По какой причине астрономы, уже давно научившиеся искать планеты и за пределами Солнечной системы, раньше не могли заметить такое большое небесное тело, расположенное по соседству, как планета Х? На этот вопрос отвечает профессор кафедры теоретической механики МФТИ Владислав Сидоренко в своей статье, обнародованной «РБК».
Как отмечается в статье, на прошедшей неделе опубликовали сенсационную работу американских ученых Константина Батыгина и Майкла Брауна, в которой ими было предсказано существование новой гигантской планеты в пределах Солнечной системы (кстати, в 2006 году именно Браун «лишил» статуса планеты Плутон). Сразу же началась дискуссия касательно достоверности данного открытия, связанная с тем, что исследование, проведенное Брауном и Батыгиным, не дает возможности указать на небесной сфере какую-то определенную точку, куда нужно направить телескоп для того, чтобы заметить предсказанную планету. Однако гравитационное влияние планеты Батыгина и Брауна на окружающие объекты настолько велико, что возможность ошибки оценивают всего лишь в 0,007 процента.
Классическая небесная механика представляет собой раздел астрономии, который применяет законы механики для изучения небесных объектов. Этот раздел появился еще в античной Греции, а в XVIII веке сформировался в общепринятом смысле. Небесная механика достаточно долго имела дело только с небольшим числом объектов — планетами, расположенными в Солнечной системы, которые можно легко описать как плоскую конструкцию из орбит, близких к круговым. Благодаря этому ученые, не обладавшие серьезными вычислительными мощностями, имели возможность делать выводы о поведении объектов Солнечной системы на значительных промежутках времени.
После запуска космических аппаратов стало ясно, что больше нельзя ограничиваться изучением сравнительно несложных конфигураций небесных объектов. В связи с тем, что космические аппараты летают с отклонениями от круговой траектории, информации, которой владели традиционные небесные механики, было недостаточно для расчета их орбит, поэтому была необходимы революция в подходах и методах, поводом для чего было открытие планет у других звезд (экзопланет) в середине 1990-х годов. В настоящее время известно уже больше 2 тысяч экзопланет, образующих около тысячи планетных систем. Большинство экзопланетных систем – крепкий орешек для небесных механиков, поскольку они не имеют ни малейшего сходства с Солнечной. Там причудливые, с большими наклонениями орбиты: одни планеты могут вращаться в одну сторону, а другие — в совершенно противоположную.
Впрочем, и Солнечная система в последние десятилетия существенно прибавила работы небесным механикам, что связано с развитием методов наблюдения малых космических объектов. Так, всего 20 тысяч астероидов было известно в середине 80-х годов, а сегодня — уже больше 600 тысяч.
Для появления работ, подобных исследованию Батыгина и Брауна, кроме отказа от старых концепций, необходимо было развивать специальный математический аппарат. В частности, требовалось строение теории резонансных эффектов в орбитальном движении космических тел, которая помогла дать объяснение экзотическим конфигурациям планетных систем.
Предсказание планеты Х - большой прорыв в науке.
Пионером в этой области был Михаил Львович Лидов, сотрудник Института прикладной математики имени Келдыша, в конце 1950-х годов обнаруживший, что иногда у орбиты, по которой движется планета вокруг звезды, можно заметить колебания наклонения и эксцентриситета (эксцентриситет является характеристикой отличия орбиты от окружности). В те же годы подобный эффект независимо от Лидова был открыт японским ученым Йошидой Козаи. В связи с этим данное явление сегодня называется «эффектом (или резонансом) Козаи-Лидова». Специалисты, занимающиеся исследованием экзопланетных систем, практически всегда пытаются установить: реализуется ли этот самый резонанс в какой-то конкретной системе.
Также прогрессу небесной механики способствовало развитие техники – появились вычислительные мощности для компьютерного моделирования с детальностью, невозможной прежде. Новые средства наблюдения позволяют фиксировать на небе то, что прежде не удавалось обнаружить при помощи классических фотопластинок. В 1990-е годы были открыты объекты в поясе Койпера, расположенном за границами Нептуна и тянущимся на расстояние в 55 астрономических единиц (расстояний от нашей планеты до Солнца). Браун позже открыл крупные объекты типа Эриды (карликовая, планета вторая по размеру после Плутона), после чего стало понятно, что ученые не могут точно определить, что такое планеты и Солнечная система.
Сразу за поясом Койпера располагается область с низкой заселенностью, названная рассеянным диском. Такой резкий переход к пустоте от обилия объектов ученые сочли странным, в связи с чем неоднократно делались предположения, что на границе это области расположен какой-то неизвестный ученым объект, формирующий ее структуру. Батыгин и Браун выделили семейство объектов рассеянного диска, движущихся по устойчивым орбитам, которые расположены в пространстве упорядоченным образом. Упорядоченность в распределении объектов, которые, на первый взгляд, никак не связаны между собой свидетельствует о наличии еще какого-то фактора. Американские ученые предложили рассмотреть в качестве этого фактора ту самую Планету Х. Важную роль в открытии сыграли прежние работы Батыгина, посвящавшиеся динамике экзопланетных систем (в том числе, орбитальным резонансам).
Правда, выводы их работы имеют очень приблизительный характер, ведь аккуратной оценки массы планеты, а также точных значений параметров ее орбиты нет. Более того, область, в пределах которой следует искать планету, настолько большая, что пока нельзя сравнивать предсказание планеты Х с предсказаниями Адамса и Леверьеи, на основе которых было сделано открытие Нептуна. Однако это все равно настоящий прорыв.
