za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Дан старт новому масштабному поиску девятой планеты на окраинах Солнечной Системы



    Несколько дней назад произошло радостное событие: самый известный охотник за планетами в Солнечной Системе (шутливо называющий себя plutokiller) – Майкл Браун объявил, что почти на 100% уверен в наличие на окраинах Солнечной Системы ещё одной планеты массой примерно с Нептун. Это заявление означает, что первооткрыватель Эриды и львиной доли крупнейших известных ТНО приступает к многолетнему поиску девятой планеты.

     Это заявление не стало неожиданным. Последние годы всё больше теоретиков убеждаются, что наблюдаемое распределение известных объектов во внешних областях Солнечной Системы лучше всего объясняется наличием ещё одной большой неизвестной планеты.


      Вначале в 2011 году появилась работа в которой утверждалось, что модель динамического развития Солнечной Системы лучше всего удовлетворяет варианту, в котором в молодости Солнечной Системы сформировалось не четыре, а пять гигантских планет. Массу отсутствующей планеты автор той работы оценил примерно равной массе Нептуна и Урана. Факт отсутствия этой планеты объяснялся её выбросом в межзвездное пространства в результате взаимодействия с другими планетами.

      Эта история получила неожиданное продолжение в начале 2014 года, когда Скотт Шепард и Чедвик Трухильо объявили об открытие 2012 VP113, объекта с рекордно большим перицентром (80 астрономических единиц). Он стал лишь вторым известным участником, так называемого семейства седноидов: объектов с таким большим перицентром, что их не смог бы отбросить на нынешние орбиты даже Нептун своим притяжением. Это означало, что на такую орбиту седноиды были помещены с помощью сблизившихся звезд или возможных неизвестных планет. Первооткрыватели не ограничились лишь публикацией открытия, они сообщили об обнаружение интересной закономерности. Аргументы перицентров обоих седноидов были очень близки к друг другу. Кроме того сравнение этого же параметра у других ТНО с самыми большими полуосями показало, что они также группируются к одной области значений, и полностью отсутствуют в других областях этого параметра:




   Черными точками показано распределение аргументов перицентров объектов с перицентрами больше 30 астрономических единиц. Вертикальная линия показывает объекты с большими полуосями больше 150 астрономических единиц.

      Вероятность случайного совпадения в распределении двух этих множеств составляла всего 0.1%:




  Удивительную асимметрию перицентров наиболее удаленных ТНО первооткрыватели 2012 VP113 объяснили наличием неизвестной планеты: суперземли на 200-300 астрономических единиц:



   Научный мир, отнеся к этому заявлению осторожно. Одни теоретики подтвердили вывод реальности неслучайной асимметрии аргументов перицентров наиболее удаленных ТНО. Эту асимметрию нельзя было объяснить эффектами наблюдательной селекции, и они также объясняли её наличие присутствием как минимум одной неизвестной массивной планеты или даже нескольких.

      Другой автор усомнился в этой теории. Он проанализировал последние данные по измерению положения известных планет Солнечной Системы и не нашел там свидетельств наличия неизвестной массивной планеты. В итоге были получены лишь верхние пределы на существование такой планеты: в 496-570 а.е. для массы в 2 массы Земли и 970-1111 а.е. для массы в 15 масс Земли.

      Кроме того всего полгода назад появилось ещё одно интересное исследование. В нём теоретики анализируют необычное скопление койпероидов, которое находится примерно на 44 астрономических единицах от Солнца, а также обладает очень небольшим эксцентриситетом (меньше 0.05) и наклонением орбит (меньше 5 градусов к эклиптике). Авторы предположили, что это скопление является остатками планетоизмалей, которое сформировало современный Нептун. Затем, какая-то загадочная сила заставила сформировавшийся Нептун мигрировать с этой до современной орбиты с удалением от Солнца в 28 астрономических единиц. Лучше всего такую миграцию объясняет существование дополнительной неизвестной планеты. Кроме того авторы отмечают, что дальше 47 астрономических единиц койпероиды неожиданно становятся очень редкими. Возможно, этот факт является дополнительным свидетельством существования неизвестной планеты, которая разметала койпероиды с внешней стороны пояса Койпера. Впрочем, есть и другое объяснение существования внешнего края пояса Койпера: он показывает начальный размер протопланетного диска, из которого сформировалась наша Солнечная Система.


