Планета Девять

Планета Девять — гипотетическая девятая планета во внешней области Солнечной системы . ^[2]^[4] Его гравитационное воздействие может объяснить своеобразную группировку орбит группы экстремальных транснептуновых объектов (ETNO), тел за пределами Нептуна , которые вращаются вокруг Солнца на расстояниях, в среднем более чем в 250 раз превышающих земные. Эти ETNO, как правило, максимально приближаются к Солнцу в одном секторе, и их орбиты имеют одинаковый наклон. Эти выравнивания предполагают, что неоткрытая планета может управлять орбитами самых далеких известных объектов Солнечной системы . ^[4]^[5]^[6] Тем не менее, некоторые астрономы подвергают сомнению этот вывод и вместо этого утверждают, что группировка орбит ETNO происходит из-за ошибок наблюдений, возникающих в результате сложности обнаружения и отслеживания этих объектов в течение большей части года. ^[7]

Согласно более ранним соображениям, эта гипотетическая планета размером с супер-Землю должна была иметь прогнозируемую массу в пять-десять раз больше массы Земли и вытянутую орбиту, находящуюся в 400-800 раз дальше от Солнца, чем Земля. Оценка орбиты была уточнена в 2021 году, в результате чего большая полуось стала несколько меньшей - 380°.⁺¹⁴⁰
₋₈₀АУ. ^[3] Вскоре после этого он был обновлен до 460.⁺¹⁶⁰
₋₁₀₀АУ. ^[1] Константин Батыгин и Майкл Браун предположили, что Девятая Планета может быть ядром гигантской планеты , которая была выброшена со своей первоначальной орбиты Юпитером во время зарождения Солнечной системы. Другие предположили, что планета была захвачена у другой звезды, ^[8] когда-то была планетой-изгоем , или что она образовалась на далекой орбите и была втянута на эксцентричную орбиту проходящей звездой. ^[4]

Хотя исследования неба, такие как Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) и Pan-STARRS , не обнаружили Девятую планету, они не исключают существования объекта диаметром Нептуна во внешней части Солнечной системы. ^[9]^[10] Способность этих прошлых обзоров неба обнаружить Девятую Планету зависела от ее местоположения и характеристик. Дальнейшие исследования остальных регионов продолжаются с использованием NEOWISE и 8-метрового телескопа Subaru . ^[11]^[12] Если Девятую планету не наблюдают, ее существование остается чисто предположительным. Было предложено несколько альтернативных гипотез для объяснения наблюдаемой кластеризации транснептуновых объектов (ТНО).

История

После открытия Нептуна в 1846 году появилось немало предположений о том, что за пределами его орбиты может существовать еще одна планета. Самая известная из этих теорий предсказала существование далекой планеты, которая влияла на орбиты Урана и Нептуна . После обширных расчетов Персиваль Лоуэлл предсказал возможную орбиту и местоположение гипотетической транснептуновой планеты и начал ее обширные поиски в 1906 году. Он назвал гипотетический объект Планетой X , имя, ранее использованное Габриэлем Даллетом. ^[13]^[14] Клайд Томбо продолжил поиски Лоуэлла и в 1930 году открыл Плутон , но вскоре было установлено, что он слишком мал, чтобы квалифицироваться как Планета X Лоуэлла. ^[15] После облета Нептуна «Вояджером-2 » в 1989 году разница между Было установлено, что предсказанная и наблюдаемая орбита Урана возникла из-за использования ранее неточной массы Нептуна. ^[16]

Попытки обнаружить планеты за пределами Нептуна косвенными методами, такими как возмущение орбиты, были предприняты еще до открытия Плутона. Среди первых был Джордж Форбс , который постулировал существование двух транснептуновых планет в 1880 году. Среднее расстояние от Солнца, или большой полуоси , составляло 100 астрономических единиц (а.е.), что в 100 раз больше, чем у Земли. Вторая будет иметь большую полуось в 300 а.е. Его работа считается похожей на более поздние теории Девятой Планеты в том смысле, что планеты будут отвечать за кластеризацию орбит нескольких объектов, в данном случае за кластеризацию афелийных расстояний периодических комет около 100 и 300 а.е. Это похоже на то, как афелии комет семейства Юпитера группируются вблизи его орбиты. ^[17]^[18]

Открытие своеобразной орбиты Седны в 2004 году привело к предположению, что она столкнулась с массивным телом, отличным от одной из известных планет. Орбита Седны обособлена , а перигелий находится на расстоянии 76 а.е., что слишком велико, чтобы быть следствием гравитационного взаимодействия с Нептуном. Некоторые авторы предположили, что Седна вышла на эту орбиту после встречи с массивным телом, таким как неизвестная планета на далекой орбите, член рассеянного скопления , образовавшегося вместе с Солнцем, или другая звезда, которая позже прошла вблизи Солнечной системы. ^[19]^[20] Объявление в марте 2014 года об открытии второго седноида с перигелийным расстоянием 80 а.е., 2012 VP 113 , на аналогичной орбите привело к возобновлению предположений о том, что в далекой Солнечной системе осталась неизвестная суперземля. . ^[21]^[22]

