Ta mesec so bili predstavljeni novi dokazi za obstoj nebesnega telesa, ki sta ga leta 2016 napovedala Konstantin Batygin in Michael Brown. "Podstrešje" na kratko pripoveduje o najnovejših novicah o dirki astronomov za pravico do vpisa svojega imena v večstoletno zgodovino inventarja našega planetarnega sistema.
"V osončju je osem planetov" - ta izjava čez nekaj let morda ne bo več resnična. Astronomi dobivajo vse več naključnih dokazov za obstoj devetega planeta daleč onstran orbite Neptuna.
Hipoteza o obstoju drugega planeta v osončju je bila od odkritja Urana leta 1781 večkrat predlagana. Leta 1846 so odkrili Neptun, leta 1930 pa potrdili prisotnost Plutona (v statusu planeta do leta 2006, zdaj je pritlikav planet) in obakrat so znanstveniki identificirali nebesno telo po njegovem vplivu na orbite že znanih planetov. Ves poznejši čas so iskanja različnih nepravilnosti v gibanju planetov in asteroidov potekala precej aktivno, vendar je do konca 20. stoletja zanimanje za "planet X" popustilo.
V 90. letih prejšnjega stoletja je model sončnega sistema dopolnil Kuiperjev pas, skupaj z raztresenim diskom onstran orbite Neptuna. Kopenski planeti, asteroidni pas, plinski velikani, Kuiperjev pas in morebiti še bolj obsežen in redčen oblak Oort - v tem modelu, kot so mnogi začeli verjeti, ni bilo prostora za nobene druge planete.
Tesno in nevidno
Ameriška astronoma Konstantin Batygin in Michael Brown sta leta 2016 predstavila hipotezo, da za Kuiperjevim pasom stoji še en, deveti planet. Njihova domneva je temeljila na analizi več posebej oddaljenih orbite predmetov v Kuiperjevem pasu, kot je na primer Sedna, ki se iz nekega razloga premikajo po nebu v isti ravnini in v eni smeri. Po več mesecih modeliranja in preverjanja podatkov z dejanskimi so astronomi prišli do neverjetnega zaključka tudi zase: zelo daleč onstran Neptuna je še eno nebesno telo z maso približno deset Zemlj in se ne približuje Soncu bližje kot 280 astronomskim enotam. In prav to razteza in izravnava orbite teh "čudnih" teles Kuiperjevega pasu.
Diagram, ki prikazuje orbito planeta Devet (oranžna) in orbite nekaterih znanih trans-neptunskih objektov (roza). Ilustracija: MagentaGreen / Wikimedia.
Promocijski video:
Batygin in Brown sta v svojem članku zapisala, da iskanje devetega planeta ne bi bila najlažja naloga. Zaradi velike razdalje do tega hipotetičnega predmeta bi moralo biti tako zatemnjeno, da ga lahko skozi teleskop vidimo le z zrcalom premera več metrov - to ustreza ravni dostojnega opazovalnice, ki je praviloma obremenjena z drugimi nalogami. Iskanje velikanskega planeta na obrobju osončja se izkaže za tehnično težje kot odkrivanje eksoplanetov na več deset svetlobnih let z Zemlje, vendar poleg neposrednih opazovanj imajo znanstveniki tudi posredne metode.
Eden izmed njih je iskanje novih trans-neptunskih objektov in primerjava njihovih orbit s predvidevanji modela Batygin-Brown. Astronomi trdijo, da gravitacijski vpliv devetega planeta ne pošilja samo nekaterih teles Kuiperjevega pasu na dolgo plovbo okoli Sonca, ampak vodi tudi do nenavadno velikih naklonov orbitov številnih drugih predmetov. Včasih tako, da se začnejo vrteti pravokotno na ekliptiko preostalih planetov našega sistema.