     Примерно в это же время вопросом существования девятой планеты занялся и Майкл Браун. Поначалу он отнеся скептически к этой теории, и поручил свою аспиранту – 29 летнему выходцу из России Константину Батыгину доказать, ошибочность теории о девятой планете.




   Сначала они посчитали вероятность случайного расположения шести объектов из выборки Шепарда. Оказалось, что она равна всего 0.006%. Поэтому авторы начались моделирование с возможной планетой, которая рассеивает ближайшие объекты к ней. Поначалу моделирование не позволяло построить правдоподобную картину. Однако, когда в моделирование решили внести движение неизвестной планеты по ретроградной орбите получился правдоподобный вариант. Более того, симуляция смогла объяснить орбиты не только наиболее отдаленных ТНО, но и недавно открытого класса ретроградных койпероидов. Это окончательно дало Брауну и его коллегам уверенность в правдоподобности расчетов, и они опубликовали свою теорию в рецензируемом журнале. Из расчетов следовало, что планета массой около 10 масс Земли движется по вытянутой орбите в 200-1200 астрономических единиц и периодом обращения в 15 тысяч лет:




  Естественно даже уникальный опыт Майкла Брауна не даёт гарантию, что планета действительно существует. В истории астрономии были многочисленные случаи, когда правдоподобные теории оказывались ошибочными. Можно вспомнить, что инициатор прошлых поисков девятой планеты – Персиваль Ловелл был очень уверен в большой планете за орбитой Нептуна. Это было связано с тем, что открытие Нептуна не смогло объяснить все неувязки в орбитальном движении Урана. Однако позже оказалось, что эти неувязки были вызваны лишь большой погрешностью измерений положения планет. Поэтому последователям Ловелла удалось найти за орбитой Нептуна лишь несколько карликовых планет.

     Для того чтобы лучше освещать поиски девятой планеты М. Браун создал специальный сайт. На нём уже имеет много деталей о том, где и как планируется искать планету. Так в частности приводятся результаты нескольких симуляций орбиты планеты:




   Из этих схем хорошо видно, что возможная зона поиска планеты очень широка. К счастью, огромный практический опыт Майкла Брауна позволяет радикально сократить зону поиска через изучение опыта прошлых поисков. Приводятся несколько возможных пределов.

      В инфракрасном диапазоне некоторая надежда возлагается на инфракрасный телескоп WISE. Однако, как сообщает Кевин Луман планета с Нептун и меньше производит недостаточно тепла для обнаружения этим ИК-телескопом. В тоже время существует вероятность, что планета зарегистрирована в фильтрах W3 и W4 (когда детекторы WISE охлаждались жидким гелием). Но и тут, к сожалению сам К. Луман говорит такой поиск можно сделать лишь для 20% неба. Вероятно, 20% означает покрытие неба как минимум тремя снимками, что резко упрощает поиск движущихся объектов. В настоящее время, сам К. Луман занят этим анализом.

      В оптическом диапазоне большую часть неба вне Млечного Пути покрыл астероидный обзор Каталина. В начале 2015 года Браун лично закончил анализ снимков этого обзора, чтобы попытаться найти в нём неизвестные движущиеся объекты. Чувствительность этого обзора была такова, что он был способен обнаружить объекты, находящиеся даже в 10 тысячах астрономических единиц. Анализ достигал глубины 19.1 звездных величин на северном небе и 18.6 звездных величин на южном небе. Поиск смог найти лишь несколько уже известных ярких койпероидов.

