Що відомо про планету х?

На початку поточного року в засобах масової інформації з`явилося повідомлення про те, що американські вчені К.Батигін і М. Браун з технологічного інституту Каліфорнії в Пасадені виявили в межах Сонячної системи нову планету. Вона знаходиться за межами Плутона і за розмірами нагадує Плутон.

Ця планета навколо Сонця обертається по витягнутій орбіті з періодичністю 15 тисяч років. За своїм хімічним складом вона дуже нагадує Уран і Нептун. На думку вчених, цей об`єкт був вибитий з протопланетного диска навколо Сонця приблизно 4,5 мільярда років тому.

Між цією планетою і Сонцем найближча відстань становить приблизно 200 астрономічних одиниць. Максимальна відстань вчені оцінюють в 600-1200 астрономічних одиниць. Таким чином, можна припустити, що орбіта планети виходить за межі пояса Койпера, де знаходиться Плутон.

Для підтвердження існування нового небесного тіла необхідно п`ять років, і в разі позитивного результату виявлений об`єкт може стати дев`ятою планетою Сонячної системи. Потрібно сказати, що раніше також були спроби пошуку Планети Х, які привели до виявлення таких планет, як Нептун (1864) і Плутон (1930).

В даний час астрономи продовжують пошуки. Вся справа в тому, що точних координат нової планети встановлено не було, вчені лише вказали ту частину неба, в якій вона може перебувати.

Після того, як в 2003 році був відкритий інший транснептунових об`єкт - Седна, вчені прийшли до висновку, що на околицях Сонячної системи існує ще якийсь об`єкт, який впливає на орбіти планет пояса Койпера. Седна, яка знаходиться на відстані 76 астрономічних одиниць від Сонця, повинна бути захищена від впливу існуючих планет. Але коли були відкриті інші транснептунові об`єкти (2012 GB17, 2012 VP113), стало очевидно, що щось впливає на їх траєкторії.

В ході досліджень астрофізики Батигін і Браун заявили про схожість орбіт всіх відомих об`єктів, розташованих за орбітою Нептуна на відстані понад 230 астрономічних одиниць від Сонця. При цьому ймовірність випадкового збігу орбіт вчені оцінили не більше ніж в 0,007 відсотка. Більш того, орбіти тих об`єктів, які розташовані від Сонця на більшій відстані, ніж інші транснептунові тіла, мають настільки схожі характеристики, що це, за словами астрофізиків, можна пояснити лише присутністю ще однією, дев`ятої, планети Сонячної системи.

Нова планета, впевнені вчені, повинна бути досить віддаленій від світила і масивної, щоб впливати на орбіти всіх транснептунових об`єктів і Седну в тій частині простору, куди не поширюється гравітаційне поле відомих планет. Вченими була створена математична модель, яка ще раз довела існування малих об`єктів, орбіти яких знаходяться перпендикулярно площині іншої частини Сонячної системи. Астрофізики припустили, що цими об`єктами можуть бути астероїди Кентаври, розташовані між орбітами Нептуна і Юпітера. Варто відзначити, що раніше астрономи не могли розгадати траєкторію їх руху.

Браун і Батигін в своїй роботі розглянули кілька основних параметрів траннептунових тел. Першим з них є аргумент перицентра, тобто, кут, який з`єднує найближчу до Сонця точку орбіти (перигелій) і саме світило і напрямок від Сонця до точки перетину тілом небесного екватора. Другим аргументом є кут між точкою весняного рівнодення, в якій світило перетинає небесний екватор, і напрямком на висхідний вузол. Третім аргументом є кут між екліптикою (схильністю) і площиною орбіти. Ці параметри були трансформовані таким чином, щоб показати, в якій точці знаходиться перигелій орбіти і куди полюс орбіти буде проектуватися.

