Nowy dowód na istnienie dziewiątej planety w Układzie Słonecznym

10

Jest możliwe, że daleko od Słońca, w zewnętrznym Układzie Słonecznym znajduje się duża planeta wielkości Neptuna. Po przeprowadzeniu symulacji do takich wniosków doszli astronomowie z amerykańskiego uniwersytetu Caltech.

Czy daleko za orbitą Neptuna w Układzie Słonecznym może znajdować się jeszcze jeden obiekt spełniający warunki do określenia go planetą? Od dekad astronomowie poszukują takiego obiektu – dotychczas jednak bez dobrych rezultatów. Trzeba przyznać, że poprzeczka jest zawieszona bardzo wysoko i „daleko”. Na tyle wysoko, że misje obserwacyjne mogą nie zapewnić w tej sytuacji pierwszych poszlak.

W ostatnich latach większość naukowców była przekonana, że w Pasie Kuipera, do którego zalicza się m.in. zbadany w połowie zeszłego roku Pluton, mogą być skryte jedynie małe obiekty a nie planety. Rezultaty badań dwóch naukowców z California Institute of Technology (Caltech) w Pasadenie sugerują obecnie inną możliwość: na odkrycie może czekać planeta raptem dwukrotnie mniejsza od Neptuna.

Do takiego wniosku doszli astronomowie Konstantin Batygin i Michael Brown ze wspomnianego Caltech. Ten ostatni znany jest m.in. z odkrycia obiektu Sedna w 2003 roku. Ich wniosek opiera się na „trafionej” analizie statystycznej orbit odległych obiektów, w tym Sedny i obiektu 2012 VP113. Orbity tych ciał są odmienne od większości orbit obiektów z Pasa Kuipera i dotychczas nie zaproponowana została żadna dobra teoria tłumacząca ich ekscentryczność.

Wizja artystyczna Sedny (bez księżyca, którego nadal nie wykryto) / Credots - NASA, ESA, HST

Wizja artystyczna Sedny (bez księżyca, którego nadal nie wykryto) / Credots – NASA, ESA, HST

Na skalno-lodowe ciała z Pasa Kuipera wpływ wywiera niewątpliwie Neptun. Jednak Sedna, odkryta w 2003 roku przez Browna, i obiekt 2012 VP113 mają orbity znacznie mniej związane z oddziaływaniem grawitacyjnym ostatniej znanej nam planety w Układzie Słonecznym. Batygin i Brown wysuwają tezę, że hipotetyczna Dziewiąta Planeta w swoim położeniu może wyjaśniać charakterystykę orbit Sedny i 2012 VP113.

Badacze pracowali przez okres kilkunastu miesięcy od momentu wydania publikacji naukowej w 2014 roku dotyczącej trzynastu najbardziej odległych obiektów z Pasa Kuipera, które odznaczały się podobnymi cechami. Szybko okazało się, że sześć z nich posiada eliptyczne orbity, które skierowane są w ten sam obszar przestrzeni. Prócz tego okazało się, że wszystkie orbity nachylone są pod tym samym kątem (30 stopni poniżej płaszczyzny Układu Słonecznego).

Potencjalnym wyjaśnieniem takiego „zgrupowania” badanej grupy obiektów miały być inne, jeszcze nie wykryte ciała z Pasa Kuipera, które łącznie tworzyłyby odpowiednie oddziaływanie grawitacyjne. Teoria ta została jednak obalona z uwagi na fakt, że Pas Kuipera musiałby w tym wypadku być sto razy większy (masywniejszy) niż przyjmuje się obecnie. Drugim najbardziej oczywistym wyjaśnieniem pozostało więc istnienie nieznanej planety.

Orbita Sedny w porównaniu z zewnętrznymi planetami Układu Słonecznego / Credits - Szczureq/kheider/NASA

Orbita Sedny w porównaniu z zewnętrznymi planetami Układu Słonecznego / Credits – Szczureq/kheider/NASA

Pierwsze symulacje uwzględniały możliwość orbitowania Dziewiątej Planety wokół wspomnianej grupy sześciu obiektów Pasa Kuipera. W takim wypadku nie mogły być jednak wytłumaczone niektóre charakterystyki, więc odrzucono takie ustawienie. Kolejnym z testowanych rozwiązań, w zasadzie wykonanym przez przypadek, była sytuacja z bardzo nieoczywistym położeniem nieznanej planety.

Okazało się, że model symulujący zachowanie całego układu działa poprawnie, gdy Dziewiąta Planeta znajduje się na anty-zrównanej orbicie. Najlepiej tę sytuację obrazuje grafika poniżej. Punkt peryhelium (najkrótszego dystansu do Słońca) Dziewiątej Planety miałby znajdować się po drugiej stronie od peryhelium badanych obiektów z Pasa Kuipera a także wszystkich znanych nam obecnie planet Układu Słonecznego.

