Sel kuul esitati uusi tõendeid taevakeha olemasolu kohta, mida ennustasid 2016. aastal Konstantin Batygin ja Michael Brown. "Pööning" räägib lühidalt viimastest uudistest astronoomide võidujooksust õigusele kirjutada oma nimi sajanditepikkuses ajaloos meie planeedisüsteemi inventuurile.
"Päikesesüsteemis on kaheksa planeeti" - see väide ei pruugi mõne aasta pärast enam tõsi olla. Astronoomid saavad üha rohkem kaudseid tõendeid üheksanda planeedi olemasolust Neptuuni orbiidist kaugel.
Hüpoteesi mõne teise planeedi olemasolu kohta Päikesesüsteemis on korduvalt pakutud alates Uraani avastamisest 1781. aastal. 1846. aastal avastati Neptuun ja 1930. aastal kinnitati Pluuto (planeedi staatuses kuni 2006. aastani, nüüd kääbusplaneet) olemasolu ning mõlemal korral tuvastasid teadlased taevakeha selle mõju tõttu juba teadaolevate planeetide orbiitidele. Kogu järgneva aja jooksul otsiti mitmesuguseid anomaaliaid planeetide ja asteroidide liikumises üsna aktiivselt, kuid 20. sajandi lõpuks oli huvi "X-planeedi" vastu vaibunud.
1990ndatel täiendati Päikesesüsteemi mudelit Kuiperi vööga, mis oli ühendatud Neptuuni orbiidist kaugemale ulatuva hajutatud kettaga. Maapealsed planeedid, asteroidi vöö, gaasihiiglased, Kuiperi vöö ja võimalik, et veelgi ulatuslikum ja jämedam Oorti pilv - selles mudelis, nagu paljud hakkasid uskuma, polnud teistel planeetidel kohta.
Lähedane ja nähtamatu
Ameerika astronoomid Konstantin Batygin ja Michael Brown esitasid 2016. aastal hüpoteesi, et Kuiperi vöö taga on veel üks, üheksas planeet. Nende eeldus põhines Kuiperi vööndis asuvate objektide, eriti näiteks Sedna, mitme eriti kauge orbiidi analüüsil, mis mingil põhjusel liiguvad üle taeva samal tasapinnal ja ühes suunas. Pärast paljude kuude modelleerimist ja andmete kontrollimist tegelikega jõudsid astronoomid isegi enda jaoks hämmastavale järeldusele: väga kaugel Neptuunist on veel üks taevakeha, mille mass on umbes kümme Maa ja mis ei lähene Päikesele lähemale kui 280 astronoomilist ühikut. Ja just see sirutab ja sirgendab nende "kummaliste" Kuiperi vöö kehade orbiite.
Skeem, mis näitab üheksa planeedi (oranž) orbiiti ja mõnede tuntud trans-Neptuuni objektide (roosa) orbiite. Illustratsioon: MagentaGreen / Wikimedia.
Reklaamvideo:
Batygin ja Brown märkisid oma artiklis, et üheksanda planeedi leidmine ei oleks kõige lihtsam ülesanne. Selle hüpoteetilise objekti suure vahemaa tõttu peaks see olema nii hämar, et seda saaks teleskoobi kaudu näha ainult mitme meetri läbimõõduga peegli abil - see vastab korraliku observatooriumi tasemele, mis reeglina on muude ülesannetega koormatud. Päikesesüsteemi äärealadel hiiglasliku planeedi otsimine osutub tehniliselt keerukamaks kui kümnete valgusaastate kaugusel Maalt eksoplaneetide avastamine, kuid otseste vaatluste kõrval on teadlastel ka kaudsed meetodid.
Üks neist on uute trans-Neptuuni objektide otsimine ja nende orbiitide võrdlemine Batygin-Browni mudeli ennustustega. Astronoomid väidavad, et üheksanda planeedi gravitatsiooniline mõju mitte ainult ei saada mõnda Kuiperi vöö keha pikale reisile ümber Päikese, vaid põhjustab ka paljude teiste objektide orbiitide ebatavaliselt suuri kalle. Mõnikord nii, et need hakkavad pöörlema risti meie süsteemi ülejäänud planeetide ekliptikaga.