Na primer, objekt BP519 iz leta 2015, imenovan tudi Cashew, opisan v nedavno objavljenem članku mednarodne skupine astronomov, se ravno prilega modelu Batygin-Brown. Ima zelo velik orbitalni naklon, kar pa nam še ne omogoča, da bi lahko samozavestno rekli, da deveti planet resnično obstaja. Avtorja tega odkritja skrbno pišeta o "dodajanju posrednih dokazov v korist novega planeta", Batygin in Brown pa sta tik pred tem predstavila številne izboljšave prej omenjene hipoteze: novo modeliranje različnih scenarijev za razvoj Kuiperjevega pasu je pokazalo, da vpliv devetega planeta vodi k nastanku številnih transneptunskih objektov z zelo podolgovatimi orbitami - in to je v dobrem soglasju z opazovanji.
Še en diagram orbitov devetega planeta (zeleni krog z oznako P9) in številnih izjemno podolgovatih orbitov trans-neptunskih objektov. Podolgovat modri krog - Cashew orbita. Vsak kvadrat v ozadju - 100 astronomskih enot. Slika: Tomruen / wikimedia commons.
Po besedah Konstantina Batygina je "novo odkrit objekt, 2015 BP519, točno tam, kjer ga napoveduje teoretični model devetega planeta." V komentarju Attic je poudaril, da "je to fantastična potrditev slike, ki smo jo pričakovali na podlagi številčnih simulacij", vendar je o končnem odkritju novega planeta še prezgodaj govoriti. Seznam dokazov o njegovem obstoju raste dobesedno pred našimi očmi, toda le nekaj fotografij z gibljivim predmetom, ki je označen na njih, bodo to vprašanje končali. Batygin in Brown sta že dobila opazovalni čas na velikem zemeljskem teleskopu Subaru, ki je po Batyginovem mnenju eden najboljših instrumentov za iskanje devetega planeta. Poleg tega se poskušajo uporabiti slike iz vesoljskega teleskopa WISE,in od leta 2017 deluje projekt Backyard Worlds: Planet 9, kjer lahko vsakdo poskusi najti to nebesno telo na slikah, zato morda ne bo dolgo čakati.
Pa kaj?
Relativno odsotnost nenehnih trkov Zemlje z asteroidi v zadnjih milijardah let lahko pripišemo plinskim velikanom. Oni so v svoje sedanje orbite »očistili« naš sektor planetarnega sistema od različnih majhnih (po astronomskih merilih) naplavin. Če pa sta Jupiter ali celo Neptun resnično vsaj na Zemlji vplivala tako, da se je znebila navadnih planetarnih katastrof, kaj pa je s telesom desetkrat bolj oddaljenim?
Ruski astronom Vladimir Surdin je v komentarju za Attik zapisal, da odkritje vsakega novega planeta vpliva na naše razumevanje usode sončnega sistema, ki ostaja nejasno do danes. "Pravzaprav se raziskave šele začenjajo," je dejal znanstvenik in dodal, da "na obodu sončnega sistema, v temi, Bog ve, kaj". Tista telesa, ki na stotine polnijo kataloge astronomov, najdemo na sorazmerno majhni razdalji od Sonca, a celo velikanski planet za Kuiperjevim pasom se lahko zelo dolgo skriva od opazovalcev in se prepusti zgolj posrednim gravitacijskim učinkom.
Shema: Anatolij Lapuško / Chrdk.
Navzven bi moral biti deveti planet, če obstaja, podoben dvema plinskima velikanoma, najbolj oddaljenima od Sonca. "Planet s površino Zemlje bi bil podoben Uranu in Neptunu, vendar še hladnejši," pravi Surdin. Ta dva nebesna telesa včasih imenujemo "ledeni velikani" zaradi domnevne prisotnosti kamnito-ledenega jedra brez plasti kovinskega vodika, ki jo pričakujeta Jupiter in Saturn. Vendar je samo eno vesoljsko plovilo, Voyager 2, v celotni zgodovini človeštva obiskalo Uran in Neptun, zato imajo znanstveniki manj opazovalnih podatkov, kot bi si želeli.
