Планета номер девять… И десять?
Существует ли на границе Солнечной системы планета с массой в десять раз больше массы Земли? В 2014 году астрономы обнаружили, что орбита недавно открытого транснептунового объекта 2012 VP113 была странным образом согласована с группой других объектов. Два года спустя Константин Батыгин и Майк Браун из Калифорнийского технологического института в Пасадине подробно изучили эти орбиты и обнаружили, что шесть объектов следуют по эллиптическим орбитам в одном направлении, и их углы наклонения по отношению к плоскости эклиптики одинаковы. Они предположили, что их может выровнять планета, расположенная по отношению к этим объектам с другой стороны Солнца. Вытянутая орбита этой планеты предположительно простирается в области от 200 а. е. до 700 а. е. Чтобы совершить один оборот вокруг Солнца, ей требуется от 10 000 до 20 000 земных лет.
Если существование новой планеты подтвердится, она может подхватить корону, утраченную Плутоном, который был разжалован из планет и понижен в своем статусе до карликовой планеты. Браун, который в «Твиттере» сам себя называет «плутокиллером», сыграл в развенчании Плутона как планеты не последнюю роль. В 2005 году именно он обнаружил объект размером с Плутон, теперь известный под именем Эрида, что и привело к тому, что оба объекта были отнесены к карликовым планетам.
Вытянутая траектория гипотетической транснептуновой планеты позволила некоторым ученым высказать предположение, что когда-то она была экзопланетой. Не исключено, что в прошлом Солнце захватило ее. Тогда понятно, почему ось вращения Солнца наклонена к плоскости, в которой вращаются вокруг него другие большие планеты, – а они вращаются вокруг Солнца в плоскости, наклоненной на 6° относительно экватора Солнца. Это смещение могло быть вызвано силами гравитации сильно наклоненной Планеты под номером девять.
Однако компьютерное моделирование, которое провели Ричард Паркер с коллегами в Университете Шеффилда в Великобритании, предполагает другой сценарий развития событий. В модели области звездообразования, разработанной учеными, захвату свободно плавающих в космосе планет отводится незначительная роль. Выдвинуто встречное предположение: Планету номер девять вытолкнули из центральной области Солнечной системы, когда происходила глобальная перестройка орбит газовых гигантов.
Если Девятая планета действительно существует, ученые могут ее вскоре открыть – при счастливом стечении обстоятельств. Небольшие возмущения, зафиксированные в орбитальном движении Сатурна, могут быть вызваны полем притяжения этой планеты. Тогда ее следует поискать в направлении на созвездие Кита (рядом с созвездиями Овна и Рыб). По счастливому совпадению, эту небольшую область неба уже «прочесывают» в рамках проекта «Поиск темной энергии» (Dark Energy Survey), изучающего таинственную силу, ответственную за ускоренное расширение Вселенной.
Рис. 4.2. Расположение орбит шести транснептуновых объектов указывает на существование девятой планеты в Солнечной системе.
Более того, за орбитой Нептуна может ждать своего открытия еще одна планета. В 2017 году Кэтрин Волк и Рену Малхотра из Университета Аризоны обнаружили признаки странного эффекта в поясе Койпера. В основном объекты в поясе Койпера вращаются в плоскости эклиптики – так же, как известные планеты, но орбиты объектов на внешнем краю пояса, на расстоянии более 50 а. е., наклонены в среднем на 8° относительно этой плоскости. Такой сдвиг в принципе может быть вызван планетой с массой, примерно равной массе Марса, находящейся на расстоянии около 60 а. е. Но весьма сомнительно, чтобы такая относительно близкая и большая планета осталась до сих пор незамеченной.
Вперед, к облаку Оорта!
Кометы – это скопления пыли и льда, которые вращаются по сильно вытянутым орбитам вокруг Солнца. Налетая на встречный ветер заряженных частиц, струящихся от Солнца, они надувают свои эффектные хвосты. Некоторые из них прилетают из рассеянного диска транснептуновых объектов (ТНО) – притяжение Нептуна и Урана выталкивает эти объекты с их орбит. Периоды обращения таких комет обычно составляют не более 200 лет. У других комет вроде кометы Хейла – Боппа, которая пронеслась мимо Земли в 1997 году, гораздо более длинные орбиты. В афелии они удаляются от Солнца гораздо дальше, чем любой объект из рассеянного диска ТНО. Напрашивается вывод, что они происходят из более отдаленных областей, и Солнечная система окружена тонким ореолом ледяных изгоев, выброшенных из непосредственно примыкающей к Солнцу области миллиарды лет назад под действием гравитационных полей планет-гигантов.
