Сколько же планет в Солнечной системе?

Майк Браун и Константин Батыгин признают, что вычисленную ими Планету Х пока нельзя разглядеть ни в какой телескоп. Фото с сайта www.caltech.edu

Ровно неделю назад астрономы Майк Браун и Константин Батыгин из Калифорнийского технологического института в Пасадене (США) сообщили об обнаружении за пределами орбиты Плутона объекта размером с Нептун, который в 10 раз тяжелее Земли, – кандидата в девятую планету Солнечной системы. Результаты математического моделирования поисков Планеты Х авторы опубликовали в Astronomical Journal.

Какова же общая схема устройства Солнечной системы на сегодня?

Пояс Койпера, Облако Оорта

Восемь крупных планет располагаются в области, простирающейся до орбиты Нептуна (30 астрономических единиц от Солнца; а.е. – это расстояние от Земли до Солнца, примерно 150 млн км). Подобную схему сообщество астрономов утвердило на Генеральной ассамблее Международного астрономического союза (МАС) в 2006 году в Праге. (Автор в то время был в составе рабочей группы МАС по изучению планет и участвовал в разработке новых представлений о строении Солнечной системы.)

Перед этим открытие большого количества малых транснептуновых тел убедило ученых, что до расстояния около 55 а.е. от Солнца существует отдельная структура, которую назвали Поясом Койпера в честь выдающегося исследователя планет Дж. Койпера. С тех пор как в 1992 году существование этого пояса было окончательно подтверждено, число открытых объектов в этой части Солнечной системы превысило 1000. В настоящее время предполагается, что более 70 000 тел с диаметром более 100 км пока еще не обнаружено.

Как известно, первоначально Плутон, один из крупнейших объектов Пояса Койпера, считался полноправной планетой. Однако при более пристальном изучении его физических свойств и параметров орбиты Плутон был назван карликовой планетой и включен в число объектов Пояса Койпера. Действительно, орбита Плутона оказалась очень странной. Она вытянута настолько сильно, что временами Плутон движется внутри орбиты Нептуна, формально становясь не девятой, а восьмой планетой Солнечной системы. Последний раз это явление наблюдалось в период с 1969  по 2009 год. Теперь мы уже точно знаем, что по массе и составу Плутон напоминает прочие сотни объектов Пояса Койпера.

Еще в тысячи раз дальше от Солнца расположено так называемое Облако Оорта – гипотетическая сферическая область Солнечной системы, служащая источником долгопериодических комет. Инструментально существование Облака Оорта до сих пор не подтверждено, однако многие косвенные факты указывают на его несомненное существование.

Где же край Солнечной системы?

Это может показаться невероятным, но современная космическая техника позволила нам дотянуться до самых дальних областей нашей Солнечной системы и получить измерения расстояний невиданного масштаба. Запущенный в сентябре 1977 года космический аппарат «Вояджер-1» после выполнения программы исследований планет-гигантов Юпитера и Сатурна продолжил свой полет и в настоящее время находится в рабочем состоянии, выполняя дополнительную миссию по определению местонахождения границ Солнечной системы.

5 января 2016 года «Вояджер-1» удалился на 20 млрд км, или 0,002 светового года (около 134 а.е.). Чтобы получить сигнал, посланный радиопередатчиком этого космического путешественника, на Земле приходится ждать 18 часов и 32 минуты!

Еще в конце августа 2012 года датчики космического аппарата зафиксировали резкое снижение регистрируемых частиц солнечного ветра. В отличие от предыдущих измерений в этот раз тенденция к снижению потока частиц солнечного происхождения устойчиво сохранялась, что могло указывать на реальный выход «Вояджера-1» в межзвездное пространство. Однако официальный комментарий ученых от 20 марта 2013 года гласил, что «Вояджер-1» еще не достиг межзвездного пространства, несмотря на отсутствие солнечного ветра.

Последним индикатором выхода за пределы гелиосферы должна была стать смена направленности магнитного поля. И только 12 сентября 2013 года руководители эксперимента подтвердили, что «Вояджер-1» вышел за пределы гелиосферы Солнечной системы и окончательно оказался в межзвездном пространстве. Таким образом, с тех пор уже более двух лет аппарат, созданный на Земле, движется среди звезд нашей Галактики!

«Открытие на кончике пера»

Изображение девятой планеты – это только результат математического моделирования. Иллюстрация с сайта www.caltech.edu

Такое понятие, относимое к астрономической науке, родилось в середине XIX века. Тогда в результате математических расчетов, основанных на изучении гравитационных возмущений орбиты планеты Уран, некоторые ученые высказали предположение о существовании еще одной неведомой планеты-гиганта. Позднее астрономы-наблюдатели действительно обнаружили новую планету, названную Нептуном, в той области Солнечной системы, где она и должна была находиться, согласно расчетным предсказаниям.

Дальнейший анализ нарушений в орбите Урана привел к мысли, что за пределами орбиты Нептуна может таиться еще одна, девятая планета. И через годы поисков в 1930 году был открыт Плутон. Правда, эта новая планета оказалась слишком мала, чтобы иметь сколько-нибудь значимое влияние на орбиту Урана. И, вероятно, связь с математическими предсказаниями была случайной.

