Ebben a hónapban új bizonyítékokat szolgáltattak egy égi test létezésére, amelyet Konstantin Batygin és Michael Brown 2016-ban előre jelez. A "Tetőtér" röviden ismerteti a csillagászok azon versenyének legfrissebb híreit, hogy jogukat írják a nevükre a bolygórendszerünk leltárának évszázados története során.
"Nyolc bolygó van a Naprendszerben" - ez az állítás néhány év alatt nem igaz. A csillagászok egyre inkább közvetett bizonyítékokat szereznek a Neptunusz pályáján messze túlmutató kilencedik bolygó létezéséről.
Az Uránusz 1781-es felfedezése óta többször felvetették a másik bolygó létezésének hipotézisét a Naprendszerben. 1846-ban felfedezték a Neptunust, és 1930-ban megerősítették Plutó jelenlétét (egy bolygó státusában 2006-ig, most egy törpe bolygó), és mindkét alkalommal a tudósok azonosították az égi testet annak hatására, hogy a már ismert bolygók keringési pályáira hatnak. A későbbi időkben a bolygók és az aszteroidák mozgásának különféle rendellenességeit kutatták meglehetősen aktívan, ám a 20. század végére az „X-bolygó” iránti érdeklődés enyhült.
Az 1990-es években a Naprendszer modelljét a Kuiper-öv egészítette ki, amelyhez a Neptunusz pályáján túl szétszórt lemez tartozik. Földi bolygók, az aszteroida öv, a gáz óriások, a Kuiperi öv és esetleg a még szélesebb körű és ritkán előforduló Oort-felhő - ebben a modellben, ahogyan sokan hittek, a többi bolygónak nincs helye.
Zárva és láthatatlan
2016-ban Konstantin Batygin és Michael Brown amerikai csillagászok hipotézist fogalmaztak meg, miszerint a Kuiper öv mögött van egy másik, kilencedik bolygó. Hipotézisük a Kuiper övben található objektumok több különösen távoli pályájának elemzésén alapult, mint például a Sedna, amelyek valamilyen okból ugyanabban a síkban és egy irányban mozognak az égen. Sok hónapos modellezés és az adatok valós adatokkal történő ellenőrzése után a csillagászok még maguk számára is elképesztő következtetésre jutottak: Neptunán túl messze van egy másik égi test, amelynek tömege körülbelül tíz Föld, és nem közelíti meg a Napot 280 csillagnál közelebb. És éppen ez nyújtja és kiegyenesíti ezen "furcsa" Kuiper övtestek pályáit.
A kilenc bolygó (narancssárga) pályáját és az ismert transz-Neptuniai objektumok keringési pályáit ábrázoló ábra (rózsaszín). Ábra: MagentaGreen / Wikimedia.
Promóciós videó:
Batygin és Brown cikkükben megjegyezte, hogy a kilencedik bolygó megtalálása nem lenne a legkönnyebb feladat. A hipotetikus objektumtól való nagy távolság miatt olyan homályosnak kell lennie, hogy csak egy teleszkópon keresztül lehessen látni több méteres átmérőjű tükörrel - ez megfelel egy tisztességes obszervatórium szintjének, amelyet általában más feladatokkal terhelnek. A hatalmas bolygó keresése a Naprendszer szélén technikailag nehezebbnek bizonyul, mint a több tíz fényév távolságra lévő exoplanetek felfedezése a Földtől, de a közvetlen megfigyelések mellett a tudósok közvetett módszerekkel is rendelkeznek.
Az egyik az új transz-Neptuniai objektumok keresése és pályájuk összehasonlítása a Batygin-Brown modell előrejelzéseivel. A csillagászok azt állítják, hogy a kilencedik bolygó gravitációs hatása nemcsak néhány Kuiper övtestet küld a Nap körüli hosszú útra, hanem számos más objektum keringési körének szokatlanul nagy dőlésszögeihez is vezet. Időnként úgy, hogy merőlegesen forognak a rendszerünk többi bolygójának ecliptikájához.