Эту небесную «Сибирь», известную как облако Оорта, назвали в честь голландского астронома Яна Оорта, который предположил ее существование в 1950 году. Пока чисто гипотетическая область – ее еще никто не наблюдал; но, судя по орбитам долгопериодических комет, она должна иметь огромные размеры: возможно, до 100 000 а. е. (15 триллионов км, или 1,6 светового года). На таких огромных расстояниях от Солнца основное влияние кометы будут испытывать не от притягивающих их к Солнцу планет, а, скорее, от ближайших звезд Млечного Пути. Облако Оорта должно быть там, где наша Солнечная система встречается с пустотой межзвездного пространства.
В 2003 году Майк Браун с коллегами из Калифорнийского технологического института (г. Пасадина, США) наблюдали карликовую планету Седну. Она обращается вокруг Солнца по сильно вытянутой орбите, уходя от него в афелии на расстояние, примерно в 1000 раз превышающее расстояние между Землей и Солнцем. Ученые говорят, что облако Оорта лежит внутри так называемой сферы Хилла – околосолнечного пространства, в котором тяготение Солнца удерживает «свои» планеты и другие тела.
Объекты внутри облака Оорта состоят из вещества, оставшегося с момента образования планет. Если мы узнаем, сколько в облаке Оорта объектов и как сильно они отличаются по размерам, то сможем понять, как планеты формировались. Но это не так-то просто. До сих пор мы получали сведения об этом первобытном строительном материале, наблюдая блуждающие кометы и крупнейшие объекты пояса Койпера – у них должен быть сходный состав. Количество и траектории долгопериодических комет, наблюдавшихся к настоящему моменту, позволяют предположить, что облако Оорта содержит триллионы объектов диаметром в один километр или больше, с общей массой, в несколько раз превышающей массу Земли. Это огромное количество вещества не укладывается в наши нынешние представления о формировании Солнечной системы, а значит, наши модели могут нуждаться в фундаментальном пересмотре.
Интервью. К Плутону и далее…
Алан Штерн – инженер и планетолог из Юго-Западного научно-исследовательского института в Боулдере (штат Колорадо, США). Он – ведущий исследователь миссии «Новые горизонты», экспедиции, посланной НАСА на Плутон (и за его пределы). Это интервью взял у него корреспондент журнала New Scientist в 2016 году.
– Что больше всего впечатляет по итогам пролета зонда «Новые горизонты» около Плутона?
– То, что он такой поразительный. Каждый найдет здесь что-то интересное для себя – горы и голубые небеса, активные геологические процессы и ледяные поля, много разных типов местности и форм активности. Кроме того, у него несколько спутников. С научной точки зрения это целый кладезь информации.
– Давайте взглянем поглубже в космос. Как вы думаете, может ли существовать большая планета в облаке Оорта, в пространстве за пределами пояса Койпера?
– Абсолютно в этом уверен. Вряд ли что-то другое может объяснить факты, которые у нас есть.
– Сколько времени нужно зонду, чтобы добраться до планеты в облаке Оорта?
– Вначале ее нужно найти, что само по себе представляет большую проблему. Не забывайте, что облако Оорта в сто раз дальше от Солнца, чем Плутон. «Новые горизонты» – самая быстрая межпланетная станция из когда-либо запущенных в космос, но и ей потребовалось десять лет, чтобы долететь до Плутона. Достигнуть облака Оорта с помощью современных технологий – это тысячелетнее путешествие.
– Когда зонд «Новые горизонты» отправился в полет, Плутон считали планетой. Вскоре после этого его понизили до карликовой планеты. Как вы к этому относитесь?
– Международный астрономический союз (МАС) решил сформулировать определение планет, которое ограничивало бы их количество – специально для того, чтобы школьникам не приходилось запоминать слишком много названий. Я не считаю, что это правильно с точки зрения науки. Во внешней области Солнечной системы мы видим объекты, у которых есть все характеристики планет, и мы не должны беспокоиться о том, сколько их. Мы же спокойно относимся к тому, что вокруг нас много звезд и галактик! У меня были дебаты на американском радио с одним из астрономов, который поддерживает позицию МАС в этом вопросе. Он сказал: «Моя маленькая дочка не сможет запомнить названия 50 планет». Я ответил ему: «Тогда давайте вернемся в то время, когда США состояли из восьми штатов».
– Почему определение, данное МАС для планеты, не совсем верно?
– МАС ввел критерий, что планета должна контролировать свою орбитальную зону – то есть «очищать» ее от других объектов. Но эти зоны становятся все больше по мере того, как вы удаляетесь от Солнца: зона, в которой пролегает орбита Плутона, больше, чем у всех других планет, вместе взятых. Если вы поместите Землю на орбиту Плутона, по этому определению она не будет квалифицироваться как планета.
