О возможном существовании девятой планеты Солнечной системы стало известно в январе 2016 года. С Планетой Х связывают наклон оси вращения Солнца, разрушение планетной системы и возникновение катаклизмов на Земле. В то же время ученые продвинулись в понимании роли этого небесного тела в Солнечной системе, смоделировали его внутреннее строение и предложили гипотезы, объясняющие происхождение Планеты Х. «Лента.ру» рассказывает о последних исследованиях.
О возможном обнаружении за пределами орбиты Плутона Планеты Х сообщили астрономы Майк Браун и Константин Батыгин из Калифорнийского технологического института в Пасадене (США). Вероятная девятая планета Солнечной системы примерно в десять раз тяжелее Земли и вращается вокруг светила по вытянутой орбите (и в наклонной относительно орбиты Земли плоскости) с периодом в 15 тысяч лет. По физико-химическим свойствам она напоминает ледяные гиганты Уран и Нептун. Как полагают Браун и Батыгин, этот космический объект 4,5 миллиарда лет назад был выбит из протопланетного диска вблизи Солнца.
Ближайшее расстояние от него до Солнца — 200 астрономических единиц (это в семь раз больше, чем от Солнца до Нептуна). Максимальное удаление Планеты Х оценивается в 600-1200 астрономических единиц, что выводит ее орбиту за пределы пояса Койпера, в котором располагается Плутон. Вероятность ошибки Браун и Батыгин оценивают в 0,007 процента. Новую планету ученые обнаружили, анализируя оказываемое ею на другие небесные тела гравитационное возмущение.
Физика и химия
Астрономы Эстер Линдер и Кристоф Мордасини из Бернского университета (Швейцария) пришли к следующим выводам о физико-химических свойствах этого небесного тела. Радиус в 3,7 раз больше, чем у Земли. Температура атмосферы, состоящей из водорода и гелия, — минус 226 градусов Цельсия. Под газовой оболочкой — слой водяного льда с температурой минус 63 градуса Цельсия. Еще глубже — тонкий слой силикатной мантии, под которым скрывается железное ядро. Его температура оценивается в 3,4 тысячи градусов Цельсия. По мнению астрономов, Планета Х излучает примерно в тысячу раз больше энергии, чем поглощает, и постепенно охлаждается. Ученые считают, что Планета Х — уменьшенная копия газовых гигантов Урана и Нептуна.
Возможное строение Планеты Х
Изображение: Esther Linder, Christoph Mordasini, Universität Bern
Американские коллеги астрономов полагают, что цвет Планеты Х — темно-синий, темнее Нептуна, который в оптическом диапазоне имеет темно-голубой оттенок, и Урана с его светло-голубой газовой оболочкой. Поскольку температуры на Планете Х крайне низкие, газообразного метана в атмосфере практически нет, в отличие от газовой оболочки Нептуна. Это соединение, по мнению ученых, конденсируется и находится в основании атмосферы планеты или ее облаках.
Залетный гость
Если Браун и Батыгин полагают, что Планета Х была выбита из протопланетного диска вблизи Солнца, то их коллеги из Швеции и Франции думают иначе: небесное тело может быть экзопланетой, которую Солнце захватило у соседней звезды. В своей работе ученые рассмотрели сценарий, согласно которому Планета Х была захвачена Солнцем у другой звезды в своем кластере рождения. Солнце располагалось в группировке из нескольких тысяч молодых звезд, и между ними с низкими скоростями (около километра в секунду) перемещались планеты.
Орбита Планеты Х (отмечено желтым цветом)
Изображение: Caltech / R. Hurt (IPAC)
Для этого требуется одновременное выполнение трех условий. Во-первых, захват Солнцем Планеты Х должен был произойти на расстоянии около 150 астрономических единиц от него (чтобы избежать возмущений со стороны пояса Койпера). Во-вторых, экзопланета должна была вращаться вокруг другой звезды в кластере на большом удалении от нее (от ста астрономических единиц). Это позволило бы Солнцу преодолеть воздействие на Планету Х ее первого светила. Третье условие — после захвата Солнцем экзопланеты возможно воспроизвести текущую динамическую конфигурацию Солнечной системы. В проведенном в рамках задачи N тел моделировании астрономы показали, что все три условия могут выполняться.
Астрономы полагают, что фаза кластера длится около ста миллионов лет, и этого вполне достаточно для распределения массивных и удаленных от светил планет (наподобие Нептуна) между самыми тяжелыми звездами. Подобным образом можно объяснить природу многих транснептуновых объектов в поясе Койпера — тех, что расположены на расстоянии от 30 до 55 астрономических единиц от Солнца.
Навести порядок
Планета Х, по мнению испанских и британских астрономов, способна возмущать орбиты небесных тел в Солнечной системе и выбрасывать их из нее. Ученые проанализировали влияние Планеты X на движение шести экстремальных объектов за орбитой Нептуна, большая полуось орбиты которых превышает 150 астрономических единиц, а перигелий — 30 астрономических единиц.
Моделирование показало, что орбиты карликовой планеты Седна и кандидата 2012 VP113 останутся в стабильном состоянии в течение ближайших нескольких сотен миллионов лет. С другой стороны, траектории транснептуновых объектов 2004 VN112, 2007 TG422 и 2013 RF98 (в диаметре эти небесные тела достигают 100-300 километров) неустойчивы и через несколько десятков миллионов лет они могут быть выброшены Планетой Х из Солнечной системы.
Также влиянием Планеты Х французские и бразильские астрономы объяснили наклон плоскости Лапласа Солнечной системы. Ученые рассмотрели динамику четырех планет-гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Каждое из этих небесных тел влияет на общий вектор углового момента Солнечной системы, перпендикулярного плоскости Лапласа. Астрономы изучили воздействие Планеты Х на Солнце и планеты-гиганты. Оказалось, что это воздействие объясняет наклон в шесть градусов между плоскостью Лапласа и плоскостью солнечного экватора.
Аналитическая модель описывает величину наклона в зависимости от массы, эксцентриситета (параметра вытянутости орбиты), большой полуоси орбиты Планеты Х и характеристик гигантов. За несколько дней до публикации этого открытия аналогичные выводы представила в соавторстве с первооткрывателями Планеты Х астроном Элизабет Бейли.
Модель движения Солнца
Изображение: arXiv.org
Некоторые ученые отважились и на более смелые гипотезы. Астрофизики Даниэль Витмайер и Джон Матс из США обвинили Планету Х в массовом вымирании животных на Земле, происходящем каждые 27 миллионов лет. Теория основана на том, что орбита вращения Планеты Х вокруг Солнца медленно наклоняется, и каждые 27 миллионов лет пересекает пояс Койпера (расположенный на расстоянии от 30 до 55 астрономических единиц от Солнца). Это приводит к гравитационным возмущениям, и Планета Х выталкивает кометы из пояса Койпера вглубь Солнечной системы. Те бомбардируют планеты (в том числе и Землю). По мере приближения к Солнцу они распадаются на фрагменты, затрудняя доступ солнечного света к небесным телам (включая Землю).
По мнению ученых, этот сценарий наиболее приемлем для космического объяснения массового вымирания животных. Два других сценария — наличие второй звезды рядом с Солнцем и вертикальные колебания светила при его вращении вокруг центра галактики, как отмечают авторы, не получают палеонтологического подтверждения. Впервые свою гипотезу Витмайер и Матс предложили в 1985 году. Их исследование опубликовали журнал Nature и издание Time (с картинкой на обложке). Согласно первоначальной гипотезе ученых, Планета Х в один-пять раз тяжелее Земли и расположена в сто раз дальше от Солнца.
Что дальше
Астрономы Карлос и Рауль де ла Фуэнте Маркос считают, что за пределами орбиты Плутона расположена не одна, а две суперземли. Имеющиеся данные о прецессии перигелиев Седны, 148209, 2004 VN112, 2007 TG422, 2010 GB174, 2012 VP113 и 2013 RF98 получают, согласно работе авторов, хорошее объяснение в случае, если предположить присутствие как минимум двух гигантских небесных тел, одним из которых может быть Планета Х. О возможности существования за пределами Плутона двух суперземель Карлос и Рауль де ла Фуэнте Маркос говорят с 2014 года.
Все выводы о Планете Х основаны не на прямых наблюдениях, а на анализе оказываемого ею воздействия на другие небесные тела и данные компьютерного моделирования. По мнению астрономов, для непосредственного открытия Планеты Х достаточно 20 суток наблюдений на японской обсерватории Subaru на Гавайях (США). Ученые надеются зарезервировать для этого время на обсерватории. Тогда, по мнению Брауна и Батыгина, существование Планеты Х будет окончательно доказано.