Еще 50 с лишним лет спустя новые расчеты, основанные в том числе на измерениях траектории «Вояджера-1», показали, что орбиты Урана и Нептуна прекрасно можно было описать и без привлечения какой-либо новой планеты. Тем не менее красивый миф остался в истории астрономии, по-видимому, заслуженно. Ведь именно теоретические расчеты побудили астрономов сосредоточить усилия наблюдателей на обнаружение новых объектов за пределами границ тогдашней модели Солнечной системы.

И вот современные охотники за Планетой Х – Майк Браун и Константин Батыгин – в известной степени повторяют уроки прошлого. Согласно результатам многомесячного компьютерного моделирования, основанного на анализе гравитационных возмущений орбит нескольких объектов Пояса Койпера, высказано предположение, что в Солнечной системе, вероятно, есть еще одна удаленная планета размером с Нептун. По расчетам это тело может совершать полный оборот вокруг Солнца за 10–20 тыс. лет.

Выполненное моделирование может с какой-то долей вероятности указывать на массу, вызывающую гравитационные эффекты. Скептики ссылаются на сравнительно небольшую статистическую значимость полученных результатов, полагая, что выявленные эффекты в конечном итоге могут оказаться простыми совпадениями (вспомним детали открытия Плутона!). Поэтому решающими аргументами в пользу существования новой Планеты Х могут быть только астрономические наблюдения. А вот здесь перспективы пока не обнадеживают. Самые крупные телескопы на Земле в настоящее время не могут обнаружить данный объект.

Авторы гипотезы полагают, что по размерам вновь обнаруженное тело примерно в 10 раз больше нашей Земли. Но даже при полном доверии к факту существования такого гравитирующего (обладающего большой массой) объекта нельзя исключать возможности, что это не монолитное тело, а несколько тел, расположенных в относительной близости друг к другу. Их суммарное гравитационное влияние может быть таким, как показали вычисления, а размеры будут находиться за пределами возможностей современных телескопов.

Примером реальности такого варианта может служить наша собственная Земля вместе со своим спутником Луной, которая всего лишь в 81 раз по массе меньше своей планеты.

Поэтому, если учесть еще и такую возможность строения рассматриваемого гипотетического объекта, вероятность увидеть его с помощью наземных телескопов еще больше уменьшается. Правда, есть небольшая вероятность того, что при благоприятных стечениях обстоятельств новая Планета Х может стать увиденной.

Зоркий глаз «Новых горизонтов»

В тот же год, когда международное сообщество астрономов решило «судьбу» Плутона, для его подробного исследования был запущен космический аппарат «Новые горизонты».

Поскольку полная миссия автоматической межпланетной станции была рассчитана на 15–17 лет, аппарат «Новые горизонты» покинул окрестности Земли с самой большой из всех космических аппаратов скоростью. В момент выключения двигателей она составила 16,26 км/с. Интересно отметить, что такое необычное начало далекого путешествия космическому страннику обеспечил мощный двигатель первой ступени ракеты-носителя «Атлас V» РД-180. Самый мощный на то время двигатель был оснащен двумя камерами сгорания и двумя соплами. РД-180 был разработан и изготовлен в России на НПО «Энергомаш» имени академика В.П. Глушко.

Итак, запущенный в январе 2006 года космический аппарат «Новые горизонты» в 2015 году приблизился к Плутону и начал его исследование. В течение года были получены снимки поверхности планеты в высоком разрешении, а также изображения всех пяти известных спутников Плутона. Если у планеты есть еще другие, неизвестные пока спутники, то их размеры, по оценкам исследователей, не превышают 20 км. Все более крупные тела неизбежно попали бы в поле зрения зоркого глаза космического аппарата.

Но этими данными сведения о системе Плутона не ограничиваются. С учетом медленного характера передачи информации с борта космического аппарата, при условии непрерывной работы систем связи после пролета Плутона все научные данные будут передаваться на Землю более года, до октября–декабря 2016 года.

А затем космический аппарат «Новые горизонты» в январе 2019 года  войдет в область Пояса Койпера. В это время аппарат будет находиться на расстоянии 43,4 а.е. от Солнца. Это как раз та область, в которой, согласно сделанным математическим расчетам, может оказаться новая Планета Х. Теоретически видеокамеры космического аппарата могли бы наблюдать этот объект, если он действительно существует. Но ряд сложностей обнаруживается и в данном случае.

Прежде всего авторы гипотезы признают, что выполненное ими моделирование не позволяет достаточно уверенно предсказать положение объекта на его орбите в заданный момент времени. А без такой информации невозможно ориентировать камеры аппарата в нужном направлении. Соответственно возможности поиска нужного объекта путем изменения положения межпланетной станции оказываются минимальными. При этом следует еще учесть, что из-за удаленности космического аппарата время прохождения на его борт команд с Земли и ответных сигналов исчисляется многими часами.

Таким образом, перспектива окончательного решения вопроса о существовании еще одного крупного объекта Пояса Койпера или еще одной планеты Солнечной системы остается пока весьма неопределенной.

Поиски Планеты Х продолжаются.