комет в сторону остальных больших планет. Эти кометы не только в значительных количествах «выпадают» на поверхность Земли со всеми сопутствующими последствиями, но и заполняют ближайшие окрестности Солнца — при этом выброшенная ими кометная пыль поглощает значительное количество солнечного света, создавая на планетах заметное «потемнение».

Ставшие известными в 1985 г. результаты своеобразной «палеонтологической летописи», уходящей в прошлое на 250 млн лет, в целом не противоречат идее регулярных «кометных ливней». Новые исследования показывают, что начало подобных катаклизмов можно отнести вглубь истории на полмиллиарда лет.

Профессор Уитмайр и доктор Матиз представили собственные оценки размеров «Планеты X» и ее орбитальных параметров. По их мнению, она примерно вдвое массивнее объекта, предсказанного Брауном и Батыгиным, и при этом находится в 10 раз дальше от Солнца. Эти выводы исследователей опубликованы в январском номере журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Все это говорит о том, что огромное пространство за Нептуном населено множеством всевозможных «обитателей» и представляет исключительный интерес для ученых. Благодаря миссии New Horizons мы получили детальную информацию лишь об одном представителе Пояса Койпера, причем она свидетельствует о сложной истории и структуре Плутона. Простая карта Солнечной системы с условными круговыми орбитами девяти планет, знакомая нам по урокам в начальной школе, постепенно уходит в прошлое. Феномен «Планеты X» проявляется во многих формах, и мы только начинаем понимать, какие еще типы объектов нам предстоит обнаружить в ближайшем будущем в далеких уголках нашего «космического дома».

«Портрет» далекой планеты

Поиски загадочной «Планеты X» на дальних окраинах Солнечной системы могут быть сильно облегчены, если вначале попробовать хотя бы приблизительно представить себе ее физические свойства. Недавно это попытался сделать профессор Бернского университета Кристоф Мордасини и его студентка Эстер Линдер (Christoph Mordasini, Esther Linder, Universität Bern). Свои соображения они опубликовали в апрельском номере журнала Astronomy & Astrophysics.

Ученые исходили из того, что искомое небесное тело сформировалось в то же время, что и остальные большие планеты (примерно 4,6 млрд лет назад), а далее было выброшено гравитационным воздействием последних на расстояние порядка 700 а.е. от Солнца. «Планета X» не успела набрать из протопланетного облака хотя бы столько же вещества, сколько Уран — самый легкий из планет-гигантов. Следовательно, ее масса вряд ли может быть больше десяти земных при диаметре порядка 45-47 тыс. км (3⅔ диаметра Земли). С другой стороны, по составу и строению она должна быть близка к тому же Урану: у нее почти наверняка есть небольшое железное ядро с оболочкой из алюмосиликатов, окруженное слоем льда толщиной свыше 10 тыс. км и плотных газов, постепенно переходящих в водородно-гелиевую атмосферу. Температура ядра может достигать 3700 кельвинов, верхних атмосферных слоев — не превышает 48 K (-225°C). Она могла бы быть заметно ниже, однако поддерживается за счет переноса из глубины дополнительной энергии, выделяющейся при медленном гравитационном сжатии планетных недр, что предоставляет гипотетическую возможность заметить этот объект в инфракрасном диапазоне. Это, кстати, отличает его от всех уже известных тел Солнечной системы, открытых благодаря наблюдению отраженного от них видимого света. В целом «Планета X» должна излучать на три порядка больше энергии, чем отражать.

Проведенное исследование предоставило также неплохое объяснение того, почему далекая планета до сих пор оставалась незамеченной. Наиболее подробный инфракрасный обзор небесной сферы к настоящему времени осуществил американский спутник WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer),11 однако его наблюдательные возможности позволяют на пределе детектировать объекты с массой свыше 20 земных, а для уверенной регистрации небесное тело на расстоянии нескольких сотен астрономических единиц должно иметь еще в 2-2,5 раза большую массу. Архивы данных, полученных этим инструментом, тщательно исследуются на предмет наличия «следов» подобного объекта, но уже понятно, что обнаружить его, скорее всего, удастся только мощным космическим телескопам следующего поколения.

Cassini «не чувствует» невидимых объектов

Сколь бы далеко не находилась от Солнца гипотетическая неоткрытая большая планета Солнечной системы, при существующих оценках ее массы она должна была бы оказывать гравитационное воздействие на другие объекты — в первую очередь на планеты-гиганты. Все попытки зарегистрировать такое воздействие пока не имеют успеха по той причине, что мы не можем с достаточной точностью определить положение центра масс отдельно взятого тела. Для газовых гигантов погрешность оказывается слишком велика и не позволяет уверенно говорить об отклонениях от предвычисленного орбитального движения.

Но есть одно важное исключение. С 2004 г. на орбите вокруг Сатурна работает американо-европейский космический аппарат Cassini.12 Он играет роль своеобразного компактного «радиомаяка», координаты которого можно определить с весьма высокой точностью с помощью массива антенн Дальней космической связи. Естественно, все «непредусмотренные» отклонения от расчетных положений центрального тела должны были бы отражаться и на положении в пространстве его спутников, в том числе искусственных.

Однако за 12 без малого лет наблюдений сотрудники группы сопровождения зонда не заметили в его движении никаких существенных аномалий. Инженеры NASA осторожно заявляют, что ожидаемые возмущения, возможно, слишком малы, но они имеют свойство накапливаться, и их можно было бы зарегистрировать, если бы специалистам были доступны массивы данных как минимум за 15-летний период. К сожалению, в следующем году Cassini, согласно планам миссии, будет сведен с орбиты и сгорит в сатурнианской атмосфере — эксплуатировать его дольше не позволяет постепенное исчерпание запасов топлива его двигательной установки и ограниченный ресурс бортового оборудования, находящегося в космосе уже почти два десятилетия.

В принципе, сторонники существования «Планеты X» уже предложили свои объяснения, почему ее «не чувствуют» космические аппараты. Наиболее убедительное из них — таинственное небесное тело все же имеет заметно меньшую массу, чем ему сейчас «приписывают». Второй вариант заключается в том, что оно расположено на еще большем расстоянии от Солнца — порядка нескольких тысяч астрономических единиц. В обоих случаях шансы его найти современными средствами значительно падают, и даже прогресс в области техники наблюдений поможет нам весьма нескоро…