Девятая планета^[1], или Планета 9^[2] (англ. Planet Nine) — гипотетическая транснептуновая планета Солнечной системы за пределами орбиты Плутона, которая массивнее Земли. О возможном существовании этой планеты астрономы из Калифорнийского технологического института Константин Батыгин и Майкл Браун (первооткрыватель многих транснептуновых объектов и карликовых планет) объявили в «Астрономическом журнале» 20 января 2016 года^[3]. Подобно предыдущим гипотезам о планете X, гипотеза о существовании этой планеты предложена для объяснения результатов математического анализа особенностей движения некоторых наиболее удалённых объектов в поясе Койпера. Обнаружить планету непосредственно пока не удалось.

История гипотезы

В 2014 году астрономы Чедвик Трухильо и Скотт Шеппард обнаружили^[4], что некоторые далёкие объекты пояса Койпера имеют аргумент перигелия, близкий к нулю. Это значит, что они пересекают плоскость эклиптики с юга на север примерно во время прохождения перигелия. Трухильо и Шеппард заметили, что такое совпадение может быть результатом одного из вариантов эффекта Лидова — Козаи, если предположить, что в облаке Оорта существует массивная планета. Однако резонанс Лидова — Козаи не объяснял, почему все объекты из рассмотренной группы пересекают плоскость эклиптики в перигелии в одном и том же направлении (с юга на север)^[5][3].

В том же году испанские астрономы из Мадридского университета подтвердили, что такое совпадение маловероятно и не может быть объяснено наблюдательной селекцией^[en]*[6]. Они предположили наличие суперземли массой 10 масс Земли на расстоянии примерно 250 а. е. и более удалённой планеты с массой в диапазоне от массы Марса до массы Урана^[6].

Батыгин и Браун, пытаясь опровергнуть эти гипотезы, напротив, заметили, что у всех шести известных на 2015 год обособленных транснептуновых объектов (Седны, 2012 VP₁₁₃, 2007 TG₄₂₂, 2004 VN₁₁₂, 2013 RF₉₈ и 2010 GB₁₇₄), большая полуось которых больше 250 а. е., не только аргумент перигелия практически совпадает, но и их орбиты ориентированы приблизительно одинаково в пространстве. То есть у них маленький разброс в долготе восходящего узла и наклонении орбиты. Путём моделирования было показано, что вероятность такого совпадения равна 0,007 % даже с учётом наблюдательной селекции. Такое совпадение особенно странно из-за того, что перигелии небесных тел смещаются со временем с разной скоростью. По выражению Майкла Брауна, это соответствует тому, что вы взглянули в случайный момент на часы с шестью стрелками, движущимися с разными скоростями, и оказалось, что они совпали. Эти наблюдения позволили Майклу Брауну оценить вероятность того, что эта планета реально существует, как 90 %^[7].

Используя аналитическую теорию возмущений и компьютерное моделирование, Батыгин и Браун показали, что подобное выравнивание орбит может быть объяснено наличием одной массивной планеты массой порядка 10 земных, с большой полуосью порядка 400—1500 а. е. и эксцентриситетом порядка 0,5—0,8. Кроме того, эта модель планеты-пастуха позволила объяснить другие особенности орбит объектов пояса Койпера. Например, почему Седна и 2012 VP₁₃₃, которые никогда не подходят близко к Нептуну, имеют такой большой эксцентриситет. Более того, эта модель предсказывает, что существуют объекты в поясе Койпера с орбитами, перпендикулярными плоскости эклиптики. За последние годы было найдено несколько таких объектов: 2013 BL₇₆, 2012 DR₃₀, 2010 BK₁₁₈, 2010 NV₁, 2009 MS₉, 2008 KV₄₂^[3][8].

(Основной раздел здесь) В конце февраля учёные Аризонского университета предположили, что Девятая планета находится в резонансе с обособленными транснептуновыми объектами, и уточнили характеристики орбиты:

Название

Авторы гипотезы между собой называют планету Толстушка (англ. Fatty), а также Иосафатом (англ. Jehoshaphat) или Джорджем (англ. George)^[9].