Sześć najbardziej odległych obiektów znanych nam obecnie w Układzie Słonecznym posiada orbity zrównane w jednym kierunku. W aspekcie rzeczywistości trójwymiarowej również zachodzi bardzo zbliżone nachylenie wszystkich obiektów względem płaszczyzny Układu Słonecznego. Równowagę tę sytuacji zapewniać może planeta o masie 10 Ziemi / Źródło: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Sześć najbardziej odległych obiektów znanych nam obecnie w Układzie Słonecznym posiada orbity zrównane w jednym kierunku. W aspekcie rzeczywistości trójwymiarowej również zachodzi bardzo zbliżone nachylenie wszystkich obiektów względem płaszczyzny Układu Słonecznego. Równowagę tej sytuacji zapewniać może planeta o masie 10 Ziemi / Źródło: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Naukowcy wiedzieli, że takie ułożenie nie wygląda naturalnie – na pierwszy rzut oka widać, że w perspektywie czasu powinno dojść do sytuacji zakłócenia ruchu lub nawet kolizji. Sytuacja może wyglądać jednak zgoła inaczej na skutek zjawiska rezonansu grawitacyjnego i w efekcie ustabilizowania orbit wszystkich omawianych obiektów. Co więcej, może dochodzić do wymiany energii pomiędzy nimi.

Jednak prawdziwej oliwy do ognia dodał inny aspekt – stanowiący całkowicie odrębny element układanki, który rewolucyjnie pasuje do całości. Z reguły poszukuje się takiego potwierdzenia teorii, które nie było wcześniej brane pod uwagę, więc badacze nie mogą tworzyć od początku symulacji z jego uwzględnieniem.

Okazało się, że opracowany model funkcjonowania Dziewiątej Planety z punktu widzenia mechaniki orbitalnej przewiduje występowanie obiektów w Pasie Kuipera, których orbity są nachylone prostopadle do płaszczyzny orbit wszystkich znanych planet. Badacze zdali sobie wtedy sprawę, że od kilku lat znane są już takie obiekty!

Sześć najbardziej odległych obiektów znanych nam obecnie w   Układzie Słonecznym posiada orbity zrównane w jednym kierunku (kolor magenta). Występowanie takiego układu, a także obiektów z Pasa Kuipera o prostopadle nachylonych orbitach względem płaszczyzny Układu Słonecznego (kolor niebieski), tłumaczy bardzo dobrze występowanie masywnego obiektu planetarnego (kolor żółty) / Źródło: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Sześć najbardziej odległych obiektów znanych nam obecnie w
Układzie Słonecznym posiada orbity zrównane w jednym kierunku (kolor magenta). Występowanie takiego układu, a także obiektów z Pasa Kuipera o prostopadle nachylonych orbitach względem płaszczyzny Układu Słonecznego (kolor niebieski), tłumaczy bardzo dobrze występowanie masywnego obiektu planetarnego (kolor żółty) / Źródło: Caltech/R. Hurt (IPAC)

W czasie ostatnich trzech lat badań zaobserwowane zostały cztery obiekty w Pasie Kuipera, których orbity są nachylone podobnie, tj. prostopadle do płaszczyzny orbity Neptuna. Po zaimplementowaniu parametrów orbit wszystkich tych obiektów do modelu, okazało się, że tworzą one kompletną całość. Analiza wskazuje więc, że Dziewiąta Planeta związana jest grawitacyjnie ze zidentyfikowaną grupą obiektów, których nietypowe orbity stają się w ten sposób możliwe do prostego wyjaśnienia.

Batygin i Brown uważają, że odkryte zostały teoretyczne podwaliny pod możliwość istnienia masywnego obiektu planetarnego w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Masa tego obiektu szacowana jest na przynajmniej dziesięć Ziemi (dla porównania masa Neptuna to ok. 17 Ziemi). Co więcej, Batygin i Brown uważają, że istnieje zaledwie 0,007% prawdopodobieństwo takiej organizacji orbit małych obiektów Pasa Kuipera bez obecności masywnej planety.

Naukowcy przedstawiają zasady funkcjonowania Dziewiątej Planety w Układzie Słonecznym / Źródło: Caltech

Orbita Dziewiątej Planety jest prawdopodobnie bardzo ekscentryczna. Peryhelium może znajdować się w odległości około 200 jednostek astronomicznych od Słońca a aphelium 1000 jednostek dalej. W ramach ogólnego porównania Dziewiąta Planeta miałaby się poruszać 20 razy dalej od Słońca niż Neptun (czyli w odległości 56 miliardów kilometrów). Taka planeta nie byłaby łatwa w detekcji z uwagi na bardzo niską temperaturę jej powierzchni. Obieg wokół Słońca mógłby jej zajmować od 10 do 20 tysięcy lat.

