Далекая девятая планета

6
Далекая девятая планета, планеты

Далекая девятая планета

Соответствует ли далекая девятая планета, существование которой было заподозрено недавно, современным представлениям о происхождении Солнечной системы?

Майкл Лемоник

Идея, что в далеком прошлом Солнечная система испытала мощное перемешивание, может объяснить существование окружающих нас пояса Койпера и облака Оорта. Из льдистых тел, бомбардировку внутренних планет астероидами миллиарды лет назад. А также отсутствие так называемых суперземель, которые в изобилии есть в других планетных системах. Но теперь перед планетологами вновь возникла проблема: предполагаемая планета, которая раз в десять массивнее Земли, находящаяся в темной области за Плутоном. Если эта девятая планета существует, то ее тяготением можно было бы объяснить, почему несколько известных объектов пояса Койпера движутся на подозрительно схожих орбитах вокруг Солнца.

Далекая девятая планета

К тому же это могло бы рассказать о той мощной встряске, через которую прошла Солнечная система в начале своей истории. Маловероятно, что, находясь на минимальном расстоянии около 30,5 млрд км от Солнца (впятеро дальше среднего расстояния Плутона). Эта массивная планета могла образоваться там, где она сейчас. Там просто не было достаточно вещества, чтобы ее построить. «Если она там, — говорит Гарольд Левисон (Harold F. Levison), специалист по теории формирования планет из Юго-западного исследовательского института. То скорее всего она сформировалась в области примерно между 5 и 20 расстояниями от Земли до Солнца. И была выброшена наружу гравитационным воздействием Юпитера или Сатурна».

Далекая девятая планета, сатурн и юпитер

С этим трудно спорить. Юпитер настолько массивен, говорит Скотт Тремейн (Scott Tremaine) из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. Что «ему все равно, выбрасывать комету или же планету в десять раз массивнее Земли». Однако, получив пинок, планета будет продолжать движение вперед и в конце концов ускользнет в межзвездное пространство. Вероятность того, что она останется на орбите вокруг Солнца, чрезвычайно мала. Статистически, говорит Левисон, на это есть один шанс из 50 или
даже из 100, что маловероятно.

Конечно,

Если бы астрономы действительно обнаружили в телескоп девятую планету, то проблемы не было бы. Однако на вопрос о том, как что-то настолько маловероятное могло произойти, теоретикам придется ответить. «Я полагаю, — говорит Тремейн, — что процесс рассеяния более эффективен, чем демонстрирует нам стандартная модель». То есть более высокой доле
выброшенных наружу объектов, чем думали ранее, удается остаться в пределах Солнечной системы. Один из вариантов, как это могло быть, по словам Бена Бромли (Ben Bromley) из Университета штата Юта. Выброс суперземли в самом начале жизни Солнечной системы, до того как в протопланетном диске снизится плотность газа, из которого формируются
планеты. В этом случае, отмечает Бромли, «газ может затормозить планету, и она осядет в захолустье».

А может, говорит Натан Каиб (Nathan Kaib), теоретик из Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия, девятая планета, если она существует, родилась не в Солнечной системе. Ведь Солнце сформировалось не в одиночку, а в скоплении, возможно из тысяч звезд, причем большинство из них имели свою собственную планетную систему. По крайней мере некоторые из этих систем сами испытали бурную перетасовку, выбрасывая объекты так же, как предположительно сделало это Солнце. «Их-то и могло захватить наше светило», — говорит Каиб.

Далекая девятая планета, солнечная система

Наилучшее объяснение будет зависеть от того, какой окажется орбита девятой планеты. Ее сторонники подсчитали пока лишь некоторый диапазон вероятностей. Если планета действительно существует, ученые должны понять, как она туда попала. Отвечая на вопрос, соответствует ли девятая планета современным представлениям о происхождении Солнечной системы, Тремейн сказал: «это несомненное «может быть»».

Под действием столкновительного трения и аэродинамического сопротивления в загазованной внутренней области протопланетного диска разрушенные планетезимали быстро теряли свою энергию и по спирали приближались к Солнцу. В ходе этого падения они легко могли быть захвачены в новые резонансы, связанные с какой-либо из близких к ним суперземель.

Планетезималь (от англ. planet — планета и англ. infinitesimal — бесконечно малая) — небесное тело на орбите вокруг протозвезды, образующееся в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска.