Параметры

Орбита

Расчёты Брауна и Батыгина

Предполагается, что планета удалена от Солнца примерно в 20 раз дальше, чем Нептун, то есть в среднем на 600 а. е., и делает оборот вокруг Солнца за 10 000—20 000 лет. Однако из-за большого эксцентриситета эллиптической орбиты она может удаляться и подходить к Солнцу на расстояния от 1200 а. е. до 200 а.е.^[10][11] Её орбита предположительно наклонена к эклиптике на 30°^[8]. Впрочем, надо иметь в виду, что приведённые выше параметры — это те, которые использовались в ходе моделирования положения далёких объектов в поясе Койпера. Они показывают только примерный порядок возможных истинных параметров орбиты планеты^[3].

Уточнение резонансами

Учёные Аризонского университета — включая профессора Рену Малхотра^[en], доктора Катрин Волк и Цзяну Вонг в своей статье^[12] на arXiv.org предположили, что если Девятая планета действительно пересекалась с определенными высокоэксцентричными объектами пояса Койпера, высоки шансы на то, что она находится в орбитальном резонансе с этими объектами.

В электроном письме сайту Universe Today Рену Малхотра, Катрин Волк и Цзяну Вонг написали:

Объекты пояса Койпера, которые мы исследовали в нашей работе, отличаются от других, поскольку обладают очень далекими и очень вытянутыми орбитами, но их ближайший подход к Солнцу недостаточно близок, чтобы на них ощутимо повлиял Нептун. Таким образом, у нас есть шесть этих объектов, орбиты которых незначительно подвержены влиянию известных планет нашей Солнечной системы. Но если бы в нескольких сотнях а. е. от Солнца была другая, пока не обнаруженная планета, она бы влияла на шесть этих объектов.

Необычные объекты пояса Койпера недостаточно массивны, чтобы быть в резонансе между собой, но тот факт, что их орбитальные периоды попадают в область простых соотношений, может означать, что они в резонансе с массивным невидимым объектом.

Проанализировав характеристики орбит обособленных транснептуновых объектов, учёные пришли к выводу, что эти объекты могут иметь такой резонанс с Девятой планетой:

Согласно данным, полученных при вычислениях, был уточнён период обращения Девятой планеты вокруг Солнца, который равен 17 117 земных лет, а также большая полуось орбиты, которая теперь равна 665 а.е. Эти данные согласуются с оценкой Брауна и Батыгина.

Однако, по словам учёных, нельзя с полной уверенностью сказать об обнаружении резонансов:^[13][14]

Неопределенностей довольно много. Орбиты этих крайних объектов пояса Койпера не очень хорошо известны, поскольку движутся в небе очень медленно и мы наблюдаем лишь малую часть их орбитального движения. Так что их орбитальные периоды могут отличаться от текущих оценок, и некоторые из них могут выйти из резонанса с гипотетической планетой. Есть также вероятность, что орбитальные периоды этих объектов связаны; мы пока наблюдали не так много подобных объектов и располагаем ограниченными данными.

Физические характеристики

Планета предположительно имеет диаметр в 2—4 раза больше земного и массу, составляющую порядка 10 земных, что ставит её по этому показателю между планетами земной группы и планетами-гигантами.

Этой массы достаточно, чтобы планета смогла расчистить район своей орбиты от других объектов. Таким образом, это настоящая суперземля, в отличие от карликовых, после открытия которых Майклом Брауном Плутон был лишён статуса планеты. Более того, эта планета доминирует в регионе, который больше, чем у любой другой известной планеты Солнечной системы^[8].

Высказываются предположения, что эта планета является газовым (плотным газово-ледяным) гигантом, выглядит как Нептун и имеет похожее альбедо^[15].

История образования

Формирование Девятой планеты зависит от её строения. Если она окажется похожей на газовую планету, то по самой реалистичной на данный момент теории^[16], она наращивала газовую оболочку на твёрдом скалистом ядре. В другом случаи, если эта планета суперземля, то она как и другие планеты земной группы слипалась из мелких осколков, астероидов и планетеземалий, обретая массу^[17].

Она может быть прямым подтверждением моделирований истории передвижения орбит планет в Солнечной системе^[18], в том числе нерешённой проблемы миграции Юпитера, который согласно экзопланетарным системам и компьютерным симуляциям должен был выйти на устойчивую орбиту гораздо ближе к Солнцу^[19]. Согласно компьютерному моделированию Дэвида Несморного (англ. David Nesvorný) шанс образования сегодняшнего вида Солнечной системы увеличивается больше чем в 20 раз при добавлении пятого газового гиганта, чем без него с большим количеством планетоземалий.^[20]

Согласно этой теории, Юпитер должен был постепенно перемещаться во внутрь Солнечной системы и вернуться на современную орбиту он мог только скачком, вытолкнув с орбиты у Солнца достаточно массивный объект. Но так как Уран и Нептун всё же на круговых и устойчивых орбитах, они не могли послужить толчком для Юпитера.

