9 удивительных фактов о новой девятой планете солнечной системы (10 фото + 1 гиф)

Блуждающий Юпитер

Планеты рождаются вслед за своими звездами. Звезда возникает при схлопывании газового облака в плотный шар. Из остатков газа и пыли вокруг нее формируется диск, который затем и превращается в отдельные планеты.

Раньше астрономы полагали, что планеты Солнечной системы сформировались на своих нынешних орбитах. В непосредственной близости от горячей молодой звезды газ и лед находиться не могли — единственными возможными «строительными материалами» в этом регионе должны были быть силикаты и металлы, поэтому там и сформировались относительно небольшие твердые планеты. Вдали же от Солнца из газов и льдов возникли газовые гиганты, известные нам сегодня.

Image caption

Горячие юпитеры могли мигрировать ближе к своим звездам, а потом снова отдаляться от них

Однако в процессе поиска экзопланет астрономы обнаружили газовые гиганты, обращающиеся чрезвычайно близко к своим звездам – и это притом, что температуры на таких орбитах были бы слишком высокими для возникновения этих планет. Ученые пришли к выводу, что такие горячие юпитеры, вероятно, постепенно мигрировали ближе к своим звездам. Более того, планетарная миграция может быть весьма распространенным явлением — не исключено, что газовые гиганты Солнечной системы тоже в прошлом меняли свои орбиты.

«Раньше мы считали, что гигантские планеты находятся на своих нынешних орбитах с момента возникновения. Это был наш основополагающий постулат», — говорит Кевин Уолш, планетолог из Юго-западного научно-исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. Теперь же, по его словам, этого постулата больше не существует.

Уолш — сторонник гипотезы большого отклонения (Grand Tack hypothesis), названной так в честь зигзагообразного маневра в парусном спорте. Согласно ей, Юпитер начал менять орбиту в ранний период истории Солнечной системы, причем сначала планета приближалась к Солнцу, а затем начала удаляться от светила — подобно лавирующей яхте.

В соответствии с этой гипотезой, первоначальная орбита Юпитера была несколько уже нынешней — планета сформировалась на расстоянии примерно в три астрономические единицы от Солнца (одна астрономическая единица соответствует среднему расстоянию между Солнцем и Землей). В то время Солнечной системе было всего несколько миллионов лет — детский возраст в масштабах Вселенной, — и она все еще была наполнена газом.

По мере обращения Юпитера вокруг Солнца газ с внешней стороны орбиты поддталкивал планету ближе к светилу. Когда же за пределами юпитерианской орбиты сформировался Сатурн, это привело к возмущению газового поля, и центростремительное движение Юпитера прекратилось на расстоянии примерно в полторы астрономические единицы от Солнца.

Image caption

Возможно, формирование Сатурна остановило процесс миграции Юпитера

После этого на Юпитер начали оказывать давление газы с внутренней стороны его орбиты, отталкивая планету во внешние регионы Солнечной системы. Поскольку с внешней стороны орбиты давить на Юпитер было уже нечему, он отдрейфовал на свою нынешнюю орбиту на расстоянии в 5,2 астрономической единицы от Солнца.

Предложенная гипотеза пришлась по душе планетологам, поскольку объясняла многие ранее непонятные феномены Солнечной системы. Благодаря «зигзагам» Юпитера регионы Солнечной системы, лежащие далее 1 астрономической единицы от Солнца, очистились от газа — по мнению астрономов, это являлось необходимым условием для формирования Марса. В рамках предыдущих моделей возникновения Солнечной системы выходило, что Марс должен быть крупнее, чем он есть на самом деле , но в гипотезу большого отклонения реальный диаметр планеты как раз вписывается.

Гипотеза также предполагает возникновение пояса астероидов, очень сходного с тем, что мы наблюдаем в Солнечной системе, — со сходными массами, орбитами и составом небесных тел. Хотя новая модель не раскрывает причины возникновения Юпитера (ответа на этот вопрос пока ни у кого нет), она объясняет, каким образом планета оказалась на своей нынешней относительно далекой от светила орбите.

Лафлин признает, что гипотеза большого отклонения представляется излишне заумной и даже несколько маловероятной. «Она вызывает определенный скептицизм; я сам поначалу относился к ней скептически, и в какой-то степени до сих пор в ней сомневаюсь», — говорит ученый. Но, учитывая успех, которым пользуется эта модель, Лафлин и его коллега-планетолог Константин Батыгин из Калифорнийского технологического института в Пасадене решили ее развить. «Давайте на время оставим наше недоверие, — говорит Лафлин. — Отнесемся к гипотезе серьезно и спросим себя, к каким последствиям могла привести миграция Юпитера».