     Долгое время Каталина была самым эффективным поисковым инструментом (чемпионом по количеству открытых астероидов и сверхновых). Но затем в 2006 году начал работу более мощный обзорный телескоп – Panstarrs на Гавайских островах. На нём была установлена самая крупная камера, состоящая из 1.4 миллиардов пикселей. С помощью этого телескопа был осуществлен многолетний обзор всего северного неба до глубины примерно 23 звездных величин. Недавно снимки этого обзора стали доступны для каждого, и Браун уже провел поиски на них (вне плотных звездных полей Млечного Пути) примерно до 21.5 звездных величин. Кроме того он узнал, что другой астроном проанализовал эти снимки на поиск движущихся объектов ещё более тщательно – примерно до 22.5 звездных величин. Ни Брауну, ни его коллеге в этих поисках ничего похожего на девятую планету найти не удалось. Но, тем не менее, все эти поиски позволили значительно уменьшить поисковый квадрат:




   Как видно непокрытыми остались две области орбиты гипотетической девятой планеты: в районе перицентра и апоцентра. В обоих случаях эти поисковые сектора приходятся на плотные звездные поля Млечного Пути, где автоматическим алгоритмам сравнения ПЗС-снимков крайне сложно искать движущиеся объекты. Но в тоже время выше уже писалось, что наблюдения за орбитами известных планет уже позволяют исключить неизвестные планеты массой не меньше 2 масс Земли до 496-570 а.е. Тем самым очевидно, что в перицентре данной планеты нет. Поэтому местом, где, скорее всего, находиться данная планета является апоцентр её орбиты. К сожалению, мало того что яркость планеты должна составлять здесь лишь 23-25 звездных величин, так львиная часть апоцентра приходится на плотные звездные поля Млечного Пути. Итак, девятая планета может быть где-то в области, очерченной зеленой линией (синяя линия – эклиптика, красная линия – это Млечный Путь):




   Чтобы найти планету Браун с коллегами планирует использовать самый мощный на сегодня обзорный инструмент в мире– огромную камеру Hyper Suprime-Cam (площадь поля зрения 1.5 квадратных градусов), установленную на 8-метровом телескопе Subaru. Эта камера уже отличилась недавно открытием самого далекого ТНО (на 103 а.е.), а также открытием рекордно тусклых сверхновых для наземных телескопов. Но даже уникальные характеристики камеры не дают гарантию, что она сможет эффективно искать планету в плотных звездных полях Млечного Пути. Недавно телескоп Субару подвел команду “Новых Горизонтов” тем, что не смог найти подходящую цель для зонда после пролета Плутона. Не помог даже специальный проект, в ходе которого любители изучали снимки японского телескопа вручную, чтобы найти в нем койпероиды. В итоге задачу удалось решить лишь сверхдорогому космическому “Хабблу”.

    Тем не менее, не исключено, что именно терпеливые человеческие глаза любителей астрономии могут первыми обнаружить среди миллионов звезд ту самую девятую планету. В наши дни подобные проекты (к примеру, Планет Хантеры) успешно собирали до миллиона желающих, и привели к множеству интересных открытий. Среди них можно упомянуть обнаружение необычных затмений в системе KIC 8462852, которые позволили заподозрить наличие внеземной цивилизации. Кроме того, интересно отметить, что вероятное положение девятой планеты находиться вблизи созвездия Близнецов, там, где 76 лет назад юный сотрудник частной обсерватории без профессионального астрономического образования – Клайд Томбо случайно обнаружил Плутон. Как известно, Томбо обладал феноменальным терпением, и обнаружил бывшую девятую планету среди многих сотен тысяч звезд Млечного Пути. Вот как об этом научном подвиге написано в книге Саймона "Поиски планеты Х":