Odkrywcy są umiarkowanie entuzjastyczni co do ogłoszonych rezultatów badań. Twierdzą, że domniemana planeta o masie około pięciu tysięcy planet karłowatych takich jak Pluton nie mogłaby być rozpatrywana jako obiekt Pasa Kuipera. Jeśli za ekscentryczne, bardzo nachylone orbity niektórych obiektów z Pasa Kuipera ma odpowiadać jakiś obiekt – to będzie to z pewnością przy tej skali oddziaływania planeta. Prowadzone od kilku lat badania pozasłonecznych układów słonecznych prowadzą również do wniosku, że w naszym Układzie Słonecznym brakuje (statystycznie rzecz biorąc) obiektów o rozmiarach pomiędzy Ziemią a Neptunem. Być może Dziewiąta Planeta jest tym brakującym ogniwem.

Kosmiczny Teleskop Hubble / Źródło: NASA

Kosmiczny Teleskop Hubble / Źródło: NASA

Brown wraz z innymi naukowcami rozpoczęli poszukiwania Dziewiątej Planety. Obszar poszukiwania jest znany jedynie z grubsza. Ponadto jeśli obiekt znajduje się w pobliżu aphelium, to do jego znalezienia niezbędne jest wykorzystanie największych teleskopów na Ziemi, takich jak bliźniaczych Keck czy Subaru Telescope. Obecność Dziewiątej Planety w innym miejscu jej orbity umożliwi oczywiście skorzystanie z większej liczby teleskopów. Dlatego też badacze publikują rezultaty dotychczasowych poszukiwań.

Brown znany jest z głównej roli, jaką odegrał przy „degradacji” miana Plutona (z planety na planetę karłowatą). Teraz jednak zachodzi szansa na odkrycie obiektu, który może odgrywać znaczącą rolę w „układzie sił” naszego Układu Słonecznego. Jeśli rzeczywiście daleko poza orbitą Neptuna znajduje się dziewiąta planeta o dużej masie – będzie to rewolucja w naszym postrzeganiu Układu Słonecznego i jego ewolucji.

Przekaż dalej

10 komentarzy

  1. Nie przesadzajcie z tym wysyłaniem sond. Jak można zaprojektować sondę do hipotetycznego obiektu w bliżej nieznanej odległości? Jak zaprojektować napęd, obliczyć ilość paliwa, przyrządy pomiarowe? Jak wybrać orbitę transferową? Pozostają tylko modele matematyczne i szukanie jej przy pomocy teleskopów. Być może w najbliższej przyszłości uda się wynieść teleskop Webb’a a w dalszej przyszłości ATLAST. Do tego jeszcze 30 metrowy teleskop na Hawajach jak pozwolą ukończyć. Dowody całkiem mocne, więc może przyczyni się to do wysłania sondy na Urana/Neptuna w celu lepszego poznania obiektów tego typu. Osobiście uważam, że zamiast łożyć pieniądze na ewentualną misję w kierunku planety x, lepiej wydać je na system wczesnego ostrzegania NEO, aby nie okazało się, że naukowy pęd ku planecie zostanie skutecznie zastopowany przez niewielką planetoidę, która wpakuje się w jakiś kontynent i zatrzyma ludzkość na dziesiątki czy setki lat. Wtedy nikt nie będzie sobie zajmować głowy planetami bo nie będzie ich widać na niebie 🙂

  2. Jeśli w Układzie Słonecznym istnieje trzeci lodowy olbrzym, a te analizy są rzeczywiście intrygujące, to NASA i ESA powinny się wreszcie wziąć za przygotowanie sondy, która pozwoli nam zrozumieć tę klasę obiektów. Nie misję do dziewiątej planety, bo jeśli wczytacie się w szczegóły, to jest praktycznie wykluczone żeby była w peryhelium (DWA RAZY dalej niż dotarły Voyagery!!), ale do bliższego i możliwego do dosięgnięcia za naszego życia Urana (lub Neptuna).

    Problem który wciąż mnie dręczy w związku z tą teorią jest taki, że planeta na tej orbicie raczej nie utworzyłaby klifu Kuipera. Co zatem go stworzyło..?

    • Moim zdaniem jest właśnie idealnym kandydatem na twórcę klifu Kuipera. Na pewno nie miała takiej orbity od początku Układu, coś musiało ją uekscentrycznić, a zanim się to stało, mógł powstać klif. O ile w ogóle planeta istnieje… Udało się przecież zidentyfikować w dużej odległości wiele małych obiektów, a niezauważony miałby pozostać taki olbrzym?

  3. VASIMR, chyba sobie żartujesz. Czym chciałbyś go zasilić w tym rejonie ? fotowltaika wytwarza tam 0,01% tego co w rejonie Ziemi. Bez generatorów radioizotopowych czy fuzji nie zasilisz sondy.

  4. Ciekawe jak tak odległa orbita wpłynęła na skład tej planety, zapewne jest nietypowa chemicznie.

  5. Protonie! Czekałem 🙂

    Ja również cieszę się z informacji o “dziewiątej planecie” zwanej dawniej “dziesiątą planetą” 🙂