Näiteks sobib rahvusvaheline astronoomide rühmituse hiljuti avaldatud artiklis kirjeldatud 2015. aasta BP519 objekt, teise nimega Cashew, lihtsalt Batygin-Browni mudelisse. Sellel on väga kõrge orbitaalkalle, mis aga ei võimalda meil veel kindlalt öelda, et üheksas planeet on tõesti olemas. Selle avastuse autorid kirjutavad hoolikalt "kaudsete tõendite lisamisest uue planeedi kasuks" ning Batygin ja Brown esitasid vahetult enne seda mitmeid täpsustusi varem välja toodud hüpoteesile: Kuiperi vöö evolutsiooni erinevate stsenaariumide uus modelleerimine näitas, et üheksanda planeedi mõju viib paljude Neptunuse-siseste objektide ilmnemiseni. väga piklike orbiitidega - ja see on vaatlustega hästi kooskõlas.
Veel üks diagramm üheksanda planeedi orbiitidest (roheline ring tähisega P9) ja paljudest Trans-Neptuni objektide eriti piklikest orbiitidest. Piklik sinine ring - Kase orbiit. Iga ruut taustal - 100 astronoomilist ühikut. Pilt: Tomruen / wikimedia commons.
Konstantin Batõgini sõnul on "äsja avastatud objekt 2015 BP519 täpselt seal, kus seda ennustab üheksanda planeedi teoreetiline mudel". Atticule antud kommentaaris märkis ta, et “see on fantastiline kinnitus pildile, mida me eeldasime numbrilise modelleerimise põhjal nägevat”, kuid uue planeedi lõplikust avastusest on veel vara rääkida. Selle olemasolu kohta tõendite loetelu kasvab sõna otseses mõttes meie silme all, kuid ainult paar fotot, millel on märgistatud liikuv objekt, teevad selle teema lõpu. Batygin ja Brown on vaatlusaja juba saanud Subaru suurel maapealsel teleskoobil, mis on Batygini sõnul üks parimaid vahendeid üheksanda planeedi leidmiseks. Lisaks üritatakse kasutada kosmoseteleskoobi WISE pilte,ja alates 2017. aastast töötab projekt Backyard Worlds: Planet 9, kus kõik saavad proovida seda taevakeha piltidelt leida, nii et võib-olla pole kaua oodata.
Mis siis?
Maakera asteroididega pidevate põrkumiste suhteline puudumine viimase miljardite aastate jooksul võib olla tingitud gaasihiiglastest. Nad, praegusele orbiidile minnes, "puhastasid" meie planeedisüsteemi sektori mitmesugustest väikestest (astronoomiliste kriteeriumide järgi) prahist. Kuid kui Jupiter või isegi Neptuun mõjutasid Maad vähemalt korrapärastest planeedikatastroofidest lahti saades, siis kuidas oleks lood kümme korda kaugema kehaga?
Vene astronoom Vladimir Surdin märkis oma Atticile antud kommentaaris, et iga uue planeedi avastamine mõjutab meie arusaamist päikesesüsteemi saatusest, mis on tänaseni ebamäärane. "Tegelikult on uuringud alles algamas," ütles teadlane ja lisas, et "Päikesesüsteemi äärealadel, pimeduses, teab jumal mida." Neid kehasid, mis täidavad sadu astronoomide katalooge, leidub Päikesest suhteliselt väikeses kauguses, kuid isegi Kuiperi vöö taga asuval hiiglaslikul planeedil on kõik võimalused väga pikka aega vaatlejate eest varjata ja end ainult kaudsete gravitatsiooniliste mõjude abil ära anda.
Kava: Anatoli Lapushko / Chrdk.
Väliselt peaks üheksas planeet, kui see on olemas, sarnanema kahe Päikesest kõige kaugemal asuva gaasihiiglasega. “Maakera ülimassiga planeet sarnaneb Uraani ja Neptuuniga, kuid veelgi külmem,” ütleb Surdin. Neid kahte taevakeha nimetatakse mõnikord "jäähiiglasteks", kuna arvatakse, et Jupiterilt ja Saturnilt on oodata metallilise vesiniku kihita kivise jää südamikku. Siiski on kogu inimkonna ajaloo jooksul Uraani ja Neptuuni külastanud vaid üks kosmoselaev, Voyager 2, seega on teadlastel vaatlusandmeid vähem, kui nad tahaksid.