Она может являться межзвездным путешественником

Основная проблема космоса заключается в том, что он очень и очень большой. Поэтому одно из величайших препятствий его изучения заключается в том, что у нас просто нет возможностей добраться до тех или иных его уголков за относительно разумный по человеческим меркам промежуток времени. Кроме того, в космосе нет никаких заправок на тот случай, если в рамках космического путешествия у нас закончится топливо. Девятая планета может отчасти решить эту проблему.

Тем же способом, каким астронавты миссии «Аполлон-13» использовали Луну в качестве «гравитационной рогатки», которая позволила добраться аппарату обратно на Землю, будущие космические исследователи смогут использовать мощнейший гравитационный пул Девятой планеты для ускорения их космических аппаратов до более высоких скоростей, ускоряя их движение дальше в неизвестность космической тьмы. Этот процесс, известный также как «гравитационный маневр», помогал аэрокосмическому агентству NASA множество раз. Благодаря этому процессу, например, удалось ускорить движение космического зонда «Вояджер», а также межпланетного космического аппарата «Новые горизонты». Оба использовали гравитационные силы Юпитера для ускорения в сторону внешних границ Солнечной системы. То же самое можно будет проделывать и с Девятой планетой.

Видео: Открыта новая Девятая планета Солнечной системы.

Конечно же, пока это все лишь в теории. Такие планеты, как Юпитер, чьи характеристики ученым более или менее уже известны, позволили NASA точно высчитать время нужного ускорения для движения в правильном направлении и при правильной скорости. Однако орбитальный период Девятой планеты, составляющий по скромным меркам 10 000 лет, означает, что космическим аппаратам придется находиться на одном месте несколько сотен лет, чтобы правильно угадать нужную траекторию дальнейшего движения. Другими словами, данный гравитационный маневр будет полезен только для движения в определенных направлениях, и необязательно в тех, которые нам будут нужны. Помимо этого, если окажется, что плотность Девятой планеты такая же низкая, как, скажем, у Нептуна, то гравитационное ускорение окажется совсем незначительным. Тем не менее идею не следует хоронить сразу. По крайней мере пока мы не узнаем больше о самой девятой планете.

Выдержки из манускрипта Колбрина

«Разрушения и воссоздания Земли было не единожды, но дважды. Во время великого уничтожения Земли, Бог сделал дракона из неба. Дракон был страшен и хлестал хвостом. Он дышал огнем и раскаленными углями, и великая катастрофа настигла человечество. Тело дракона имело ярко красное свечение, а сзади был хвост дыма. Он выбросил золы и горячих камней. Приход его вызвал гром и молнии, а моря вышли из своих берегов, разливаясь повсюду… Затем настал день, когда все стихло и наполнилось страхом, ибо Бог повелел появиться в Небесах признаку, чтобы люди знали, что Земля будет сокрушена, и этим признаком была странствующая звезда. Звезда росла и увеличивалась до большой яркости, и созерцать ее было страшно. Она выдвинула рога и загудела, став непохожей на любую другую когда-либо видимую ранее. Затем в Небесах явился Бог. Его голос звучал, как раскаты грома, и Он был облачен в огонь и дым. В Своей деснице он нес молнии. А Его дыхание нисходящее на Землю, несло с собой жар и серу.»

Полный текст манускрипта

Их десять

Сведения о новой находке в Солнечной системы быстро разнеслись по всему миру, люди стали задавать вопрос: «А как называется девятая планета и есть ли другие открытия?». Пока что это тело никак не называют – Планета Х.

Ученые решили провести исследования пояса Койпера с целью выявления объектов, подходящих под условные описания. В ходе анализа они нашли второй Марс и еще тысячи интересных тел, с которыми еще предстоит работать. Эту находку стали называть десятой планетой. По расчетам, близнец Марса удален от Солнца на 50 световых лет, а орбита имеет наклон к эклиптике на 8 градусов. Находка оказывает некоторое влияние на объекты пояса. По предположению, в древности она располагалась ближе к светилу, а сейчас ее выкинуло на самый край орбиты.

Последние открытия планет

С самых древних времен было известно всего 6 планет и это неудивительно поскольку все они видны невооруженным глазом. Другие две планеты Уран и Нептун были открыты только после изобретения телескопа, четыре столетия назад, Галилео Галилеем. Телескопы расширили возможности людей. Несмотря на такое преимущество, с 1930 года после открытия карлика Плутона, никаких значимых прибавлений в Солнечном семействе планет не случалось.

Открытие Плутона.

Люди многое узнали об этих малых телах. Огромное число ледяных объектов, населяют пространство от орбиты Нептуна до самых дальних рубежей за пределами гелиосферы. Именно малые тела, рассказали людям занимательную историю о замысловатой динамике системы и открыли ее драматичное прошлое. Большинство транснептуновых тел, в поясе Койпера, находится на вполне предсказуемых орбитах, но поиски планет на этом не остановились. Солнечная система преподнесла людям много сюрпризов. Открытый в 1993 году пояс Койпера, начали тщательно исследовать, искать в нем намеки на существование других массивных объектов на периферии.