Például a 2015-ös BP519 objektum, más néven "Cashew", amelyet egy csillagászok egy nemrégiben közzétett cikkében írtak le, csak illeszkedik a Batygin-Brown modellbe. Nagyon magas orbitális dőlésszöge van, ami azonban még nem teszi lehetővé, hogy magabiztosan mondhatjuk, hogy a kilencedik bolygó valóban létezik. Ennek a felfedezésnek a szerzői gondosan írnak arról, hogy "közvetett bizonyítékokkal egészítik ki egy új bolygót", Batygin és Brown pedig röviddel azelőtt számos finomítást mutattak be a korábban kinyilvánított hipotézishez: A Kuiperi öv kialakulásának különböző forgatókönyveinek új modellezése azt mutatta, hogy a kilencedik bolygó befolyása sok transz-Neptuniai objektum megjelenéséhez vezet. nagyon hosszúkás pályákkal - és ez jó egyezést mutat a megfigyelésekkel.
Egy másik ábra a kilencedik bolygó keringési pályáiról (zöld kör, P9 jelöléssel) és a transz-Neptun objektumok sok rendkívül hosszúkás pályájáról. A hosszúkás kék kör - Kesudió pályája. Minden négyzet a háttérben - 100 csillagászati egység. Kép: Tomruen / wikimedia commons.
Konstantin Batygin szerint "az újonnan felfedezett objektum, a 2015 BP519 pontosan ott áll, ahol a kilencedik bolygó elméleti modellje megjósolja". Az Attichoz fűzött kommentárjában megjegyezte, hogy „ez fantasztikusan megerősíti azt a képet, amelyet számszerűsített modellezés alapján vártunk látni”, azonban még mindig korai beszélni egy új bolygó végső felfedezéséről. A létezésének bizonyítékainak szó szerint szemünk előtt növekszik, de csak néhány fénykép rajta feltüntetett mozgó tárgygal véget vet ennek a kérdésnek. Batygin és Brown megfigyelési időt szereztek a Subaru nagy földi távcsövén, amely Batygin szerint az egyik legjobb eszköz a kilencedik bolygó megtalálásához. Ezen felül megkísérelik a WISE űrteleszkópból származó képek felhasználását,és 2017 óta működik a Backyard Worlds: Planet 9 projekt, ahol mindenki megpróbálhatja megtalálni ezt a mennyei testet a képeken, így nem sokáig várhatunk.
És akkor mi van?
A földnek az aszteroidákkal való állandó ütközésének relatív hiánya az elmúlt milliárd évben a földgáz óriásoknak tulajdonítható. A jelenlegi pályájukra menve "megtisztították" a bolygórendszer szektorunkat a különféle apró (csillagászati kritériumok szerint) törmelékektől. De ha Jupiter vagy akár Neptun valóban befolyásolta a Földet, legalábbis megszabadulva a rendszeres bolygókatasztrófáktól, akkor mi lenne egy testtel, amely tízszer távolabb van?
Az orosz csillagász Vlagyimir Surdin az Attic-hez fűzött kommentárjában megjegyezte, hogy minden új bolygó felfedezése befolyásolja a napfényrendszer sorsának megértését, amely a mai napig homályos. "Valójában a kutatás csak most kezdődik" - mondta a tudós és hozzátette: "A Naprendszer perifériáján, a sötétben Isten tudja mit". Azokat a testeket, amelyek százaival egészítik ki az csillagászok katalógusait, a Naptól viszonylag kis távolságra találják meg, de még a Kuiperi öv mögött álló óriási bolygónak is van esélye arra, hogy nagyon hosszú ideig elrejtse a megfigyelőket, és csak közvetett gravitációs hatásokkal adja ki magát.
Rendszer: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Külsőleg a kilencedik bolygónak, ha létezik, hasonlónak kell lennie a Naptól legtávolabbi két gáz óriáshoz. „A szuper-Föld tömegű bolygó hasonló az Uránuszhoz és a Neptunuszhoz, de még hidegebb is” - mondja Surdin. Ezt a két égi testet néha "jég óriásoknak" hívják, mert a Jupitertől és a Szaturnustól elvárt fémhidrogénréteg nélküli sziklás-jégmag állítólag jelen van. Az emberiség teljes története során azonban csak egy űrhajó, a Voyager 2 járt az Uránuszon és a Neptunuszon, tehát a tudósok kevesebb megfigyelési adattal rendelkeznek, mint szeretnék.
