У астрономов есть причины предполагать, что на задворках Солнечной системы обитает огромная планета. Как же ее увидеть? Рассказываем о результатах брейншторма двух дюжин физиков в Калтехе.
От местоположения до размера — все возможные характеристики планеты 9 остаются для нас загадкой.
Многие астрономы уверены, что мы стоим на пороге важного открытия, одного из тех, что происходят раз в поколение, из тех, ради которых переписывают все учебники вплоть до начальной школы. “Каждый раз, когда мы делаем снимок, — говорит Сурхуд Мор(Surhud More), астроном из Токийского университета, — есть вероятность, что на нем есть Девятая планета.”
Девятая планета — гипотетическое массивное космическое тело, которое прячется от нас на задворках Солнечной системы, где-то там, далеко за Нептуном. Уже который год копятся косвенные доказательства существования этой гипотетической транснептуновой планеты. Майкл Браун, главный защитник гипотезы планеты 9, астроном из Калифорнийского технологического института, “бесконечно уверен”, что вскоре кто-нибудь ее найдет. Но есть основания полагать, что если эта планета и существует, она может быть буквально невидимой для существующих обсерваторий.
В рамках недавней встречи в Калтехе, две дюжины физиков собрались, чтобы обменяться последними новостями по теме и обсудить новые возможные способы “поймать” неуловимую планету.
Первые доказательства существования Девятой планеты появились в 2014 году, когда открытие планетоида привело к обнаружению целой горсти маленьких ледяных миров, двигающихся по подозрительно похожим орбитам, далеко за пределами пояса Кеплера. “Если что-то летит по одной орбите, значит нечто другое их толкает,” — говорит Скотт Шеппард (Scott Sheppard), астроном из Института Карнеги, один из первооткрывателей планетоида в 2014 году. Два года спустя Браун со своим коллегой Константином Батыгиным сделали конкретное предсказание: вес “perturber”, как они его прозвали, должен лежать где-то между 5 и 20 массами Земли, а лететь он должен по элиптической орбите в сотни или даже тысячи раз дальше от Солнца, чем наша родная планета.
На таких расстояниях космос очень быстро становится непроглядным. Планеты становятся в 16 раз менее яркими уже при удвоении расстояния — интенсивность солнечного света ослабевает в четыре раза на пути туда и в 4 раза по пути обратно. Если орбита планеты 9 пролегает на расстоянии 600 астрономических единиц от Солнца (1 а.е. = расстояние от Солнца до Земли), то сама планета будет в 160,000 раз более блеклой, чем Нептун, который находится на расстоянии 30 а.е. от Солнца. На расстоянии 1,000 а.е. объект будет в 1 миллион раз менее ярким. “По сути на расстоянии 1000 а.е. стоит метафорическая кирпичная стена,” — говорит Кевин Лахман (Kevin Luhman), астроном из Университета штата Пенсильвания.
Отчасти именно поэтому разглядеть Девятую планету оказалось так сложно. Браун и Шеппард руководят независимыми друг от друга командами, которые ищут планету с помощью телескопа Субару на Гавайях. У Субару очень большой обзор, который играет на руку астрономам, ведь они прочесывают потенциальную зону поиска размером в 4000 полных лун. (Использование других телескопов было бы сравнимо со “взглядом через соломинку”, смеется Шеппард.) На протяжении последних двух лет каждая из команд в сумме занимала телескоп в течение 1 недели в году. Если бы погода была на стороне ученых, этого времени теоретически бы хватило, чтобы просмотреть большую часть интересуемой области. Но ветренные и облачные ночи не раз сбивали исследователей с намеченного графика.
И даже если им вскоре удастся просмотреть всю эту зону, космическая удача может им изменить. Планета может затеряться в световом загрязнении от Млечного пути или спрятаться в свечении яркой звезды. “Да я спать не могу по ночам, когда думаю о такой вероятности,” — комментирует Браун. Хуже того, планета 9 вполне может сейчас быть на той части своей орбиты, которая находится далеко за “кирпичными” 1000 а.е. И ожидание ее возвращения в обозреваемую зону может затянуться на тысячи лет.