Зима тянулась долго, и Томбо, работавшему каждую ночь в холодной башне на высоте двух с половиной тысяч метров, казалось, что она никогда не кончится.
По мере того как Томбо, изучая участки звездного неба, приближался к Млечному Пути, исследование пластинок занимало все больше и больше времени. Эта область так плотно забита звездами, что иногда на одной пластинке находилось до 400 000 звезд. Изучать такие пластинки было мучительно трудно и утомительно. Томбо очень скоро отстал от своего плана.
  Иногда он почти поддавался отчаянию. Неужели все его усилия окажутся тщетными? Найдет ли он когда-нибудь планету Икс? Или эти поиски — лишь бесполезная трата времени?
  Нет, этого не может быть. Томбо не бросал свою работу. Он считал поиски важным делом. Он воображал себя охотником, выслеживающим крупную астрономическую дичь.      Его оружием был один из самых мощных в мире фотографических телескопов. Он хорошо подходил для охоты, и Томбо был уверен, что он разработал почти безупречную методику наблюдений.
 «Если кто-нибудь когда-либо и имел возможность найти новую планету, то это я сейчас»,— думал он.
 Ночью 21, 23 и 29 января 1930 года Томбо сделал три фотографии восточной части Близнецов. Звезды на этой пластинке были не так тесно расположены. Пластинка 21 января была не очень четкой, поэтому Томбо отложил ее в сторону и начал сравнивать две другие пластинки.
 К середине февраля он исследовал около четверти этой пары. 18 февраля он начал сравнивать изображения вблизи звезды Дельта Близнецов. Вдруг одна из точек запрыгала взад и вперед на звездном фоне.
 У Томбо, казалось, сердце подскочило в груди. Сдвиг точки был очень маленьким; это указывало, что объект находится гораздо дальше, чем пояс астероидов.


     Кто знает, может эта красивая история повторится и с настоящей девятой планетой? Какой-нибудь терпеливый любитель астрономии на грани отчаяния от потерянного личного времени сможет отыскать маленькую движущуюся точку среди миллионов звезд Млечного Пути в тех же Близнецах… И сделает одно из крупнейших научных открытий в 21 века, дав мощный стимул к запуску космического зонда далеко за орбиту Плутона. Увы, мы не знаем своё будущее.

     Впрочем, есть некоторая надежда, что поиски девятой планеты среди звезд Млечного Пути не будут вестись совсем вслепую. В деле поиска настоящей девятой планеты планетным охотникам окажет помощь бывшая девятая планета. Дело в том, что первый зонд, запущенный к Плутону одновременно сможет получить радикальные пределы на неизвестные планеты далеко за орбитой Нептуна. Анализ траектории зонда в поясе Койпера к 2021 году будет настолько чувствительным, что сможет зарегистрировать возмущения даже от планеты массой в 0.7 масс Земли, удаленной на 4500 астрономических единиц. Для сравнения подобный объект в оптике будет иметь блеск лишь примерно равный 40 звездной величине. Такой тусклый источник смогут разглядеть лишь 100-метровые наземные телескопы или 16-метровый космический телескоп, да и то лишь через сотни лет поисков, слишком маленькое поле зрения у таких инструментов. Анализ же траектории космического зонда позволяет всего за несколько лет получить радикальные пределы на неизвестные планеты.

       Так или иначе, через несколько лет мы сможет точно узнать, есть массивная планета в радиусе нескольких тысячах астрономических единиц от нас или нет. Положительный ответ позволит резко увеличить мотивацию её поиска на снимках бездонного звездного неба. Хотя как уже говорилось выше, Браун и его коллеги не собираются ждать несколько лет, и уже в марте приступают к первым поискам на телескопе Субару. Как следует, из расписания японского телескопа пока известный астроном зарезервировал лишь одну ночь – 4 марта. Он рассчитывает найти планету в ближайшие 3-5 лет.

        Этот поиск станет уже примерно десятым в истории, который может радикально отодвинуть известные рубежи Солнечной Системы. Можно кратко перечислить в таблице все десять данных обзоров:





  А пока же остаётся лишь узнать мнение читателей – верят ли они в то, что при их жизни случится это выдающее открытие девятой планеты или нет?

Poll #2034450 Найдут ли девятую планету в ближайшие десятилетия?

Найдут ли девятую планету в ближайшие десятилетия?

Скорее всего
39(67.2%)
Маловероятно
12(20.7%)
Затрудняюсь ответить
7(12.1%)


Tags: девятая планета
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 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.
  • 34 comments