Совпадающие отклоняющиеся орбиты некоторых объектов во внешних регионах Солнечной системы, интерпретируемые некоторыми астрономами как свидетельство существования еще одной крупной неизвестной планеты во внешней Солнечной системе, вполне могут быть объяснены комбинированным притяжением множества небольших объектов, вращающихся вокруг Солнца за пределами орбиты Нептуна. Такие выводы позволяет сделать новое исследование, проведенное двумя астрономами.
Художественное представление диска из ледяных тел вокруг Солнца. © ESO/M. Kornmesser
Альтернативное объяснение гипотезы так называемой «Девятой планеты», опубликовали в журнале Astronomical Journal профессор Джихад Тоума из Американского университета в Бейруте и Антраник Сефилян из Кембриджского университета. В качестве варианта они предложили диск из небольших частиц льда с общей массой, которая до десяти раз превышает земную. «В сочетании с упрощенной моделью Солнечной системы гравитационные силы такого гипотетического диска могут объяснить необычную орбитальную архитектуру некоторых объектов во внешних регионах Солнечной системы».
Подоплека
За орбитой Нептуна располагается пояс Койпера, который состоит из небольших тел из эпохи образования нашей Солнечной системы. Нептун и планеты-гиганты гравитационно влияют на объекты в поясе Койпера и с его внешней стороны. Все это космические тела за поясом Койпера называют транснептуновыми объектами (ТНО), и они вращаются вокруг Солнца по орбитам, близким к круговым.
Однако уже довольно давно астрономы обнаружили среди них и исключения. С 2003 года было обнаружено более 30 транснептуновых объектов на сильно вытянутых эллиптических орбитах. Они отличаются от других ТНО тем, что имеют (усредненно) одинаковую пространственную ориентацию. Этот тип кластеризации оказалось невозможно объяснить общеизвестной архитектурой Солнечной системы с восемью известными планетами, вследствие чего и возникла гипотеза о том, что необычные орбиты могут зависеть от существования до сих пор неизвестной девятой планеты.
Хотя новая теория и не первая, где предлагается массивный диск из мелких объектов в качестве альтернативы идее неизвестной «Девятой планеты» (P9), она является первой, способной объяснить основные характеристики наблюдаемых орбит, принимая во внимание массу и гравитацию других восьми планет нашей Солнечной системы, объясняют ее авторы.
Диаграмма траекторий 9 транснептуновых объектов, орбиты которых могли бы искривляться под влиянием невидимой Девятой планеты. © Tomruen (via WikimediaCommons) CC BY-SA 4.0
Гипотеза «Девятой планеты» предполагает, что объяснить необычные траектории этих ТНО может лишь существование еще одной планеты, которая должна быть примерно в десять раз более массивной, чем Земля, и скрываться где-то в дальних районах Солнечной системы, где эти транснептуновые объекты отклоняются в одинаковом направлении под действием гравитации - как совокупности самих себя, так и остальной Солнечной системы.
«Гипотеза «Девятой планеты» в высшей степени захватывающая. (...) Но мы хотели бы выяснить, может ли здесь быть менее фантастическая, но более естественная причина необычных орбит, которые мы наблюдаем у некоторых ТНО», — говорит Тоума. — «Вместо того, чтобы предположить девятую планету, а затем разгадывать загадки ее возникновения и необычной орбиты, почему бы просто не объяснить все гравитацией более мелких объектов, образующих диск за пределами орбиты Нептуна, и посмотреть, как это действует».
Исходя из этой идеи, ученые смоделировали полную пространственную динамику ТНО под комбинированным воздействием больших внешних планет, а также массивного вытянутого диска за пределами орбиты Нептуна. И расчеты показали, что такая модель может на удивление точно объяснить пространственно связанные орбиты некоторых ТНО. При этом они смогли идентифицировать области в массе диска, их «округлость» (или эксцентриситет), а также вынужденные постепенные сдвиги в их выравнивании (или скорости прецессии), которые точно воспроизводят деформированные орбиты ТНО.
«Если из модели убрать «Девятую планету», а вместо этого допустить множество небольших объектов, рассеянных по обширному пространству, коллективное притяжение между этими объектами может столь же легко объяснить эксцентричные орбиты, которые мы видим у некоторых ТНО», — говорит Сефилян.
Предыдущие попытки оценить общую массу объектов за пределами орбиты Нептуна давали в сумме примерно до одной десятой массы Земли. Однако для того, чтобы орбиты ТНО совпадали с наблюдаемыми и не нуждались при этом в девятой планете, предложенная Сефиляном и Тоумой модель предполагает, что суммарная масса пояса Койпера должна быть в десять раз больше массы Земли.
«Когда мы наблюдаем другие системы, мы часто исследуем диск вокруг родительской звезды, чтобы определить свойства всех планет на орбите вокруг нее», — заключает Сефилян. — «Проблема же состоит в том, что если смотреть на этот диск изнутри, как мы делаем это с Земли, почти невозможно увидеть все сразу. В то время как у нас нет прямых наблюдений за нашим диском, нет у нас и сведений о девятой планете. Поэтому мы изучаем и другие возможности. Но при этом интересно отметить, что наблюдения аналогичных поясу Койпера структур вокруг других звезд, а также моделей формирования планет снова и снова выявляют массивные остатки космического мусора».