Поэтому и нужны запасные планы обнаружения таинственной планеты. Согласно одному из них, нам стоит искать прямое тепловое излучение тела. Лахман еще в 2014 году после анализа данных в ИК области спектра успешно исключил все объекты больше и горячее газового гиганта, но физики считают, что небольшая холодная планета 9 будет все же будет светиться, пусть и в самых малых, миллиметровых, значениях спектра. К тому же прямое излучение, в отличие от отраженного света, проделывает путь лишь в одном направлении.
По словам Гилберта Холдера, космолога из Университета штата Иллинойс, современные миллиметровые телескопы в Антактиде и Чили вполне могут засечь Девятую планету, если она пролетит в их поле зрения. Но эти инструменты сейчас заняты составлением карты космического микроволнового фонового излучения (CMB), так что маловероятно, что они направлены в правильном направлении в правильное время. Сейчас Холдер ждет CMB эксперимента нового поколения, который, по его предварительным расчетам, сможет уловить планету размером с Землю на расстоянии 1,000 а.е.: “Девятой планете просто будет негде прятаться, когда эту штуку запустят”.
Но до этого еще почти 10 лет. Менее терпеливые надеются найти признаки наличия Девятой планеты в современных наборах данных. Помимо предсказанного свечения в миллиметровой зоне спектра, это тело должно влиять на траектории движения известных планет. Оно должно гравитационно подталкивать газовых гигантов. Пусть даже на пару десятков метров с их орбиты в 5 миллиардов километров в длину.
После более чем десятилетия наблюдений за полетом зонда Кассини через систему Сатурна, некоторые исследователи пришли к мнению, что орбита окольцованной планеты чуть отличается от той, которая должна быть по расчетам. “Есть даже закономерность,” — говорит Мэтью Холман, астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. Он сравнил модель орбиты Сатурна с данными Кассини и обнаружил отклонение. “Если же добавить [еще одну] планету во внешнюю солнечную систему, — говорит он, — данные сойдутся.”
С ним не согласны ученые из Лаборатории реактивного движения НАСА (ЛРД), где поддерживается своя идеально настроенная модель солнечной системы. Каждый раз, когда Кассини запускала свои реактивные микродвигатели или пролетала близко над планетой, в результатах появлялась неоднозначность, касаемая скорости и местоположения зонда. В каждой модели по разному учитывается причина этой ошибки, и в Лаборатории считают, что в данных имеется достаточно шума, чтобы скрыть всё возможное воздействие сигнала планеты 9.
Теперь, когда миссия Кассини закончилась, конкретных ответов придется подождать до появления более точных датчиков. На собрании предложили и еще один возможный план — создать гравитационную карту всей Солнечной системы с помощью сети из усиленных акселерометров по типу тех, что есть сегодня в каждом смартфоне. Макан Мохагег (Makan Mohageg), физик из ЛРД, верит, что для выполнения задачи вполне подойдут группки атомов, охлажденных до того состояния, когда они начинают себя вести как волны. Интерференция между двумя такими волно-подобными кусочками материи очень чувствительна к движению. По словам Мохагега, достаточно поместить на орбиту три или четыре таких сенсора, и вы запросто определите положение неизвестных гравитационных возмущений. В мае его команда отправила тестовую версию такого устройства на МКС.
Даже если Девятой планеты там нет, ее поиски могут привести к другим неожиданным открытиям. Шеппард вскоре подтвердит открытие (а в некоторых случаях и повторное открытие) малых лун Юпитера. Мор, который работает с Брауном над поисками через телескоп Субару, изучает сейчас мерцающие звезды и по ним создает карту гало темной материи вокруг нашей галактики. “На самом деле мы пытаемся найти всё, что выбивается из привычного порядка вещей,” — говорит Шеппард.
—
Данная статья является переводом статьи Чарли Вуда — “Why Can’t We Find Planet Nine?”, опубликованной в интернет-журнале Quanta Magazine.