A kilencedik bolygó, akár perihelionban is, gyakorlatilag elérhetetlen lesz rakétamotoros kutatószonda számára. Az utazók távolodtak a Naptól 117 és 140 AU sebességnél. - annak ellenére, hogy 1977-ben indították el őket. Akár 200 AU pontra repül. legalább fél évszázad eltel a csillagunktól, és ennek az időszaknak bizonyos ésszerű határértékekre csökkentése nyilvánvalóan alapvetően új technológiákat igényel, mint például egy napelemes vitorla. Még egy nukleáris reaktor ionmotorokkal való kombinálása olyan konfigurációban, amely durván emlékeztet Oroszország megawatt osztályú nukleáris létesítményeire, nem teszi lehetővé a cél elérését kevesebb mint egy évtized alatt. És amikor a bolygó aphelionban van, ez az idő jelentősen növekszik.
Uránusz és Neptunusz, a NASA képei. Mint láthatja, a jég óriások megjelenése meglehetősen eltérő: például egy kis metánkeverék (kb. 1%) teszi Neptunust sokkal kékré.
A kilencedik bolygó közvetlen észlelése megerősíti Batygin és Brown helyességét, lehetővé teszi a Naprendszer története tisztázását, ám maga az égitest még a távcsövek új generációjának bevezetésével semmi esetre sem marad pontnál több a fotókon. A Naprendszer "a hátsó udvarában" lévő kilencedik bolygót paradox módon nehezebb tanulmányozni, mint bármely más csillag közelében lévő forró Jupiter-et, de ez jobb megértést nyújt azoknak a tárgyaknak a viselkedésében, amelyek régóta ismertek.
Papírtól a számítógépekig
Neptun volt az első bolygó, amelyet felfedeztek "a toll végén" - az Uránusz mozgásának számításai és elemzése alapján, amely a külső vonzerő miatt változó sebességgel mozogott. Minél azonban nagyobb a távolság az égi testek között, és minél nagyobb a testek száma, annál nehezebb kiszámítani a pályájukat. A fizikusok és a matematikusok tudják, hogy a két test egy közös tömegközéppont körül történő forgatásának problémája viszonylag könnyű megoldani, és egyenlet formájában ad választ a pálya pontos leírására, ám a három test kombinációját sokkal nehezebb kiszámítani. Különösen egy három vagy több testből álló rendszernek nincs analitikai megoldása, azaz lehetetlen olyan képletet előállítani, amely leírja a mozgásukat önkényesen hosszú időn keresztül.
A Naprendszer fejlődése a Nizza modell szerint. A kék az Uránusz pályáját, a kék - Saturn, míg a narancssárga és a zöld megfelel a Saturn with Jupiter-nek. E modell szerint Uránusz és Neptunusz helyet váltott, és az út mentén az óriási bolygók "megtisztították" a kis tárgyak bolygórendszerét. A modellnek számos módosítása van - például egy másik gáz óriás jelenlétére utalva, amelyet teljes mértékben dobtak a csillagközi térbe. Ábra: AstroMark / Wikimedia.
A naprendszer modellezését csak megközelítő módszerekkel végzik. Kellõen nagy számítási erõforrások felhasználásával tetszőlegesen szükséges pontossággal kiszámítható a rendszer elemeinek mozgása, ám néha az eredeti körülményektõl való elhanyagolható eltérések a modell egy idõ után teljesen eltérõ viselkedéséhez vezetnek. Ezt a hatást a nyilvánosság "pillangóhatásként" ismeri. A bolygók és az aszteroidák mozgása, valamint a légtömeg viselkedése ki van téve ennek a hatásnak, tehát a Naprendszer története rekonstrukciója semmiképpen sem jár komplexitással az időjárás-előrejelzés hosszú ideig. A hipotetikus bolygó kiszámításának kísérletei hasonlóak a hurrikán következményeinek előrejelzésének feladatához - itt szembe kell néznie mind a pontos információk, mind a számítási teljesítmény hiányával.
A modern számítógépek megjelenése előtt sok ezer test mozgásának kiszámítása egy időben szinte megoldhatatlan probléma maradt. A számítógépek lehetővé tették a Nice modell megjelenését, amely leírja a gázipari óriások viselkedését a gáz- és porlemezből való kialakulásuk után. A kilencedik bolygó érvei azon a számításon alapulnak, amelyet nem lehet papírral és tollal elvégezni. A kilencedik bolygó felfedezése, ha megtörténik, nem csupán Neptunusz vagy Plútó történetének megismétlése lesz, hanem egy új történet is, amely száz évvel ezelőtt lehetetlen lett volna.
Aleksej Timosenko
