Šajā mēnesī tika iesniegti jauni pierādījumi par debess ķermeņa esamību, ko 2016. gadā prognozēja Konstantīns Batygin un Michael Brown. "Bēniņi" īsi stāsta par pēdējām ziņām par astronomu sacīkstēm par tiesībām uzrakstīt savu vārdu gadsimtiem ilgajā mūsu planētu sistēmas inventāra vēsturē.
"Saules sistēmā ir astoņas planētas" - šis apgalvojums pēc dažiem gadiem var vairs neatbilst patiesībai. Astronomi iegūst arvien netiešākus pierādījumus par devītās planētas esamību tālu aiz Neptūna orbītas.
Kopš Urāna atklāšanas 1781. gadā ir atkārtoti izvirzīta hipotēze par citas planētas esamību Saules sistēmā. 1846. gadā tika atklāts Neptūns, un 1930. gadā tika apstiprināta Plutona (planētas statusā līdz 2006. gadam, tagad pundurplanēta) klātbūtne, un abas reizes zinātnieki identificēja debess ķermeni pēc tā ietekmes uz jau zināmo planētu orbītām. Visu turpmāko laiku diezgan aktīvi tika veikti dažādu veidu anomāliju meklējumi planētu un asteroīdu kustībā, taču līdz 20. gadsimta beigām interese par “X-planētu” mazinājās.
Deviņdesmitajos gados Saules sistēmas modeli papildināja Kuipera josta, kas savienota ar izkliedētu disku ārpus Neptūna orbītas. Sauszemes planētas, asteroīdu josta, gāzes giganti, Kuipera josta un, iespējams, vēl plašāks un sīkāks Oorta mākonis - šajā modelī, kā daudzi sāka ticēt, citām planētām nebija vietas.
Tuvs un neredzams
2016. gadā amerikāņu astronomi Konstantīns Batygins un Maikls Brauns izvirzīja hipotēzi, ka aiz Kuipera jostas ir vēl viena, devītā planēta. Viņu pieņēmums balstījās uz vairāku īpaši tālu orbītu analīzi Kuipera jostā, piemēram, piemēram, Sedna, kas kaut kādu iemeslu dēļ pārvietojas pa debesīm vienā plaknē un vienā virzienā. Pēc daudziem mēnešiem, modelējot un pārbaudot datus ar faktiskajiem, astronomi ir nonākuši pie pārsteidzoša secinājuma pat paši par sevi: ļoti tālu aiz Neptūna atrodas vēl viens debess ķermenis, kura masa ir aptuveni desmit Zemes un kas netuvojas Saulei tuvāk par 280 astronomiskām vienībām. Un tieši tas izstiepj un iztaisno šo "dīvaino" Kuipera jostas ķermeņu orbītas.
Diagramma, kurā parādīta Deviņu planētas (oranža) orbīta un dažu zināmu trans-Neptūnas objektu (rozā) orbītas. Ilustrācija: MagentaGreen / Wikimedia.
Reklāmas video:
Batygin un Brown savā rakstā atzīmēja, ka devītās planētas atrašana nebūs vieglākais uzdevums. Sakarā ar lielo attālumu līdz šim hipotētiskajam objektam vajadzētu būt tik blīvam, lai to caur teleskopu varētu redzēt tikai ar spoguļa diametru vairāku metru garumā - tas atbilst pienācīgas observatorijas līmenim, kas, kā likums, ir noslogots ar citiem uzdevumiem. Milzu planētas meklēšana Saules sistēmas nomalē izrādās tehniski grūtāka nekā eksoplanetu noteikšana vairāku desmitu gaismas gadu attālumā no Zemes, taču līdztekus tiešiem novērojumiem zinātniekiem ir arī netiešas metodes.
Viens no tiem ir jaunu trans-Neptūnijas objektu meklēšana un to orbītu salīdzināšana ar Batygin-Brown modeļa prognozēm. Astronomi apgalvo, ka devītās planētas gravitācijas ietekme ne tikai nosūta dažus Kuipera jostas ķermeņus ilgā ceļojumā ap Sauli, bet arī rada neparasti lielus daudzu citu objektu orbītu slīpumus. Dažreiz tā, ka tie sāk griezties perpendikulāri mūsu sistēmas pārējo planētu ekliptikai.
Piemēram, 2015. gada BP519 objekts, pazīstams arī kā “Cashew”, aprakstīts nesen publicētā starptautiskas astronomu grupas rakstā, vienkārši iekļaujas Batygin-Brown modelī. Tam ir ļoti augsts orbītas slīpums, kas tomēr vēl neļauj pārliecinoši apgalvot, ka devītā planēta patiešām pastāv. Šī atklājuma autori uzmanīgi raksta par "netiešu pierādījumu pievienošanu par labu jaunai planētai", bet Batygin un Brown neilgi pirms tam iepazīstināja ar vairākiem iepriekš izteiktās hipotēzes uzlabojumiem: jauns dažādu scenāriju modelēšana Kuipera jostas evolūcijai parādīja, ka devītās planētas ietekme noved pie daudzu Neptūnas objektu parādīšanās. ar ļoti iegarenām orbītām - un tas labi saskan ar novērojumiem.
Vēl viena devītās planētas orbītu diagramma (zaļais aplis, kas apzīmēts ar P9) un daudzām ārkārtīgi iegarenām trans-Neptūnijas objektu orbītām. Iegarens zils aplis - Indijas orbīta. Katrs kvadrāts fonā - 100 astronomiskās vienības. Attēls: Tomruen / wikimedia commons.
Pēc Konstantīna Batjigina teiktā, "jaunatklātais objekts, 2015 BP519, ir tieši tur, kur to paredz devītās planētas teorētiskais modelis". Komentārā Bēniņam viņš atzīmēja, ka “tas ir fantastisks attēla apstiprinājums, kuru mēs gaidījām redzēt, pamatojoties uz skaitlisko modelēšanu”, tomēr vēl ir pāragri runāt par jaunas planētas galīgo atklāšanu. Pierādījumu saraksts par tā esamību burtiski pieaug mūsu acu priekšā, bet tikai pāris fotoattēlu ar kustīgu priekšmetu, kas uz tiem ir atzīmēts, izbeigs šo jautājumu. Batygin un Brown ir jau ieguvuši novērošanas laiku Subaru lielajā zemes teleskopā, kas, pēc Batygin teiktā, ir viens no labākajiem instrumentiem devītās planētas atrašanai. Turklāt tiek mēģināts izmantot attēlus no WISE kosmosa teleskopa,un kopš 2017. gada darbojas projekts Backyard Worlds: Planet 9, kurā ikviens var mēģināt atrast attēlos šo debess ķermeni, tāpēc, iespējams, ilgi nebūs jāgaida.
Ko tad?
Gāzes milžiem var piedēvēt to, ka pēdējos miljardos gadu Zemes pastāvīgās sadursmes ar asteroīdiem nav. Viņi, nonākot pašreizējās orbītās, "iztīrīja" mūsu planētas sistēmas sektoru no dažādiem maziem (pēc astronomiskiem kritērijiem) gružiem. Bet, ja Jupiters vai pat Neptūns tiešām ietekmēja Zemi, vismaz atbrīvojoties no regulārām planētu katastrofām, tad kā būtu ar ķermeni, kas ir desmit reizes tālāks?
Krievu astronoms Vladimirs Surdins savā komentārā Bēniņam atzīmēja, ka katras jaunās planētas atklāšana ietekmē mūsu izpratni par Saules sistēmas likteni, kas līdz šai dienai paliek neskaidra. "Faktiski pētījumi vēl tikai sākas," sacīja zinātnieks un piebilda, ka "Saules sistēmas perifērijā, tumsā, Dievs zina, ko". Tie ķermeņi, kas papildina simtiem astronomu katalogu, ir atrodami salīdzinoši nelielā attālumā no Saules, bet aiz Kuipera jostas pat milzu planētai ir visas iespējas ļoti ilgi slēpties no novērotājiem un sevi izdalīt tikai ar netiešas gravitācijas ietekmes palīdzību.
Shēma: Anatolijs Lapushko / Chrdk.
Ārēji devītajai planētai, ja tāda pastāv, vajadzētu būt līdzīgai divām gāzes milžām, kas atrodas vistālāk no Saules. “Planēta ar super Zemes masu būtu līdzīga Urānam un Neptūnam, bet pat aukstāka,” saka Surdins. Šie divi debess ķermeņi dažreiz tiek saukti par "ledus milžiem", jo it kā atrodas akmeņaina ledus kodols bez metāliska ūdeņraža slāņa, kas sagaidāms no Jupitera un Saturna. Tomēr visā cilvēces vēsturē tikai viens kosmosa kuģis Voyager 2 ir apmeklējis Urānu un Neptūnu, tāpēc zinātniekiem ir mazāk novērojumu datu, nekā viņi vēlētos.
Devītā planēta, pat perihēlijā, būs praktiski nepieejama pētījumu zondes ar raķešu dzinējiem. Voyagers attālinājās no Saules pie 117 un 140 AU. - neskatoties uz to, ka tie tika laisti klajā 1977. gadā. Lido pat līdz 200 AU punktam. no mūsu zvaigznes paies vismaz pusgadsimts, un, samazinot šo periodu līdz dažām saprātīgām robežām, acīmredzot būs vajadzīgas fundamentāli jaunas tehnoloģijas, piemēram, saules bura. Pat kodolreaktora apvienojums ar jonu dzinējiem konfigurācijā, kas aptuveni līdzinās Krievijas megavatu klases atomelektrostacijas projektam, neļaus sasniegt mērķi mazāk kā desmit gadu laikā. Un, kad planēta atrodas afērā, šis laiks ievērojami palielinās.
Urāns un Neptūns, NASA attēli. Kā redzat, ledus milži pēc izskata ir diezgan atšķirīgi: piemēram, neliels metāna piemaisījums (apmēram 1%) padara Neptūnu daudz zilāku.
Devītās planētas tieša noteikšana apstiprinās Batygina un Brauna pareizību, ļaus noskaidrot Saules sistēmas vēsturi, taču pats šis debess ķermenis, pat ieviešot jaunas paaudzes teleskopus, fotogrāfijās diez vai paliks vairāk kā punkts. Devīto Saules sistēmas planētu "aizmugurē" ir paradoksāli grūtāk izpētīt nekā jebkurus karstos Jupiterus, kas atrodas netālu no citām zvaigznēm, taču tā sniegs labāku izpratni par to objektu izturēšanos, kuri jau sen zināmi.
No papīra līdz datoriem
Neptūns bija pirmā planēta, kas tika atklāta "spalvas galā" - balstoties uz aprēķiniem un Urāna kustības analīzi, kas ārējas pievilcības dēļ pārvietojās ar mainīgu ātrumu. Tomēr, jo lielāks ir attālums starp debess ķermeņiem un jo lielāks ir šo ķermeņu skaits, jo grūtāk ir aprēķināt to trajektoriju. Fiziķi un matemātiķi zina, ka divu ķermeņu pagriešanas ap kopīgu masas centru problēma ir salīdzinoši viegli risināma, un viņiem ir atbilde vienādojuma formā ar precīzu orbītas aprakstu, bet trīs ķermeņu kombināciju ir daudz grūtāk aprēķināt. Proti, trīs vai vairāku ķermeņu sistēmai nav analītiska risinājuma, tas ir, nav iespējams iegūt formulu, kas apraksta viņu kustību patvaļīgi ilgā laika posmā.
Saules sistēmas evolūcija saskaņā ar Nicas modeli. Zils rāda Urāna orbītu, zils - Saturns, savukārt oranža un zaļa krāsa atbilst Saturnam ar Jupiteru. Saskaņā ar šo modeli Urāns un Neptūns mainīja vietas un pa ceļam visas milzu planētas "notīrīja" mazo objektu planētu sistēmu. Modelim ir vairākas modifikācijas - piemēram, norādot uz cita gāzes giganta klātbūtni, kurš tika pilnībā izmests starpzvaigžņu telpā. Attēls: AstroMark / Wikimedia.
Saules sistēmas modelēšana tiek veikta tikai ar aptuvenām metodēm. Ar pietiekami lieliem skaitļošanas resursu izdevumiem ir iespējams aprēķināt sistēmas elementu kustību ar patvaļīgi nepieciešamo precizitāti, taču dažreiz nenozīmīgas novirzes no sākotnējiem apstākļiem pēc kāda laika noved pie modeļa pilnīgi atšķirīgas izturēšanās. Šis efekts plašākai sabiedrībai ir pazīstams kā "tauriņa efekts". Šai ietekmei tiek pakļauta planētu un asteroīdu kustība, kā arī gaisa masu izturēšanās, tāpēc Saules sistēmas vēstures rekonstrukcija nekādā ziņā nav zemāka par laika prognozes sarežģītību. Un mēģinājumi aprēķināt hipotētisku planētu ir salīdzināmi ar uzdevumu paredzēt visas viesuļvētras sekas - šeit jums ir jāsaskaras gan ar precīzas informācijas trūkumu, gan ar skaitļošanas jaudas trūkumu.
Pirms mūsdienu datoru parādīšanās daudzu tūkstošu ķermeņu kustības aprēķināšana vienlaikus bija gandrīz neatrisināma problēma. Nicas modeļa parādīšanos, kas apraksta gāzes gigantu izturēšanos pēc to veidošanās no gāzes un putekļu diska, padarīja iespējamu datori. Argumenti par devīto planētu balstās arī uz aprēķiniem, ko nevar izdarīt ar papīru un pildspalvu. Devītās planētas atklāšana, ja tā notiks, nebūs tikai Neptūna vai Plutona vēstures atkārtošana, bet gan jauna vēsture, kas pirms simts gadiem nebūtu iespējama.
Aleksejs Timošenko