Это было бы весьма печально:

Для тех планет, которые оказались бы вынуждены делиться своей орбитальной энергией с паразитическими роями космического мусора. Постоянно тормозясь потоками газа в диске, эти рои должны были бы по спирали быстро падать на Солнце. Но из-за резонанса с суперземлями они задерживались, откачивая орбитальную энергию у планет и рассеивая ее в виде тепла в ходе аэродинамического торможения. В результате разрушенные планетезимали с безжалостной эффективностью толкали планеты к гибели, постепенно понижая орбиту каждой из них, так что одна за другой все они упали на Солнце. Наши расчеты показывают: ни одна из этих гипотетических планет не сохранилась бы дольше сотни тысяч
лет после того, как начался каскад столкновений.

 планетезимали из разряда теоретического конструкта перешли в разряд реально наблюдаемых объектов.
планетезимали из разряда теоретического конструкта перешли в разряд реально наблюдаемых объектов.

Таким образом, смена галса Юпитера и Сатурна, возможно, вызвала мощную атаку на население первичных внутренних планет Солнечной системы. По мере того как бывшие суперземли падали на Солнце, они должны были оставлять за собой пустынную область в протопланетной туманности, простирающуюся до орбитальных периодов около 100 суток. В результате стремительный маневр Юпитера по молодой Солнечной системе привел к появлению довольно узкого кольца каменистых обломков, из которых через сотни миллионов
лет сформировались планеты земной группы. Приведшее к этой тонкой хореографии стечение случайных событий указывает, что маленькие каменистые планеты типа Земли — а возможно, и сама жизнь на них — должны редко встречаться во Вселенной.

Модель Ниццы

К тому времени, когда Юпитер и Сатурн двинулись обратно из своего набега во внутреннюю часть Солнечной системы, протопланетный газово-пылевой диск уже сильно истощился. В конце концов резонансная пара — Юпитер и Сатурн — сблизилась с недавно сформировавшимися Ураном и Нептуном. А также, возможно, с еще одним телом подобного размера. С помощью гравитационных эффектов торможения в газе динамический дуэт захватил и эти меньшие гиганты в резонансы. Таким образом, когда большая часть газа ушла из диска, внутренняя архитектура Солнечной системы, вероятно, состояла из кольца каменистых обломков в окрестности нынешней орбиты Земли.

Во внешней области системы была компактная резонансная группа по меньшей мере из четырех планет-гигантов, движущихся по почти круго вым орбитам между нынешней орбитой Юпитера и примерно половиной расстояния до нынешней орбиты Нептуна. В наружной части диска, за орбитой самой внешней планеты-гиганта, на дальнем холодном краю Солнечной системы двигались льдистые планетезимали. За сотни миллионов лет сформировались планеты земной группы, а некогда беспокойные внешние планеты пришли в состояние, которое можно было бы назвать стабильным. Однако это еще не было заключительным этапом эволюции Солнечной системы.

Далекая девятая планета

Взаимодействие гигантских планет было столь сильным, что одна или несколько из них, возможно, были выброшены за пределы Солнечной системы.

Смена галса и атака Юпитера вызвали последний всплеск межпланетного буйства в истории Солнечной системы. Нанесли последний штрих, который привел планетную свиту нашего Солнца практически в ту конфигурацию, которую мы видим сегодня. Этот последний эпизод, названный поздней тяжелой бомбардировкой, произошел между 4,1 и 3,8 млрд лет назад. Когда Солнечная система временно превратилась в тир, заполненный множеством сталкивающихся планетезималей. Сегодня шрамы от столкновений с ними видны в виде кратеров на поверхности Луны.

Работая с несколькими коллегами в Обсерватории Лазурного берега в Ницце в 2005 г., один из нас (Алессандро Морбиделли) создал так называемую модель Ниццы. Чтобы объяснить, как взаимодействие между гигантскими планетами могло вызвать позднюю тяжелую бомбардировку. Там, где заканчивается смена галса, начинается модель Ниццы.

Близко расположенные друг к другу планеты гиганты все еще двигались во взаимном резонансе и по-прежнему чувствовали слабое гравитационное влияние окраинных льдистых планетезималей. Фактически они балансировали на грани нестабильности. Накапливаясь за миллионы орбитальных оборотов в течение сотен миллионов лет, каждое незначительное по отдельности влияние внешних планетезималей понемногу меняло движение гигантов, медленно выводя из тонкого баланса резонансов, связывавшего их друг с другом.