На конференции в 2012 году Родни Гомес предположил, что необнаруженная планета отвечает за орбиты некоторых ETNO с обособленными орбитами и большой полуосью Кентавров , небольших тел Солнечной системы , пересекающих орбиты планет-гигантов. ^[23]^[24] Предполагаемая планета с массой Нептуна будет находиться на далекой (1500 а.е.), эксцентричной ( эксцентриситет 0,4) и наклонной ( наклонение 40°) орбите. Как и Девятая планета, она будет вызывать колебания перигелий объектов с большими полуосями более 300 а.е., выводя одних на орбиты, пересекающие планеты, а других на отдельные орбиты, такие как орбита Седны. В 2015 году была опубликована статья Гомеса, Соареша и Брассера, в которой подробно изложены их аргументы. ^[25]

В 2014 году астрономы Чад Трухильо и Скотт С. Шеппард отметили сходство орбит Седны, VP ₁₁₃ 2012 года и нескольких других ETNO. Они предположили, что неизвестная планета, находящаяся на круговой орбите между 200 и 300 а.е., нарушала их орбиты. ^[5] Позже в том же году Рауль и Карлос де ла Фуэнте Маркос утверждали, что две массивные планеты, находящиеся в орбитальном резонансе , были необходимы для создания сходства многих орбит, 13 известных в то время. ^[26] Используя большую выборку из 39 ETNO, они подсчитали, что ближайшая планета имела большую полуось в диапазоне 300–400 а.е., относительно низкий эксцентриситет и наклон почти 14 градусов. ^[27]

Гипотеза Батыгина и Брауна

В начале 2016 года Батыгин и Браун из Калифорнийского технологического института описали, как схожие орбиты шести ETNO можно объяснить Девятой планетой, и предложили возможную орбиту планеты. ^[4] Эта гипотеза могла бы также объяснить ETNO с орбитами, перпендикулярными внутренним планетам ^[4] и другие с экстремальным наклонением, ^[29] и была предложена в качестве объяснения наклона оси Солнца . ^[30]

Орбита

Первоначально предполагалось, что Девятая планета движется по эллиптической орбите вокруг Солнца с эксцентриситетомот 0,2 до 0,5 , а его большая полуось оценивалась какОт 400 до 800 а.е. , ^[B] примерно в 13–26 раз больше расстояния от Нептуна до Солнца. Планете потребовалось бы от 10 000 до 20 000 лет, чтобы совершить один полный оборот вокруг Солнца, а ее наклон к эклиптике , плоскости земной орбиты, по прогнозам, составлялОт 15° до 25° . ^[2]^[31]^[C] Афелий, или самая дальняя точка от Солнца, будет находиться в общем направлении созвездия Тельца , [ 32 ^] тогда как перигелий, ближайшая точка к Солнцу, будет находиться в общем направлении. направление южных областей Змеи (Капута), Змееносца и Весов . ^[33]^[34] Браун считает, что если Девятая Планета существует, зонд мог бы достичь ее всего за 20 лет, используя траекторию рогатки с приводом вокруг Солнца. ^[35]

Масса и радиус

По оценкам, планета имеет массу в 5–10 раз больше Земли и радиус в 2–4 раза больше Земли. ^[2] Браун считает, что если Девятая Планета существует, ее массы достаточно, чтобы очистить ее орбиту от крупных тел через 4,5 миллиарда лет, возраст Солнечной системы, и что ее гравитация доминирует на внешнем краю Солнечной системы, что достаточно сделать его планетой по нынешним определениям . ^[36] Астроном Жан-Люк Марго также заявил, что Девятая Планета удовлетворяет его критериям и будет квалифицироваться как планета, если и когда она будет обнаружена. ^[37]^[38]

Источник

Было рассмотрено несколько возможных источников происхождения Девятой планеты, включая ее выброс из окрестностей известных планет-гигантов, захват другой звезды и образование на месте . В своей первоначальной статье Батыгин и Браун предположили, что Девятая Планета сформировалась ближе к Солнцу и была выброшена на далекую эксцентричную орбиту после близкого столкновения с Юпитером или Сатурном в небулярную эпоху. ^[4] Затем либо гравитация близлежащей звезды, либо сопротивление газовых остатков Солнечной туманности ^[39] уменьшили эксцентриситет ее орбиты. Этот процесс поднял ее перигелий, оставив его на очень широкой, но стабильной орбите вне влияния других планет. ^[40]^[41]

Вероятность этого события оценивается в несколько процентов. ^[42] Если бы Девятая Планета не была заброшена в самые дальние уголки Солнечной системы, она могла бы накопить больше массы из протопланетного диска и превратиться в ядро газового или ледяного гиганта . ^[36]^[43] Вместо этого его рост был остановлен раньше, в результате чего его масса стала меньше, чем у Урана или Нептуна. ^[44]