Полюси орбіти всіх шести траннептунових об`єктів і точки перигелію, як показала модель, групуються таким чином, що ймовірність впливу на них нової планети становить понад 99 відсотків. При цьому, ще у тринадцяти тел, які віддалені від Сонця на відстань 100-300 астрономічних одиниць, також є схожі характеристики, але ймовірність збігу в даному випадку не перевищує п`яти відсотків. Отримані дані вказують на масу нової планети і конфігурацію е орбіти. Для визначення даних характеристик вченим довелося змоделювати процес еволюції Сонячної системи раннього періоду розвитку. У модель були включені 40 зародків небесних об`єктів (планетезималей), які утворюються з пилу протопланетного диска.

У створеній моделі ці об`єкти були видалені на максимальну відстань від Сонця на 150-550 астрономічних одиниць, а перигелій їх перебував на відстані 30-50 астрономічних одиниць. Вчені для розгляду взяли часовий проміжок, рівний 4 мільярдам років. В ході досліджень вони спостерігали за тим, як будуть вести себе ці небесні об`єкти під впливом гравітаційних полів відомих планет і Планети Х.

У моделі вчені намагалися підібрати різні параметри орбіти нової планети, розміщуючи її на різній відстані від Сонця. Були розглянуті три варіанти маси об`єкта: 0,1, 1 і 10 мас Землі. В кінцевому підсумку вчені отримали більше 190 різних моделей.

Дослідження показали багато цікавого, пов`язаного з рухом планетізімелей по орбітах. Вони рухаються по нестійким хаотичним орбітах і можуть стикатися один з одним або вилітати за межі протопланетного диска. Через деякий час траєкторії ці небесних об`єктів стабілізуються. Астрономи відібрали параметри орбіт, перигелій яких знаходився приблизно на відстані 80 астрономічних одиниць, оскільки такі небесні тіла доступні для спостережень в реальності. Вчені вирішили не перевіряти окремі об`єкти, а відразу перевіряли цілі діапазони орбітальних значень.

Після цього випадковим чином було відібрано 13 об`єктів, які віддалені від Сонця на максимальну відстань. Подібний випадковий відбір проводився неодноразово. Як було встановлено, нульову ймовірність дають дуже мало симуляцій. І тільки в тому випадку, коли маса Планети Х дорівнювала однієї або десяти масам Землі, набір симуляцій відповідав спостережуваним процесам.

Вчені припустили, що таємнича планета, в тому випадку, якщо за масою вона збігається з Землею, повинна бути віддалена від Сонця на 200 астрономічних одиниць, а перигелій - досягати 60 астрономічних одиниць. Простіше кажучи, нова планета повинна рухатися по сильно витягнутій траєкторії. Втім, цей варіант був відкинутий вченими, оскільки в нього не було включено пояс Койпера.

Якщо ж припустити, що нова планета в десять разів більше і масивніше Землі, то можна отримати кілька цілком прийнятних варіантів. У той же час, учені не стали розглядати варіанти, в яких маса нової планети перевищує масу Землі більш ніж в 10 разів, саме тому необхідні додаткові дослідження.

Щоб визначити інші орбітальні параметри, в тому числі, нахил орбіти і аргумент перигелію, була використана тривимірна симуляція. В результаті вдалося встановити, що нахил орбіти нового небесного об`єкта може коливатися від 20 до 40 градусів.

На думку астрономів, подібно до багатьох гігантським екзопланет, нова планета є газовим гігантом. Раніше вчені зуміли встановити, що можна обчислити радіус таких небесних об`єктів по їх масі зважаючи на існування статистичного співвідношення між даними характеристиками, рівного приблизно 0,34. Таким чином, можна обчислити приблизний радіус дев`ятої планети Сонячної системи - від двох до дев`яти радіусів Землі. Швидше за все, ця планета є крижаним гігантом, подібно Урану або Нептуну.

Необхідно також відзначити, що вчені спробували спрогнозувати, які астрономічні служби могли б виявити нову планету. Інструментом, здатним зробити це, є наземні телескопи програми CRTS, а також телескопи швидкого реагування і панорамного огляду Survey і Pan-STARRS. Одним з найбільш потужних вважається японський телескоп Subaru Telescope, який з 2015 року веде спостереження за тією частиною неба, в якій імовірно знаходиться велика частина орбіти дев`ятої планети. Цілком можливо, що через деякий час вчені зможуть порадувати новою інформацією про Планеті Х.