Містер X

Вчора ввечері два головних наукових журнали, і, майже одночасно опублікували замітки про відкриття слідів нової планети в Сонячній системі - «Планети Х». Двоє астрономів з Калтеха проаналізували орбіти шести небесних тіл, що обертаються за межами орбіти Нептуна, і виявили, що на їх рух повинен впливати якийсь раніше не відомий масивний об'єкт. І об'єктом цим швидше за все є ще одна, дев'ята, планета в нашій зірковій системі.

Новина ця майже миттєво облетіла всі світові ЗМІ, проте саме дослідження астрономів на той момент опубліковано ще не було. Ми дочекалися виходу оригінальної статті Брауна і Батигіна і спробували відповісти на найочевидніші питання, які виникають у зв'язку з цим несподіваним (м'яко кажучи) відкриттям.

Так все-таки відкрили планету чи ні?

Ні. Вчені всього лише запропонували механізм, що пояснює дивну поведінку малих об'єктів поясу Койпера. Як і в будь-якій хорошій статті автори згадали допущення, зроблені ними при розрахунках. Наприклад, частина прорахованих орбіт цієї нової планети перетинає орбіту Нептуна, що суперечить багаторічним спостереженням за рухом цього газового гіганта, а гамільтоніан, що використовувався для опису функції руху, не враховує ряд тонкощів, на кшталт резонансної взаємодії орбіт.

А як же красиві картинки, що я бачив в інтернеті?

Планету ще не зареєстрував жоден телескоп, хоча вчені вже використовували телескоп Subaru для попередніх пошуків, так що ми нічого не знаємо ні про хімічний склад, ні про температуру, ні про будову цієї гіпотетичної планети. Навіть якщо її виявлять, виглядати вона на знімках буде лише трохи краще Седни.

Чи можна довіряти розрахункам вчених? Придумали якусь хитру фізику і винайшли нову планету.

У статті використовуються досить довгі формули, наприклад, гамільтоніан займає 4 рядки, проте фізика достатня проста - адже потрібно всього лише описати гравітаційну взаємодію декількох тіл за законом Ньютона. В якості використаної літератури наводиться, наприклад, інститутський підручник з класичної механіки Голдстейна.

Після цього була запущена комп'ютерна симуляція, код розроблений астрофізиком Чамберсом в 1999 році. Вона підтвердила розрахунки і видала діапазон мас і орбіт космічного тіла. Маса в 10 земних була прийнята як найбільш вірогідна, але він цілком може бути як в 5 разів масивніше, так і в 3 рази легше.

Чому орбіти якихось невеликих тіл вказують на існування планети Х?

Сонце визначає рух усіх тіл на відстані до ста тисяч астрономічних одиниць. Ці астероїди, транснептуни, малі планети, комети повинні літати по своїх орбітах і не мати переважного напрямку, нахилення орбіти або її довжини - за мільярди років обурення, що вносяться планетами-гігантами повинні надати цим орбітам повністю випадковий характер. Однак, спостереження за шістьма масивними тілами поясу Койпера показало, що їхні орбіти на подив схожі. Шанси отримати такий збіг - 0,007%. Математичні розрахунки Батигіна і Брауна, а також виконані незалежно від них в 2014-му році комп'ютерні симуляції де ла Фуенте Маркоса показують, що більш імовірним є наявність планети, яка обертається практично в протифазі з цими тілами навколо загального центру мас.

Чи є допоміжні докази?

Так, ряд динамічних особливостей малих тіл поясу Койпера не вдавалося пояснити раніше. Наприклад, існування ще однієї групи транснептунних об'єктів з великими нахилами орбіти ніяк не пояснювалося звичайною гравітаційною взаємодією малих тел. Планета Х вирішує протиріччя.

Кажуть, що в поясі Койпера мільйони об'єктів, а в хмарі Оорта - мільярди. Це все планети? Чому всі так розбурхані?

Пояс Койпера складається з мільйонів дрібних астероїдів, сумарна маса яких не перевищує десятої частини маси Землі, а середній розмір - кілька кілометрів. Гіпотетична хмара Оорта складається з багатьох мільярдів астероїдів і комет, їх загальна маса оцінюється в кілька десятків земних. Тому об'єкт, який один важить як вся хмара - це дійсно значуща подія.