В начале марта 2016 года группа ученых из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и университета Мичигана по методике Монте-Карло с использованием результатов нескольких миллионов симуляций выявили, что за 4,5 милиарда лет существования и развития Солнечной системы был шанс в 10-15% вылета Девятой планеты из неё при близком прохождении другой звезды. Это значит, что за всю историю планетарной системы она не приближалось достаточно близко к массивным объектам.^[21]

Наблюдения

В настоящее время существование планеты является лишь гипотезой. Подтвердить её может визуальное обнаружение.

В отличие от открытия Нептуна, которое сделали на основе отклонения Урана от движения по законам Кеплера, существование Девятой планеты проявляется в статистических аномалиях орбит малых планет, сложившихся за миллиарды лет. Этот метод позволяет вычислить предположительные параметры орбиты планеты, но не позволяет определить даже приблизительно, в каком месте орбиты планета в данный момент находится. Наряду с тем фактом, что планета движется очень медленно (орбитальный период может быть от 10 до 20 тысяч лет) и находится далеко от Земли (видимая звёздная величина может быть больше 22), это делает её очень сложной для поисков^[22].

Для поиска планеты Браун и Батыгин зарезервировали время на японском телескопе Субару в обсерватории на Гавайях. К поискам присоединились Шеппард и Трухильо. По оценке Брауна, обследование большей части области неба, где может находиться планета, займёт около пяти лет^[11][23].

Проверяемые предсказания

Гипотеза о существовании Девятой планеты удовлетворяет критерию Поппера, то есть приводит к предсказаниям, которые могут быть проверены вне зависимости от непосредственного наблюдения данной планеты.

Обнаружение других транснептуновых объектов

Модель предсказывает, что кроме рассмотренных объектов с большим эксцентриситетом (которые привели к гипотезе о существовании Девятой планеты), должна существовать популяция связанных объектов с малым эксцентриситетом, у которых перигелий сгруппирован в точке, противоположной перигелию рассмотренной группы. Поиск таких объектов является одним из основных способов, который может подтвердить или опровергнуть эту гипотезу^[3].

Повторная проверка данных

Существует большая вероятность того, что Девятая планета уже была зафиксированна на снимках некоторых телескопов и её фотографии лежат в архивах, но из-за своей тусклости и медленного передвижения на фоне удалённых неподвижных объектов не была замечена^[24].

По влиянию на Солнечную систему

В конце февраля 2016 года французские астрономы написали изданию The Guardian что, анализируя данные с космического аппарата Cassini, смогли исключить две крупные зоны, уменьшив область поиска Девятой планеты в общей сложности на 50 %. Используя компьютерное моделирование, группа ученых рассчитала, какое влияние должна оказывать на газовые гиганты Девятая планета, а затем изучили их траекторию в Солнечной системе. Согласно результатом исследования, исключена возможность нахождения Девятой планеты в перигелии (так как она повлияла бы на другие планеты) и примерно на пол-пути от него. Самой вероятной областью её нахождения оказалась область орбиты на пол-пути к перигелию.^[25]

Критика

Старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ Владимир Сурдин, ссылаясь на данные орбитального телескопа WISE, исследовавшего периферию Солнечной системы в инфракрасном диапазоне и потенциально способного, но до сих пор не обнаружившего данную планету, утверждает, что, скорее всего, этой планеты-гиганта не существует^[26]. Так же считает астроном Этан Зигель из колледжа Льюиса и Кларка в Портленде (США)^[27]. Сходного мнения придерживается Дэвид Джуитт, американский астроном, внёсший большой вклад в открытие пояса Койпера. Он утверждает, что величина статистической значимости 3,8 сигма, полученная в работе Батыгина и Брауна, заслуживает дальнейшего рассмотрения, но ему известно немало случаев, когда результаты с подобной значимостью не подтвердились. Также из дюжины объектов, открытых Трухильо и Шеппардом, было отобрано только шесть, что, по мнению Джуитта, указывает на некоторую предвзятость анализа^[11].

См. также

• Планеты за пределами орбиты Нептуна
• Планета X
• Тюхе
• Гипотеза о пятом газовом гиганте
• Плутон — считался девятой планетой с 1930 по 2006 год.

Комментарии

Примечания