Пояс Койпера

Неудачные предположения

Первое предложение от астрофизиков о новой планете, пришло в 2002 году. Резкое падение численности объектов пояса койпера объясняли влиянием планеты размером с Марс на расстоянии 60 астрономических единиц. Но оказалось, что расчеты не согласуется с наблюдениями.

Похожие неудачные предположения появилась в 2008 году для объяснения более тонких свойств пояса Койпера. Другие идеи высказывали после открытия более отдаленных объектов, слабо связанных с Нептуном, таких как (2000 CR105). Его орбиту могло бы объяснить взаимодействие с новой планетой, но как оказалось она вполне объясняется влиянием известных планет. С другой стороны орбита Седны (Sedna), перигелий (ближайшая к солнцу точка) у которой 76 астрономических единиц, действительно можно объяснить лишь воздействием извне: либо планетой, либо ближайшими звездами. Хотя в исследовании 2006 года, численные моделирования показали, что орбиты (2000 CR105) и Седны может объяснить планета с массой Нептуна или вплоть до Юпитера находящаяся на удалении от 100 до 1000 астрономических единиц.

Независимое предположение выдвинули в 2014 году, после открытия нового малого тела (2012 VP113) далеко за сферой влияния планет. Астрономы подметили, что перигелий объектов дальше 150 астрономических единиц, кучкуется в небольшой области пространства. Астрономы предположили что планета, с массой несколько земных, может поддерживать такое группирование посредствам резонанса Козаи — Лидова. Тело с массой 5 земных на орбите с радиусом 210 астрономических единиц, способно стабилизировать орбиту объекта (2012 VP113), но объяснить тем же механизмом стабилизацию орбит других похожих объектов, не удалось. В итоге оказалось что объяснение резонансом Козаи — Лидова, требует одновременного существования нескольких планет.

Совсем недавно в 2017 году обнаружилось что плоскость пояса в пределах от 50 до 80 астрономических единиц, необычно наклонена по отношению к Солнечной системе. Предположили объект с массой Марса на сильно наклоненной орбите. Такая орбита в принципе возможна, но объект был бы ярче 17-звездной величины. Так что за 170 лет, было предложено несколько планет за Нептуном, но все эти предположения полагаются на выборочный анализ данных.

Гипотеза 9 планеты, рассматривает архитектуру транснептуновой области Солнечной системы в целом, и описывает динамические механизмы, посредством которых девятая планета формирует орбиты на окраине Солнечной системы. Перед тем, как перейти непосредственно гипотезе затронем еще одну тему, ознакомимся со структурой солнечной системы за орбитой Нептуна.

Это ледяной гигант

По мнению Брауна и Батыгина, в отличие от Плутона и Эриды, новая Девятая планета является действительно полноценной (не карликовой). Браун в интервью издательству New Yorker даже поделился своим предположением о том, что «девятая планета — «самая планетная планета» среди всех планет Солнечной системы». Обычно мы называем планетами объекты, «которые доминируют своими гравитационными силами над расположенными по соседству объектами. Плутон является рабом гравитации Нептуна. Однако Девятая планета обладает самой большой площадью гравитационного доминирования среди всех известных планет Солнечной системы. И уже хотя бы по этой причине мы можем с уверенностью говорить, что эта находка действительно является девятой планетой. Зная это, мы можем заключить, что это совсем не маленький объект. Он по крайней мере в 10 раз массивнее Земли и примерно в 5 тысяч раз массивнее Плутона».

Предположительный размер объекта может говорить нам о его одной из важнейших характеристик — составе. Чем больше планета, тем толще у нее атмосфера, так как она производит все больше газовых элементов в результате процесса, носящего название аккреция. Этот процесс, например, объясняет, почему такие планеты, как, например, Земля и Марс, могут достигать только определенного размера до того момента, как превратятся в газовые гиганты вроде Юпитера или Сатурна. Ледяные гиганты, в свою очередь, располагаются где-то посередине этой классификации. Их атмосфера тоже плотная и состоит практически из тех же самых составляющих, из которых состоит атмосфера газовых гигантов, однако эти планеты гораздо меньше по своим размерам.

Размер Девятой планеты больше любой другой скалистой планеты, но в то же время меньше, чем размер любого газового гиганта. Это, в свою очередь, может намекать об их принадлежности к такой странной категории, как ледяные планеты. Ученые пока не пришли к совместному согласию того, как образуются ледяные гиганты. Большинство принятых моделей формирования газовых гигантов здесь не подходят. В результате вопрос формирования ледяных гигантов остается открытым предметом жарких споров в научном сообществе. Более детальные подробности о Девятой планете могли помочь разрешить все эти споры.