На відміну від інших небесних тіл він названий планетою, тому що планета за визначенням має шароподібну форму і розчистило свою орбіту від дрібних планетезималей (або поглинуло, або розігнало і викинуло, або перетворило на супутник). І тіло масою в 10 земних, безумовно буде мати ці властивості - воно занадто масивно, щоб зватися астероїдом і недостатньо масивно, щоб бути зіркою.

Чому її не відкрили раніше?

Незвичайна поведінка малих тіл була відома раніше і в статті Батигіна і Брауна згадуються роботи, що описують ці особливості і спроби їх пояснення. Наприклад, у роботі Трухільо і Шеппарда передбачається наявність небесного тіла розміром з Седну, а Мадіган і МакКурт вважають, що пояснити незвичайні траєкторії цілком можна і без введення нового масивного тіла. Зараз математична модель, запропонована Батигіним і Брауном, визнана найбільш точною (хоча говорити про успіх можна тільки після виявлення планети телескопом) і найімовірніша інтерпретація схожості нахилення і ексцентриситету орбіт малих тіл - це гравітаційне обурення від «Планети Х».

Як же так - ми бачимо стільки екзопланет у інших зірок, а в своїй Сонячній системі прогавили?

Це дивно тільки на перший погляд: методи виявлення екзопланет принципово не підходять для пошуку «Планети Х». Існує три головних способи шукати екзопланети: транзитний, спектральний і метод мікролінзування. Однак всі три ці методи засновані на аналізі яскравості зірок, навколо яких планети обертаються, - а не на блиску або якихось інших сигналах самих планет. При транзитному методі реєструють ослаблення яскравості зірки, коли тіло, проходячи між спостерігачем і зіркою, її затьмарює. Виходить провал в яскравості, - причому не один, а безліч строго періодичних провалів. Спектральним методом аналізують швидкість «хитання» зірки навколо загального центру мас - воно може вказати на наявність екзопланети. Гравітаційне мікролінзування також засноване на пошуку спотворень у світлі зірки.

Зрозуміло, що жоден з цих методів для пошуку планети в нашій власній системі, а не в інших зірок, не підходить. Можна також додати, що подібну планету людство зараз не зможе виявити у жодної зірки - вона занадто мала, занадто холодна і занадто повільна (якщо, звичайно, існує).

Чому не можна навести туди телескоп і уважніше пошукати планету?

Тому що ми не знаємо точно, де її шукати. Планета буде дуже тьмяною і розташована від Сонця в 1000 разів далі Землі, тому потрібно використовувати потужний телескоп, а у них маленький кут огляду - щоб світло від об'єкта потрапило на дзеркало телескопа, навестися треба прямо на нього. Існуючі ширококутні телескопи або поки не дали результатів (Subaru), або настільки завантажені заздалегідь розпланованими спостереженнями, що не можуть виділити час навіть для такого важливого відкриття.

Що астрономи робитимуть далі?

- Подавати заявки на існуючі ширококутні потужні телескопи (на зразок того ж Subaru або WIYN),

- повторно переглядати старі зображення цієї ділянки неба на предмет виявлення об'єкта, що злегка зрушується,

- шукати нові малі тіла на зразок Седни, щоб по їх орбітах уточнити орбіту Планети Х (або спростувати її існування зовсім),

- чекати запуску нових телескопів (LSST, GMT, E-ELT).

Чи є шанс побачити планету в аматорський телескоп?

Ні. Краще помилуйтеся парадом планет.

Раз вчені прогавили такого гіганта, може, і Нібіру існує і кінець світу можливий?

Ні. Зараз нам відомі орбіти всіх тіл розміром з Місяць в межах орбіти Нептуна, всі потенційно небезпечні астероїди і комети - ніяка нова небезпечна планета не може вискочити «з-за рогу». Водночас космічний телескоп WISE за три роки спостережень показав, що в Сонячній системі немає невідкритих газових гігантів масою понад 100 земних. Однак цей інфрачервоний телескоп шукав планети за власним тепловим випромінюванням, тому порівняно невелику, припустимо покриту льодом, планету він міг просто упустити. Нові планети з масами порядку земних або трохи більше можуть теоретично бути відкриті, але їх орбіти складають десятки тисяч років і їх перигелій (найближча до Сонця точка орбіти) лежить в сім разів далі, ніж орбіта Нептуна, тобто з нами зіткнутися не може ніяк.