– Вы выступили с инициативой организовать компанию Golden Spike по продаже билетов в коммерческие поездки на Луну. Как идут дела в этом направлении?
– Это большое предприятие, его цель – объединить планируемые экспедиции на Луну. Дела продвигаются медленнее, чем мы первоначально ожидали. Но это особенность не только компании Golden Spike: ни одна коммерческая компания, связанная с космическими полетами, не может похвастаться быстрым продвижением вперед. Возьмите суборбитальные полеты. Эту идею начали разрабатывать в 2004 году, и платежеспособные клиенты ожидали, что полеты в космос стартуют через несколько лет. Прошло 12 лет, и космические туристы все еще в ожидании.
– Почему вы так страстно отстаиваете коммерческое освоение космоса частными компаниями в противовес государственным инициативам?
– Государственные космические агентства являются лидерами на самом переднем крае: они разрабатывают технологии и техническое оснащение. Как правило, они первыми запускают межпланетные станции на орбиты вокруг других планет; некоторые модули даже высаживаются на них. Но у государственных агентств ограничены ресурсы. Чтобы стать по-настоящему космической цивилизацией, мы должны проникать в космос разными путями. Благодаря частным промышленным компаниям можно добиться многократного повышения эффективности.
– Как вы связаны с компанией Blue Origin, созданной основателем Amazon Джеффом Безосом для космического туризма?
– В течение почти четырех лет, пока зонд «Новые горизонты» находился между Юпитером и Плутоном, я работал консультантом в разных коммерческих космических компаниях и университетах. По просьбе Джеффа Безоса я помогал его компании Blue Origin, которая намеревалась использовать ракету-носитель New Shepard для научных и образовательных целей. Я и сам собираюсь в будущем совершить путешествие в капсуле New Shepard вместе с космическим экипажем.
– Что вы можете рассказать о своей работе с компанией Virgin Galactic?
– Я помогаю компании Virgin Galactic развивать научно-исследовательское и образовательное направления. Когда я работал в Юго-Западном научно-исследовательском институте в Боулдере (штат Колорадо, США), мы разрабатывали программу суборбитальных полетов, причем компания Virgin Galactic готовила один из двух космических аппаратов для полетов; другим был космический аппарат Lynx, разрабатываемый компанией XCOR. С помощью компании Virgin мы планируем осуществить три полета, чтобы провести медикобиологические эксперименты, испытать методы дистанционных исследований и поставить некоторые опыты в состоянии микрогравитации. В полетах будут участвовать три исследователя, включая меня.
– Вы также основали компанию Uwingu, которая за определенную плату позволяет людям давать названия объектам на Марсе и недавно открытым экзопланетам. Что происходит с деньгами, которые вы собираете?
– Вырученные средства мы направляем на гранты космическим организациям, научным сотрудникам и аспирантам, занимающимся космической тематикой. Мы гордимся своим участием в поддержании интереса общественности к космосу. Наша деятельность преследует три цели: держать людей в курсе космических исследований, создавать источник доходов для нашей компании и обеспечивать гранты для космических организаций и частных лиц.
– Насколько большой интерес вызывает у людей возможность присваивать имена объектам на Марсе?
– На Марсе полмиллиона безымянных объектов. За два года нашей деятельности названия получили почти 20 000 объектов. Простые люди охотно дают имена космическим объектам. Параллельно мы создаем полную карту Марса, и с участием всех желающих это происходит намного быстрее.
– МАС, который является непререкаемым арбитром в деле наименования тел в Солнечной системе и отдельных деталей на их поверхности, недавно запустил свою собственную публичную схему наименования экзопланет. Как вы к этому относитесь?
– Многие члены МАС говорили мне, что действия, предпринятые Uwingu, стимулировали их собственную активность. В галактике около 160 миллиардов планет, а на Земле только 7 или 8 миллиардов людей, поэтому планет на всех хватит.
Почему мы не видим облако Оорта?
Размер типичного объекта в облаке Оорта – порядка нескольких километров, и такой объект находится в полнейшей космической темноте. Он слишком слаб и далек, чтобы наши телескопы могли его обнаружить. Но объекты облака Оорта должны затмевать и отклонять лучи света, исходящего от далеких звезд, а эти эффекты могут помочь астрономам измерить размеры интересующих тел и расстояния до них. Мерцание из-за турбулентности в земной атмосфере делает обнаружение объектов из облака Оорта с помощью наземных детекторов невозможным, но будущие обзоры на космических телескопах смогут обнаружить их в большом количестве.