Далекая девятая планета, планеты

Переломный момент:

Наступил, когда один из гигантов выпал из резонанса с другим, нарушив тем самым баланс и запустив серию взаимных хаотических возмущений планет, которые сдвинули Юпитер немного внутрь системы, а остальные гиганты — наружу. За короткое по космическим масштабам время в несколько миллионов лет внешняя область Солнечной системы пережила резкий переход. От плотно упакованной, с почти круговыми орбитами к рассеянной и неупорядоченной конфигурации с движением планет по широким вытянутым орбитам. Взаимодействие между гигантскими планетами было настолько сильным, что одна или даже несколько из них, возможно, были выброшены далеко за пределы Солнечной системы, в межзвездное пространство.

Если бы динамическая эволюция на этом остановилась, то строение внешних областей Солнечной системы соответствовало бы той картине, которую мы видим у многих экзопланетных систем, где гиганты движутся вокруг своих звезд по эксцентрическим орбитам. К счастью, диск из льдистых планетезималей, вызвавший до этого беспорядок в движении планет-гигантов, позже помог его ликвидировать, взаимодействуя с их вытянутыми орбитами. Проходя поблизости от Юпитера и других планет-гигантов, планетезимали постепенно отбирали у них энергию орбитального движения и тем самым округляли их орбиты. При этом большинство планетезималей были выброшены за пределы гравитационного влияния Солнца, но некоторые остались на связанных орбитах, образовав диск из льдистого «мусора», который теперь мы называем поясом Койпера.

пояс Койпера

Далекая девятая планета: окончательная теория

 

Упорные наблюдения на крупнейших телескопах постепенно раскрывают нам просторы пояса Койпера, демонстрируя его неожиданную структуру. В частности, астрономы заметили своеобразное распределение самых далеких объектов пояса Койпера, движущихся у внешних границ области обзора. Несмотря на большую разницу расстояний от Солнца, орбиты этих объектов плотно сгруппированы, как будто бы все они испытывают общее и очень сильное возмущение. Компьютерное моделирование, выполненное Батыгиным и Майклом
Брауном (Michael E. Brawn) из Калифорнийского технологического института. Показало, что такую картину могла бы создать не обнаруженная до сих пор девятая планета с массой раз в десять больше, чем у Земли. Движущаяся по весьма эксцентрической орбите вокруг Солнца с периодом около 20 тыс. лет. Такая планета вряд ли могла сформироваться настолько далеко, но ее появление там довольно легко можно понять. Если она была заброшена туда в эпоху юности Солнечной системы.

Если существование девятой планеты подтвердится, это резко усилит ограничения на картину эволюции нашей странной — с «дырой» в центре — Солнечной системы и выставит новые требования к теории, которая могла бы объяснить все ее особенности. Сейчас астрономы используют крупнейшие телескопы Земли, пытаясь найти эту загадочную планету. Ее открытие завершило бы предпоследнюю главу в длинной и сложной истории о том, как мы пытались понять наше место во Вселенной. А завершится эта история лишь тогда, когда мы наконец-то найдем планеты с жизнью, обращающиеся вокруг других звезд.

Далекая девятая планета

Как секвенирование нитей ДНК раскрывает историю древних миграций человечества по поверхности нашей маленькой планеты. Так и компьютерное моделирование позволяет астрономам реконструировать величественную историю путешествий планет за миллиарды лет жизни Солнечной системы. От момента своего рождения в темном молекулярном облаке к формированию первых планет. К разрушительным событиям смены галса, атаки Юпитера и модели Ниццы. К возникновению жизни и сознания вблизи по меньшей
мере одной из звезд на просторах Млечного Пути. Полная биография нашей Солнечной системы станет одним из самых значительных достижений современной науки — и, несомненно, одной из самых грандиозных историй, которые когда-либо были рассказаны.

6 КОММЕНТАРИИ

  1. Спасибо за статью. Получил эстетическое удовольствие. Обожаю тематику космоса. Продолжай в том же духе.)))

  2. мне кажется 9 планета была но не есть ,все это интересно ,но только пока ещё не обоснованно ,фактов то нет .или есть ?

    • Интересно, а что нам мешало сохранить статус планеты за Плутоном? Сейчас бы так не мучились)

  3. Отличная статья, всегда задумывалась об этом, очень познавательная и расширяет кругозор!!!

  4. Раньше Плутон имел статус девятой планеты нашей солнечной системы. Но в 2006 году его лишили этого почётного звания, а зря.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Прикрепить картинку.