Üheksas planeet, isegi perihelioonil, on rakettmootoritega uurimissondide jaoks praktiliselt ligipääsmatu. Reisijad liikusid Päikesest eemale 117 ja 140 AU juures. - hoolimata asjaolust, et need käivitati 1977. aastal. Lendas isegi punkti 200 AU. see võtab meie tähe juurest vähemalt pool sajandit ja selle perioodi mõningase mõistliku piirini lühendamine nõuab ilmselgelt põhimõtteliselt uusi tehnoloogiaid, näiteks päikesepurje. Isegi tuumareaktori kombinatsioon ioonmootoritega konfiguratsioonis, mis sarnaneb laias laastus Venemaa megavattklassi tuumajaama projektile, ei võimalda eesmärgi saavutamist vähem kui kümne aasta pärast. Ja kui planeet on afeljonis, suureneb see aeg märkimisväärselt.
Uraan ja Neptuun, NASA pildid. Nagu näete, on jäähiiglased välimuselt üsna erinevad: näiteks väike metaanisegu (umbes 1%) muudab Neptuuni palju sinisemaks.
Üheksanda planeedi otsene tuvastamine kinnitab Batõgini ja Browni õigsust, võimaldab selgitada Päikesesüsteemi ajalugu, kuid see taevakeha ise, isegi uue põlvkonna teleskoopide kasutuselevõtuga, jääb vaevalt fotodel enamaks kui täpiks. Päikesesüsteemi üheksandat planeeti, mis on "tagahoovis", on paradoksaalselt keerulisem uurida kui teisi kuumade Jupiteritega teiste tähtede lähedal, kuid see annab parema ülevaate nende objektide käitumisest, mis on juba ammu teada.
Paberist arvutiteni
Neptuun oli esimene planeet, mis avastati "suleotsast" - arvutuste ja Uraani liikumise analüüsi põhjal, mis liikus välise külgetõmbe tõttu muutuva kiirusega. Mida suurem on taevakehade vaheline kaugus ja mida suurem on nende kehade arv, seda keerulisem on nende trajektoori arvutada. Füüsikud ja matemaatikud teavad, et kahe keha pöörlemise probleemi ühise massikeskme ümber on suhteliselt lihtne lahendada ning neil on vastus orbiidi täpse kirjeldusega võrrandi vormis, kuid kolme keha kombinatsiooni on palju raskem arvutada. Täpsemalt, kolme või enama keha süsteemil puudub analüütiline lahendus, see tähendab, et on võimatu saada valemit, mis kirjeldaks nende liikumist suvaliselt pika aja jooksul.
Päikesesüsteemi areng vastavalt Nizza mudelile. Sinine näitab Uraani orbiiti, sinine - Saturn, oranž ja roheline aga vastavad Saturnile koos Jupiteriga. Selle mudeli järgi vahetasid Uraan ja Neptuun kohad ja kogu tee mööda "hiiglaslikud planeedid" tühjendasid väikeste objektide planeedisüsteemi. Mudelil on mitmeid modifikatsioone - viidates näiteks teise gaasihiiglase olemasolule, mis visati täielikult tähtedevahelisse ruumi. Joonis: AstroMark / Wikimedia.
Päikesesüsteemi modelleerimine toimub ainult ligikaudsete meetoditega. Piisavalt suurte arvutusressursside kulutuste korral on süsteemi elementide liikumist võimalik arvutada meelevaldselt vajaliku täpsusega, kuid mõnikord põhjustavad ebaolulised kõrvalekalded algtingimustest mõne aja möödudes mudeli täiesti erineva käitumise. Laiemale üldsusele on see efekt tuntud kui liblika efekt. Selle mõju all on planeetide ja asteroidide liikumine ning õhumasside käitumine, seega pole Päikesesüsteemi ajaloo rekonstrueerimine mingil juhul keerukam kui ilmaprognoos pikka aega. Ja hüpoteetilise planeedi arvutamise katsed on võrreldavad kõigi orkaani tagajärgede prognoosimise ülesandega - siin peate silmitsi seisma nii täpse teabe kui ka arvutusvõimsuse puudumisega.
Enne moodsate arvutite tulekut jäi tuhandete kehade liikumise korraga arvutamine peaaegu lahendamatuks probleemiks. Nizza mudeli ilmumine, mis kirjeldab gaasihiiglaste käitumist pärast nende moodustumist gaasi ja tolmu kettalt, sai võimalikuks arvutite abil. Üheksanda planeedi argumendid põhinevad ka arvutustel, mida ei saa teha paberi ja pliiatsi abil. Üheksanda planeedi avastamine, kui see aset leiab, ei ole lihtsalt Neptuuni või Pluuto ajaloo kordamine, vaid uus ajalugu, mis sada aastat tagasi oleks olnud võimatu.
Aleksei Tõmošenko
