Самое интересное в астрономии — это, конечно, вглядываться в неизвестное и открывать что-то новое в глубокой бездне космоса. И когда намеки на «что-то новое» появляются у нас на космическом пороге, глобальное волнение уже не скрыть, оно дрожью проносится по всему миру, заглядывая во все щели. Мы говорим о пресловутой «девятой планете»: гипотетическом мире, который, как полагают, оказывает гравитационное влияние на внешнюю Солнечную систему, а точнее на замороженные поля астероидов далеко за пределами орбиты Плутона.
В январе астрономы Калтеха Майк Браун и Константин Батыгин объявили об открытии: у группы объектов в поясе Койпера — за орбитой Плутона — обнаружили странную орбиту. Пояс Койпера и странности, вообще, часто идут плечом к плечу, но в этом случае движение небольших объектов намекало на другой таинственный объект, который может гравитационно стягивать эти объекты, рождая странную синхронность.
Поиск планет во внешней Солнечной системе — дело непростое. Хотя у нас есть очень мощные обсерватории, которые могут видеть мельчайшие детали в галактиках в миллионах световых лет от Земли, и телескопы, которые могут точно определять движение крошечных астероидов, прорывающихся через внутреннюю Солнечную систему, внешняя Солнечная система остается по большей части загадочным и неисследованным регионом местного космоса. Если планета скромных размеров будет вращаться достаточно далеко от Солнца, она будет слишком малой и слишком холодной, чтобы ее могли заметить обсерватории. А если ее не смогут выявить в рамках обследования неба, мощные телескопы не будут знать, куда целиться. Эти далекие планеты будут не больше чем точками в океане звезд. В конце концов, космос очень большой, и планетарные открытия требуют сочетания мастерства, точных инструментов и даже удачи.
Состав девятой планеты по мнению Мордасини и Линдера, сверху вниз: атмосфера — H/He; газовый слой — H/He; льды — H20; силикатная мантия — MgSiO3; железное ядро — Fe
В случае с девятой планетой, ее пока не наблюдали напрямую; как с открытием Нептуна в 1846 году, именно движение других объектов Солнечной системы может указывать на присутствие чего-то крупного в этой области. Теперь астрономы проявляют особую изобретательность и изучают траекторию движения космического аппарата «Новые горизонты» в надежде увидеть любые неучтенные отклонения от запланированного пути через пояс Койпера, которые также могли бы указать на гравитацию девятой планеты.
В то же время ученые из Университета Берна в Швейцарии решили пойти еще дальше и попытаться определить рамки того, насколько большой и «теплой» может быть планета. Их исследование было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.
По моделям Брауна и Батыгина, девятая планета должна иметь высокую эллиптическую орбиту, и подходить не ближе чем на 200 а. е. (200 расстояний от Земли до Солнца, в 4 раза дальше, чем расстояние от Солнца до Плутона) и не дальше чем на 1200 а. е. Короче говоря, этот мир далеко за границей нашей «классической» Солнечной системы и даже дальше самого далекого объекта Солнечной системы, известного на сегодняшний день, карликовой планеты Эрида (она находится в 100 а. е.). Эрида тоже была обнаружена Брауном в 2005 году, и это открытие впоследствии привело к понижению Плутона в ранге.
После того как планету не нашли на инфракрасных обзорах, астрономы Берна Кристоф Мордасини и аспирант Эстер Линдер намереваются расшифровать дополнительные характеристики девятой планеты с помощью известных планетарных моделей эволюции, которые применяются к планетам, вращающимся у других звезд — экзопланет.
Браун и Батыгин оценили массу девятой планеты, исходя из гравитационного влияния, которое она, по идее, оказывает. Планета должна быть массивнее Земли в 10 раз, что делает ее этаким «мини-Ураном» — местом с твердым ядром и холодным плотным слоем газа.
При том что девятая планета пока не показывалась на инфракрасных обзорах (вроде WISE NASA), ученые уже определили верхний предел физического размера девятой планеты и узнали ее приблизительную массу, удаленность от Солнца и возможную модель планетообразования. На основе этих данных Мордасини и Линдер сформировали представление о температуре и размере планеты.
По их подсчетам, девятая планета должна иметь радиус в 3,7 земного и температуру верхних слоев атмосферы в -226 градусов по Цельсию. Эти цифры были выведены, исходя из предположительной орбиты девятой планеты вокруг нашего Солнца и возраста Солнечной системы; гипотетический мир должен был образоваться в протопланетарном диске нашего Солнца, который начал конденсироваться в планеты порядка 4,6 миллиарда лет назад.
На таком большом расстоянии от Солнца для нас может стать неожиданностью, что девятая планета, конечно, холодная, но все еще теплее, чем предсказывалось по одному только нагреву солнечным светом. По мере формирования планеты, энергия их ядер может поддерживать недра расплавленными миллиарды лет. Это тепло медленно рассеивается и может наблюдаться с помощью высокочувствительных инфракрасных телескопов.
Температура девятой планеты в 47 кельвинов (-226 градусов по Цельсию) означает, что «излучение планеты преобладает над остыванием ядра, в противном случае температура составила бы всего 10 кельвинов», пишет Линдер. «Ее внутренняя сила примерно в 1000 больше поглощаемой». Это означает, что отраженный солнечный свет будет ничтожным по сравнению с внутренним нагревом, который производит этот мир, что делает его инфракрасный сигнал гораздо более мощным, чем если бы мы искали отраженный солнечный свет в оптическом диапазоне длин волн. Это очевидно для астрономов, которые ищут ледяные объекты далеко от Солнца, но в случае с девятой планетой, которая может быть самым горячим объектом на задворках Солнечной системы, сложно называть «теплым» что-то с температурой в 47 градусов выше абсолютного нуля. «Тепло» это относительный термин.
Отталкиваясь от немногих подсказок о природе девятой планеты, интересно посмотреть, как этот гипотетический мир будет обретать форму. «С нашим исследованием предполагаемая планета 9 перестает быть просто точечной массой, она приобретает форму, физические свойства», говорит Мордасини.
В настоящее время астрономы используют наблюдения и модели Брауна и Батыгина, чтобы отследить возможное местоположение девятой планеты, но с инфракрасными данными, которые нам пока доступны, вычленить мир будет весьма трудно.
Как же выглядит девятая планета? Возможно, нам придется подождать, пока не будет построен Большой синоптический обзорный телескоп возле Серро Тололо в Чили. Только тогда мы сможем доказать, что этот мир точно существует, и поймем, действительно ли это небольшая газообразная планета или что-то совершенно другое. Между тем теоретические исследования вроде этих помогают нам не только отследить местоположение девятой планеты, но и открывают для нас дразнящую возможность посмотреть на то, как выглядит девятая планета и из чего состоит.
И все же в основе этого исследования лежит гипотетическая планета, которая сформировалась из протопланетарного диска нашего Солнца, подобно другим нашим планетам. Но остается возможность того, что девятая планета была захвачена из другой звездной системы (такой сценарий мог бы объяснить высокий эксцентриситет предсказанной орбиты). До тех пор, пока мы фактически не увидим эту планету, мы не сможем точно понять, родилась она в нашей Солнечной системе или нет.