Deveti planet, tudi na periheliju, bo praktično nedostopen za raziskovalne sonde z raketnimi motorji. Voyagerji so se oddaljili od Sonca pri 117 in 140 AU. - kljub dejstvu, da so bili lansirani leta 1977. Leti celo do točke 200 AU. od naše zvezde bo minilo vsaj pol stoletja, zato bo zmanjšanje tega obdobja na nekatere razumne meje očitno zahtevalo temeljno nove tehnologije, kot je sončno jadro. Tudi združitev jedrskega reaktorja z ionskimi motorji v konfiguraciji, ki približno spominja na ruski jedrski objekt v megavatnem razredu, ne bo mogla doseči cilja v manj kot desetletju. In ko je planet v afeziji, se tokrat znatno poveča.
Uran in Neptun, slike NASA. Kot vidite, so ledeni velikani po videzu precej različni: na primer majhen primesi metana (približno 1%) naredi Neptun veliko bolj modrega.
Neposredno zaznavanje devetega planeta bo potrdilo pravilnost Batygina in Browna, omogočilo bo razjasnitev zgodovine osončja, vendar bo to nebesno telo, tudi z uvedbo nove generacije teleskopov, na fotografijah komaj ostalo več kot pika. Deveti planet "na zaodrju" sončnega sistema je paradoksalno težje preučiti kot kateri koli vroči Jupiteri v bližini drugih zvezd, vendar bo omogočil boljše razumevanje obnašanja tistih predmetov, ki so že dolgo znani.
Od papirja do računalnikov
Neptun je bil prvi planet, odkrit "na vrhu peresa" - na podlagi izračunov in analize gibanja Urana, ki se je zaradi zunanje privlačnosti gibalo s spremenljivo hitrostjo. Toda večja kot je razdalja med nebesnimi telesi in večje je število teh teles, težje je izračunati njihovo pot. Fiziki in matematiki vedo, da se problem vrtenja dveh teles okoli skupnega središča mase reši relativno enostavno in ima odgovor v obliki enačbe z natančnim opisom orbite, vendar je kombinacijo treh teles veliko težje izračunati. Zlasti sistem treh ali več teles nima analitične rešitve, torej je nemogoče dobiti formule, ki opisuje njihovo gibanje poljubno dolgo.
Razvoj sončnega sistema po modelu Nice. Modra prikazuje orbito Urana, modra - Saturn, medtem ko oranžna in zelena ustrezata Saturnu z Jupitrom. Po tem modelu sta Uran in Neptun menjala mesta in na poti so vsi orjaški planeti "počistili" planetarni sistem majhnih predmetov. Model ima številne modifikacije - na primer namigovanja o prisotnosti drugega plinskega velikana, ki je bil popolnoma vržen v medzvezdni prostor. Slika: AstroMark / Wikimedia.
Modeliranje sončnega sistema se izvaja samo s približnimi metodami. Z dovolj velikimi izdatki računskih virov je mogoče premikanje elementov sistema izračunati s poljubno potrebno natančnostjo, včasih pa zanemarljiva odstopanja od začetnih pogojev vodijo do povsem drugačnega vedenja modela čez nekaj časa. Ta učinek je širši javnosti znan kot "učinek metuljev". Gibanje planetov in asteroidov ter obnašanje zračnih mas so podvrženi temu učinku, zato rekonstrukcija zgodovine osončja v ničemer ne zaostaja po zahtevnosti vremenske napovedi. In poskusi izračuna hipotetičnega planeta so primerljivi z nalogo napovedovanja vseh posledic orkana - tukaj se morate soočiti tako s pomanjkanjem natančnih informacij kot s pomanjkanjem računalniške moči.
Pred nastopom sodobnih računalnikov je izračun gibanja več tisoč teles hkrati ostal skoraj nerešljiv problem. Pojav modela Nice, ki opisuje vedenje plinskih velikanov po nastanku iz diska plina in prahu, so omogočili računalniki. Argumenti za deveti planet temeljijo tudi na izračunih, ki jih ni mogoče storiti s papirjem in peresom. Odkritje devetega planeta, če se bo zgodilo, ne bo samo ponovitev zgodovine Neptuna ali Plutona, temveč nova zgodovina, ki bi bila pred sto leti nemogoča.
Aleksej Timošenko