Группирование орбит

По мере открытия все новых и новых дальних объектов, сюрпризы не иссякали. Шаг за шагом, перед астрономами прояснялась замысловатая структура периферии солнечной системы. Оказалось что 7 орбит проявляют любопытные характеристики. Все они лежат почти в одной плоскости и одинаково наклонены, а их перигелии находятся за пределами гравитационного воздействия нептуна в отличие от пояса койпера, где орбиты раскиданы хаотично.

Возможно это совпадение, что орбиты обнаруженных объектов направлены в одну сторону. К счастью статистическую вероятность их случайного группирования, можно рассчитать и эта вероятность около 1%. То есть если создать 100 Солнечных систем, то лишь в одной из них, такая структура появится случайным образом. Казалось бы, что тут такого, может они там были изначально, а еще группирование могло возникнуть от взаимодействия объектов соседней звездой, пролетавшей на близком расстоянии и они заняли свои дальние орбиты.

Но проблема в том, что если эти орбиты предоставить самим себе, то пусть не от Нептуна, но они все равно разбегутся, за относительно короткий срок, за счет прецессии вызванной планетами гигантами. Например, всего за 1 миллион лет, орбита Седны прецессирует на 0,15° градуса, орбита объекта Байден (2012 VP113): — на 0,8° градуса. Через сотню-другую миллионов лет, орбиты рассеются на все 360° градусов. Значит это очень молодая структура. Выходит что-то, какой-то объект, сдерживает их вероятно по сей день. Так что версия со звездными сближения не работает. Звезда должна была пролететь сравнительно недавно. Однако, насколько известно, за последнее время тесных сближения не происходило.

Нельзя было сходу принимать гипотезу новой планеты, которая сдерживает обособленные орбиты. Ведь могут быть другие возможности. Так что весь первый год совместной работы, Браун и Батыгин проверяли и исключали друг за другом возможные логичные модели, объяснения, механизмы и в конце-концов почти что в шутку, был рассмотрен вариант с новой планетой. Несмотря на то, что такие гипотезы закономерно обречены на провал. По состоянию на начало 2019 года, стало известно уже 14 объектов на обособленных орбитах с размером выше 250 астрономических единиц и наклонениями до 40°.

Стрелки показывают направление их перигелиев. На отдельной вкладке изображены векторы их моментов импульса, иначе говоря перпендикуляры к плоскостям орбит. Значок «X» указывает на средние полярные координаты стабильных и метастабильных объектов. Пунктирная окружность: — разброс викторов вокруг среднего значения. Перигелий занимают диапазон от 35 до 80 астрономических единиц. В итоге некоторые объекты пояса Койпера, взаимодействую с Нептуном немного сильнее, поэтому орбиты логично было бы разделить на 3 класса:

  • Стабильные (сиреневые) полностью обособленные от Нептуна.
  • Метастабильные (серые) промежуточный класс.
  • Нестабильные (зеленые).

Можно заметить, так сказать, степень кучкования среди стабильных (сиреневых) и метастабильных (серых) орбит немного плотнее чем у зеленых нестабильных сородичей. Более слабое группирование нестабильных орбит понять немудрено, в этом виноват Нептун. Эти орбиты испытывают хаотичные колебания от Нептуна и в их движениях посторонние влияния чуть сложнее рассмотреть.

Посмотрим как ведут себя орбиты если предоставить их самим себе, на четыре миллиарда лет, бездействие посторонних планет. На разных схемах представлена динамическая стабильность всех удаленных объектов пояса Койпера. Каждый клонирован по десять раз. Эволюция их расстояний от Солнца под воздействием известных планет смоделирована на четыре миллиарда лет жизни солнечной системы.

Разными цветами изображены все 10 проходов для каждого объекта. Стабильность сиреневых обособленных объектов очень наглядна. Серые, метастабильные, испытывают небольшие колебания, но в принципе стабильны в течение возраста солнечной системы.

Элементы орбит дальних объектов пояса Койпера. Верхний график долгота перигелия, нижний долгота восходящего узла. По горизонтали, величина большой полуоси.

И снова цвета зависит от класса динамической стабильности. На обоих графиках ближние объекты до 250 астрономических единиц, разбросаны хаотично. Более дальние опять же более сгруппированы, особенно метастабильные. Более стабильные орбиты, которые не подвержены каким-либо изменениям со стороны известных планет, самые загадочные. Они не только не изменяются во времени, но похоже еще и не подвержены прецессии. Это лишь подтверждает предположение, что самые обособленные объекты, не могут сгруппироваться случайно, если предоставить их самим себе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector