za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Новые свидетельства существования дополнительных планет за орбитой Нептуна



   Майкл Браун, первооткрыватель Седны, в своей лоуэлловской лекции 2007 года сказал следующее: “Размер Седны составляет три четверти размера Плутона. Если [там] есть шестьдесят тел размером с три четверти Плутона, то, вероятно, там найдётся сорок тел размером с Плутон… А если там есть сорок тел размером с Плутон, там, наверное, найдется десять тел, вдвое больших Плутона, три-четыре тела, втрое больших Плутона, а большее из этих тел… вероятно, по размерам такое, как Марс или Земля.“


       С момента открытия Нептуна появились десятки теорий о возможности существования за орбитой Нептуна неизвестных планет. Последняя из них – это теория Батыгина-Брауна о наличии суперземли массой в 10 масс Земли на эллиптической орбите между 300 и 1200 астрономических единиц. Однако эта теория не отменяет возможности существования более близких и менее массивных планет. Справедливость этого факта ещё раз доказывает недавняя публикация двух Мэтью (Холмана и Пайна).




В этой публикации авторы продолжают попытки обнаружить влияние девятой планеты Батыгина-Брауна на известные объекты Солнечной Системы. Но в отличие от прошлых авторов, в этот раз анализируется астрометрия не главных известных планет нашей системы, а объектов пояса Койпера. Первым известным объектом этого пояса является Плутон, который наблюдается уже больше 100 лет. Тем не менее, с 1992 года в поясе Койпера открыто почти две тысячи койпероидов, поэтому в нынешней публикации анализируют 6 тысяч наблюдений положения Плутона и целых 35 тысяч наблюдений положения других ТНО с приемлимой точностью. В частности в публикации упомянуты измерения положения Плутона на Пулковской обсерватории от 30-50х годов 20 века. В анализе авторы пытаются найти следы пертурбаций (необъяснимого ускорения или замедления) движения ТНО от гипотетической девятой планеты. По их расчетам планета массой в 10 масс Земли на расстояние в 300-1000 а.е. от Солнца должна приводить к возмущениям между 3х10 в -12  и 10 в -14 степени масс Земли, деленной на куб астрономической единицы. Тем не менее, анализ астрометнических данных ТНО показал, что они подвергаются намного большими пертурбациями неизвестного происхождения:



На этой схеме черным и фиолетовым цветом показаны участки неба, где не наблюдаются никакие пертурбации в движении ТНО (черная линия – это траектория девятой планеты, зеленая линия – это траектория Плутона, а пунктирная линия – это эклиптикиа). В тоже время красные и оранжевые участки, это места на небе, где наблюдаются неизвестные пертрубации. Максимума они достигают в нескольких оранжевых областях, где размер пертурбаций уже составляет до 1*10 в -10 степени масс Земли, деленной на куб астрономической единицы. Это почти в 300 раз больше, чем максимум ожиданий от девятой планеты (при приближении её до 300 а.е.). Авторы сравнивают эти пертурбации с возможным обнаружением влияния девятой планеты на траекторные измерения станции Кассини:



Зеленым цветом они обозначают места с неизвестными пертурбациями, красным цветом области, где пертрубации исключаются. На вопрос, почему в данных Кассини не обнаруживаются более значительные пертурбации, найденные в анализе движения ТНО авторы предполагают, что данные Кассини менее чувствительные к ним, так как в них ищут только следы приливного ускорения, а не прямого ускорения. Тем не менее, интересно заметить, что положение наиболее значительных пертрубаций в данных Кассини и ТНО близки к друг другу. Особенно, это становиться очевидным, если вспомнить, что в данных Кассини обнаружено не одно место с возможной пертурбацией, а сразу два (два минимума):



Меньший минимум в данных Кассини лежит примерно на том же расстояние от большего минимума, как две самых больших пертурбации в данных движения ТНО.

     Авторы публикации точно не уверены в том, что обнаруженные
пертурбации в движении ТНО являются следствием возмущений с неизвестными объектами. Они предполагают, что пертурбации могут быть вызваны неизвестными погрешностями при измерениях. Такие случаи встречаются в истории астрономии (к примеру, ошибочное обнаружение планет Ван де Кампом у Летящей Барнарда в середине 20 века). Поэтому авторы работы планируют провести дополнительные исследования, результаты которых будут доложены в следующих статьях.

       Если же
пертурбации реальны, то они могут быть вызваны неизвестной планетой, которая либо значительно более массивна или значительно ближе, чем планета из теории Батыгина-Брауна. Авторы высказывают догадки, что этой неизвестной планетой может быть массой с Марс или Землю на удалении всего в 60-100 а.е. от Солнца. При всей фантастичности такая неизвестная планета действительно может существовать. Можно рассмотреть этот вопрос более подробно.




       Уже первые открытия койпероидов в 90х годах 20 века показали удивительную особенность пояса Койпера: с внешней стороны примерно на 48 а.е. он резко обрывался. Чтобы объяснить внешний край пояса Койпера в 2002 году была выдвинута гипотеза о существовании планеты массой с Марс на круговой орбите радиусом в 60 астрономических единиц. Эта гипотеза не смогла объяснить другие особенности пояса Койпера, в частности большую популяцию плутино. Поэтому в 2007 году эта теория была существенно изменена другими авторами. Теперь был сделан вывод, что неизвестная планета находится на эллиптической орбите примерно от 60 до 200 а.е. с наклонением в 20-40 градусов к эклиптике и обладает массой в 0.1-1 масс Земли. Кроме того эта планета должна находиться в резонансе с Нептуном. Её положение среди известных ТНО авторы гипотезы отмечали примерно так:








Самый большой аргумент против этой гипотезы заключается в вопросе, почему эту планету до сих пор не обнаружили. Ведь известно, что Эрида – близнец Плутона по размерам, была открыта ещё 10 лет назад на сравнимом удалении в 97 а.е., как объект 19 звездной величины. Планета размером с Землю или Марс должна быть примерно в 10-100 раз ярче Эриды при сравнимом альбедо. Это означает, что яркость такой планеты на 100 а.е. должна составлять около 15-17 звездных величин. Тем не менее, авторы гипотезы 2007 года упоминают несколько правдоподобных объяснений того, почему эта планета до сих пор не замечена:

1)     Альбедо небольшой планеты, которая никогда не приближается к Солнцу ближе 60 а.е. должно очень низким: около 10 процентов. Это связано с тем, что у такой планеты нет атмосферы, и, следовательно, её поверхность не покрыта инеем от периодически вымерзающей атмосферы, как в случае с Эридой с альбедо близким к 100%. Космическая радиация делает поверхность такой планеты очень темной (для сравнения у Седны альбедо оценивает в 15%). Следовательно, яркость такой планеты может составлять лишь 17-19 звездных величин.

2)     Из-за высокого наклонения орбиты планеты следует, что вдали от эклиптики (на удалении в 20-40 градусов) она проводит в 4 раза больше времени, чем вблизи эклиптики. В тоже время большинство ТНО в настоящее время найдено вблизи эклиптики, где существует наибольшая вероятность для их обнаружения.

     Тем не менее, тот факт, что после этой гипотезы прошло почти 10 лет резко сужает диапазон возможного нахождения данной планеты на небе. Как следует из последней публикации Брауна, в настоящее время наиболее глубокие пределы на неизвестные планеты получены на телескопе PS1. Недавний анализ его снимков позволил исключить неизвестные ТНО к северу от 30 градусов южной широты до глубины почти в 23 звездных величин. Этот анализ актуален даже для плотных звездных полей Млечного Пути. Автором этого неопубликованного анализа является тот самый Мэтью Холман, который и ищет следы пертрубаций в положении известных ТНО. Отсюда вполне определенно следует, что если неизвестная планета с яркостью в 17-19 звездных величин и существует, то она находится на южном небе, южнее 30 градусов южной широты, в областях, которые не покрыл обзор PS1.

       В этой области к настоящему времени проведено несколько крупных поисков ТНО. Один из них проведен Брауном на основе анализа архивных снимков астероидного обзора Каталина. Покрытие данного обзора примерно до 18.5 звездной величины:




Более глубокий обзор проведен коллегами Брауна на знаменитой камере QUEST (которая обнаружила большинство крупнейших ТНО) в Южной Европейской обсерватории. Его глубина достигала 20-21 звездной величины при следующем покрытии неба:



Как видно оба южных обзора избегают плотные звездные поля Млечного Пути. Это попытался исправить другой обзор OCKS (OGLE-Carnegie Kuiper Belt Survey). Данный обзор покрыл более двух тысяч квадратных градусов неба в областях пересечения галактической области и эклиптики (отмечены черным цветом) до глубины в 21.5 звездную величину:



 Стратегия обзора позволяла обнаружить объекты на удаление до 300 а.е.

       Из покрытия южного неба этими тремя обзорами следует, что неизвестная планета для того чтобы избежать обнаружения должна находиться не просто на южном небе, а в Млечном Пути южнее 30-40 градусов южной широты. Тут важно вспомнить, где находится самая значительная область пертрубаций известных ТНО (выделил красным кругом) на южном небе:




Это примерно между 15 и 45 градусами южной широты и между 315 и 270 градусами долготы. Кроме того интересна и вторая аномалия на южном небе в области примерно на 70 градусах южной широты и 150 градусах долготы (эта область крайне слабо ограничена из-за минимального количества ТНО в данном секторе неба). Можно ограничить первую область на схеме последнего обзора красными линиями:



Как видно обзор OCKS не покрыл значительную площадь первой области (к северу и к югу от областей, отмеченным черным). Если северная часть этих непокрытых областей продублирована обзором PS1, то южная около 45 градусов южной широты возможно никогда не подвергалась тщательному поиску ярких ТНО. Тем не менее, можно отметить, что южная область является небольшой по площади. Впрочем, возможно планета в момент осуществления обзора OCKS (2010 год) была значительно южнее, а затем переместилась на север, где и вызвала пертрубации известных ТНО (таже Эрида за 10 лет после открытия, несмотря на удаление в 97 а.е. сместилась на небе на 6 угловых градусов).

      Кроме того стоит изучить тщательность изучения другой области на 70 градусах южной широты, где также обнаружены значительные пертрубации. Эта вторая область, возможно, покрыта лишь астероидным обзором Каталина, да и то глубина этого обзора порядка 18 звездных величин.

      С другой стороны сложно сказать насколько эффективен поиск ТНО на плотных звездных полях Млечного Пути. Тут можно вспомнить трудности при выборе следующей цели для Новых Горизонтов (задачу смог решить лишь сверхдорогой космический телескоп Хаббл). Не ислючено, что обзор OCKS мог пропустить планету при однократном обзоре (к примеру, она попала на особо плотное скопление звезд или тумманость).

      Дополнительные ограничения на неизвестную планету вносят прошлые исследования по изучению динамики известных планет Солнечной Системы. Из работы 2014 года следует, что в Солнечной Системе нет неизвестных планет с массой в 0.7 масс Земли ближе, чем 350-400 астрономических единиц. Следовательно, если и существует неизвестная планета “подрезающая” внешний край пояса Койпера, то её масса должна быть ближе к массе Марса (0.1 масс Земли). Возможно, данная планета имеет перицентр всего в 60 а.е. от Солнца. В пользу этой версии говорит загадочный разрыв в распределении высоты перицентров известных ТНО между 76 и 51 а.е.:




Интересно отметить, что среди всех известных ТНО уже больше 10 лет ближе всего по значению высоты перицентра к седноидам находиться загадочный объект 2004 XR190, имеющий шуточное название “Баффи“. Он примечателен огромным наклонением к плоскости эклиптике (47 градусов), которое вместе с почти круговой орбитой (e=0.1) и большим размером (около 500 км) делает 2004 XR190 уникальным объектом во всей Солнечной Системе.





Теоретики объясняют загадочную орбиту данного ТНО резонансом с Нептуном вместе с эффектом Козаи. Но не исключено, что данный ТНО находится в резонансе с неизвестной планетой (как Плутон с Нептуном). Отсюда следует, что данная планета должна обладать сравнимым наклонением (около 50 градусов или даже больше). Теоретически такая планета и может находиться вблизи южной полярной области неба, там, где практически отсутствуют обзоры по поиску движующихся объектов Солнечной Системы. Кроме того не исключено, что данная марсоподобная планета может входить в семейство “перпендикулярных“ ТНО из теории Батыгина-Брауна.

      В заключение остаётся отметить, что если на южном небе действительно существуют неизвестные близкие планеты, то их в любом случае должен обнаружить после 2022 года обзорный 8-метровый телескоп LSST, который сможет обнаруживать ТНО примерно до 25 звездной величины. Данный телескоп закроет последнее возможное окно для существования таких объектов после того, что телескоп PS1 недавно изучил северное небо примерно до 23 звездной величины.






В тоже время приятно отметить, что последняя гипотеза Батыгина-Брауна вызвала ажиотажный интерес среди специалистов в этой области. Всего за пару месяцев опубликовано около двух десятков работ по данной теме. Обсуждение последней гипотезы ведется намного более активно, чем интерес к гипотезе С.Шеппарда в 2014 году. Это позволяет надеяться, что задолго до начала обзора LSST будет внесена ясность в наличие неизвестных планет в радиусе до тысячи а.е. от Земли.
Tags: ТНО, девятая планета, пояс Койпера
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments