Ovog mjeseca predstavljeni su novi dokazi za postojanje nebeskog tijela koje su 2016. predvidjeli Konstantin Batygin i Michael Brown. "Potkrovlje" ukratko govori o najnovijim vijestima o utrci astronoma za pravo upisavanja svog imena u stoljetnu povijest inventara našeg planetarnog sustava.
"Postoji osam planeta u Sunčevom sustavu" - ta izjava možda više neće biti istinita za nekoliko godina. Astronomi dobivaju sve više i više posrednih dokaza za postojanje devete planete daleko izvan orbite Neptuna.
Hipoteza o postojanju drugog planeta u Sunčevom sustavu više je puta predložena od otkrića Urana 1781. godine. Godine 1846. otkriven je Neptun, a 1930. potvrđena je prisutnost Plutona (u statusu planeta do 2006. godine, a sada je patuljasti planet), a oba puta znanstvenici su identificirali nebesko tijelo po njegovom utjecaju na orbite već poznatih planeta. Sljedeće vrijeme su se pretraživale razne vrste anomalija u kretanju planeta i asteroida i to vrlo aktivno, ali do kraja 20. stoljeća zanimanje za "X-planet" je utihnulo.
Devedesetih je model Sunčevog sustava dopunio Kuiperov pojas, zajedno s raspršenim diskom izvan orbite Neptuna. Zemaljski planeti, asteroidni pojas, plinski divovi, Kuiperov pojas i, možda, još obimniji i slabiji Oortov oblak - u ovom modelu, kako su mnogi počeli vjerovati, nije bilo mjesta za bilo koji drugi planet.
Bliski i nevidljivi
Američki astronomi Konstantin Batygin i Michael Brown su 2016. iznijeli hipotezu da iza Kuiperovog pojasa postoji još jedan, deveti planet. Njihova se hipoteza temeljila na analizi nekoliko posebno udaljenih orbita objekata u Kuiperovom pojasu, kao što je Sedna, na primjer, koji se iz nekog razloga kreću nebom u istoj ravnini i u jednom smjeru. Nakon višemjesečnog modeliranja i provjere podataka s stvarnim, astronomi su čak i sami sebi došli do nevjerojatnog zaključka: vrlo daleko iza Neptuna nalazi se još jedno nebesko tijelo s masom od oko deset Zemlja i ne približava se Suncu bliže od 280 astronomskih jedinica. I to je ono što proteže i ispravlja orbite ovih "čudnih" Kuiperovih tijela remena.
Dijagram koji prikazuje orbitu planete Devet (narančasta) i orbite nekih poznatih transneptunskih objekata (ružičasta). Ilustracija: MagentaGreen / Wikimedia.
Promotivni video:
Batygin i Brown su u svom članku istakli da pronalazak devete planete neće biti najlakši zadatak. Zbog velike udaljenosti od ovog hipotetičkog objekta trebao bi biti toliko prigušen da se kroz teleskop može vidjeti samo s zrcalom promjera nekoliko metara - to odgovara razini pristojnog opservatorija, koji je u pravilu opterećen drugim zadacima. Potraga za divovskim planetom na periferiji Sunčevog sustava tehnički je teža od otkrivanja egzoplaneta više desetaka svjetlosnih godina sa Zemlje, ali osim izravnih opažanja, znanstvenici imaju i neizravne metode.
Jedno od njih je potraga za novim trans-Neptunovim objektima i usporedba njihovih orbita s predviđanjima Batygin-Brown-ovog modela. Astronomi tvrde da gravitacijski utjecaj devete planete ne samo da šalje neka tijela Kuiperovog pojasa na dugo putovanje oko Sunca, već dovodi i do neobično velikih nagiba orbita niza drugih objekata. Ponekad tako da se počnu okretati okomito na ekliptiku ostalih planeta našeg sustava.
Na primjer, objekt BP519 iz 2015. godine, zvan "Cashew", opisan u nedavno objavljenom članku međunarodne grupe astronoma, upravo se uklapa u model Batygin-Brown. Ima vrlo visoku orbitalnu nagib, koja nam, međutim, još uvijek ne dopušta da sa sigurnošću možemo reći da deveti planet doista postoji. Autori ovog otkrića pažljivo pišu o "dodavanju neizravnih dokaza u korist novog planeta", a Batygin i Brown su malo prije toga iznijeli brojna preciziranja prethodno iskazane hipoteze: novo modeliranje različitih scenarija evolucije Kuiperovog pojasa pokazalo je da utjecaj devete planete dovodi do pojave mnogih transneptunskih objekata s vrlo izduženim orbitama - i to je u dobrom suglasju s opažanjima.
Još jedan dijagram orbita devetog planeta (zeleni krug s oznakom P9) i mnogih ekstremno izduženih orbita trans-neptunskih objekata. Izduženi plavi krug - Cashew orbita. Svaki kvadrat u pozadini - 100 astronomskih jedinica. Slika: Tomruen / wikimedia commons.
Prema Konstantinu Batyginu, „novootkriveni objekt, 2015. godina BP519, je upravo tamo gdje to predviđa teorijski model devete planete“. U komentaru Atticsa napomenuo je da je "ovo fantastična potvrda slike koju smo očekivali da vidimo na temelju numeričkog modeliranja", međutim, još je rano govoriti o konačnom otkriću novog planeta. Popis dokaza o njegovom postojanju raste bukvalno pred našim očima, ali samo će par fotografija s pokretnim predmetom označenim na njima zaustaviti ovo pitanje. Batygin i Brown već su dobili vrijeme promatranja na velikom podzemnom teleskopu Subaru, koji je, prema Batyginu, jedan od najboljih instrumenata za pronalazak devete planete. Pored toga, pokušavaju se koristiti slike iz svemirskog teleskopa WISE,a od 2017. radi projekt Backyard Worlds: Planet 9 gdje svi mogu pokušati pronaći ovo nebesko tijelo na slikama, pa možda neće trebati dugo čekati.
Pa što?
Relativna odsutnost stalnih sudara Zemlje s asteroidima tokom posljednjih milijardi milijardi godina može se pripisati plinskim divovima. Oni su, ulazeći u svoje današnje orbite, "očistili" naš sektor planetarnog sustava od raznih sitnih (prema astronomskim kriterijima) krhotina. Ali ako su Jupiter ili čak Neptun zaista utjecali na Zemlju barem tako što su se riješili redovitih planetarnih katastrofa, pa što je s tijelom deset puta udaljenijim?
Ruski astronom Vladimir Surdin u komentaru za Attic napomenuo je da otkriće svake nove planete utječe na naše razumijevanje sudbine Sunčevog sustava, koje ostaje nejasno i do danas. "Zapravo, istraživanje tek počinje", rekao je znanstvenik i dodao da "na periferiji Sunčevog sustava, u tami, Bog zna što". Ta tijela koja stotine nadopunjuju kataloge astronoma nalaze se na relativno maloj udaljenosti od Sunca, ali čak i divovski planet iza Kuiperovog pojasa ima sve šanse da se skriva od promatrača vrlo dugo i da se prepusti samo neizravnim gravitacijskim efektima.
Shema: Anatolij Lapuško / Chrdk.
Izvana, deveta planeta, ako postoji, trebala bi biti slična dva plinska diva najudaljenija od Sunca. "Planeta sa super-zemaljskom masom bila bi slična Uranu i Neptunu, ali još hladnija", kaže Surdin. Ova dva nebeska tijela ponekad se nazivaju "ledenim divovima" zbog navodne prisutnosti kamenito-ledene jezgre bez sloja metalnog vodika koji se očekuje od Jupitera i Saturna. Međutim, samo je jedna svemirska letjelica, Voyager 2, posjetila Uran i Neptun u čitavoj povijesti čovječanstva, pa znanstvenici imaju manje podataka o promatranju nego što bi željeli.
Deveta planeta, čak i u periheliju, bit će praktično nepristupačna za istraživačke sonde s raketnim motorima. Voyagers su se udaljili od Sunca pri 117 i 140 AU. - unatoč činjenici da su lansirani 1977. Leteći čak do točke od 200 AU. proći će najmanje pola stoljeća od naše zvijezde, a smanjivanje tog razdoblja na neke razumne granice očito će zahtijevati fundamentalno nove tehnologije poput solarnog jedra. Čak i kombiniranje nuklearnog reaktora s ionskim motorima u konfiguraciji koja približno podsjeća na ruski nuklearni pogon megavatne klase neće omogućiti postizanje cilja za manje od desetljeća. A kad je planeta u apelu, ovaj put se značajno povećava.
Uran i Neptun, NASA-ine slike. Kao što vidite, ledeni divovi po izgledu su prilično različiti: na primjer, mala primjena metana (oko 1%) čini Neptun mnogo plavijim.
Izravno otkrivanje devete planete potvrdit će ispravnost Batygina i Browna, omogućit će vam da se razjasni povijest Sunčevog sustava, no samo će to nebesko tijelo, čak i uvođenjem nove generacije teleskopa, na fotografijama teško ostati više od točke. Deveti planet "u dvorištu" Sunčevog sustava paradoksalno je teže proučiti od bilo kojeg vrućeg Jupitera u blizini drugih zvijezda, ali pružit će bolje razumijevanje ponašanja tih objekata koji su već odavno poznati.
Od papira do računala
Neptun je bio prvi planet otkriven "na vrhu perja" - na temelju izračuna i analize kretanja Urana, koji se kretao promjenjivom brzinom zbog vanjske privlačnosti. Međutim, što je veća udaljenost između nebeskih tijela i što je veći broj tih tijela, to je teže izračunati njihovu putanju. Fizičari i matematičari znaju da se problem vrtnje dvaju tijela oko zajedničkog središta mase rješava relativno lako i ima odgovor u obliku jednadžbe s točnim opisom orbite, ali kombinaciju triju tijela mnogo je teže izračunati. Konkretno, sustav od tri ili više tijela nema analitičko rješenje, to jest nemoguće je dobiti formulu koja opisuje njihovo kretanje proizvoljno dugo vremena.
Evolucija Sunčevog sustava prema Nice modelu. Plava pokazuje orbitu Urana, plava - Saturn, dok narančasta i zelena odgovaraju Saturnu s Jupiterom. Prema ovom modelu, Uran i Neptun su promijenili mjesta i usput su svi divovski planeti "očistili" planetarni sustav malih predmeta. Model ima brojne modifikacije - na primjer, sugerirajući prisutnost drugog plinskog giganta, koji je u potpunosti bačen u međuzvjezdani prostor. Slika: AstroMark / Wikimedia.
Modeliranje Sunčevog sustava provodi se samo približnim metodama. Uz dovoljno veliki trošak računskih resursa, moguće je izračunati kretanje elemenata sustava s proizvoljno potrebnom točnošću, ali ponekad zanemariva odstupanja od početnih uvjeta dovode do potpuno različitog ponašanja modela nakon nekog vremena. Taj je učinak široj javnosti poznat kao "efekt leptira". Kretanje planeta i asteroida, kao i ponašanje zračnih masa podložni su ovom učinku, tako da rekonstrukcija povijesti Sunčevog sustava ni na koji način nije inferiorna u složenosti od vremenske prognoze za dugo vremena. A pokušaji izračuna hipotetičkog planeta usporedivi su sa zadatkom predviđanja svih posljedica uragana - ovdje se morate suočiti i s nedostatkom točnih informacija i s nedostatkom računalne snage.
Prije pojave modernih računala, računanje gibanja više tisuća tijela u isto vrijeme ostao je gotovo nerešiv problem. Pojava modela Nice, koji opisuje ponašanje plinskih divova nakon što su nastali iz diska plina i prašine, omogućila su računala. Argumenti za deveti planet također se temelje na proračunima koji se ne mogu napraviti s papirom i olovkom. Otkrivanje devete planete, ako se dogodi, bit će ne samo ponavljanje povijesti Neptuna ili Plutona, nego nova povijest koja bi bila nemoguća prije stotinu godina.
Aleksej Timošenko