Динамическое трение массивного пояса планетезималей также могло позволить вывести Девятую планету на стабильную орбиту. Недавние модели предполагают, что диск планетезималей размером 60–130 млн . _Е. мог образоваться в результате очищения газа от внешних частей протопланетного диска. ^[45] Когда Девятая Планета проходила через этот диск, ее гравитация изменяла траектории отдельных объектов таким образом, что уменьшалась скорость Девятой Планеты относительно нее. Это снизит эксцентриситет Девятой планеты и стабилизирует ее орбиту. Если бы у этого диска был отдаленный внутренний край, 100–200 а.е. , планета, сталкивающаяся с Нептуном, имела бы 20%-ную вероятность быть захваченной на орбите, аналогичной предложенной для Девятой планеты, причем наблюдаемая кластеризация более вероятна, если внутренний край находится на расстоянии 100–200 а.е. 200 а.е. _ В отличие от газовой туманности, планетезимальный диск, вероятно, существовал долго, что потенциально допускало его захват позже. ^[46]

Встреча с другой звездой также может изменить орбиту далекой планеты, переместив ее с круговой на эксцентрическую орбиту. Для образования планеты на таком расстоянии in situ потребовался бы очень массивный и обширный диск ^[4] или дрейф твердых тел в рассеивающемся диске, образующем узкое кольцо, из которого планета аккрецировалась в течение миллиарда лет. ^[47] Если планета образовалась на таком большом расстоянии, когда Солнце находилось в своем первоначальном скоплении, вероятность того, что она останется связанной с Солнцем на сильно эксцентричной орбите, составляет примерно 10%. ^[48] Однако, пока Солнце оставалось в рассеянном скоплении, где оно сформировалось, любой протяженный диск подвергся бы гравитационному разрушению из-за проходящих мимо звезд и потере массы из-за фотоиспарения. ^[2]

Девятая планета могла быть захвачена за пределами Солнечной системы во время близкого сближения Солнца с другой звездой. Если бы планета находилась на далекой орбите вокруг этой звезды, взаимодействия трех тел во время встречи могли бы изменить траекторию планеты, оставив ее на стабильной орбите вокруг Солнца. Планета, возникшая в системе без планет с массой Юпитера, может оставаться на далекой эксцентричной орбите в течение более длительного времени, что увеличивает ее шансы на захват. ^[8] Более широкий диапазон возможных орбит снизил бы вероятность его захвата на орбите с относительно низким наклонением до 1–2%. ^[48] Амир Сирадж и Ави Леб обнаружили, что вероятность того, что Солнце захватит Девятую планету, увеличивается в 20 раз, если у Солнца когда-то был далекий двойной спутник равной массы. ^[49]^[50] Этот процесс также может происходить с планетами-изгоями, но вероятность их захвата намного меньше: только 0,05–0,10% захватываются на орбитах, аналогичных предложенным для Девятой планеты. ^[51]

Доказательство

Гравитационное влияние Девятой планеты могло бы объяснить четыре особенности Солнечной системы: ^[52]

кластеризация орбит ETNO;
высокие перигелии таких объектов, как 90377 Седна , неподпадающих под влияние Нептуна;
высокий наклон ETNO с орбитами, примерно перпендикулярными орбитам восьми известных планет;
транснептуновые объекты (ТНО) с большим наклонением и большой полуосью менее 100 а.е.

Планета Девять изначально была предложена для объяснения кластеризации орбит с помощью механизма, который также мог бы объяснить высокие перигелии таких объектов, как Седна. Эволюция некоторых из этих объектов на перпендикулярные орбиты была неожиданной, но она соответствовала объектам, наблюдавшимся ранее. Позже было обнаружено, что орбиты некоторых объектов с перпендикулярными орбитами развиваются в сторону меньших больших полуосей, когда в моделирование были включены другие планеты. Хотя для объяснения многих из этих особенностей были предложены и другие механизмы, гравитационное влияние Девятой Планеты — единственное, которое объясняет все четыре. Однако гравитация Девятой Планеты также увеличила бы наклон других объектов, пересекающих ее орбиту, в результате чего могли бы остаться рассеянные дисковые объекты , ^[53] тела, вращающиеся вокруг Нептуна с большими полуосями, превышающими 50 а.е., и короткопериодические кометы. с более широким распределением наклона, чем наблюдается. ^[54] Ранее предполагалось, что Девятая планета ответственна за наклон оси Солнца на 6 градусов относительно орбит планет, ^[55] но недавние обновления ее предсказанной орбиты и массы ограничивают этот сдвиг примерно до 1 градуса. ^[2]

Наблюдения: Орбитальная группировка объектов с высоким перигелием.

Орбита небесного тела изображается в виде наклоненного эллипса, пересекающего эклиптику. — Схема, иллюстрирующая истинную аномалию, аргумент периапсиса, долготу восходящего узла и наклонение небесного тела.

Кластеризация орбит ТНО с большими полуосями была впервые описана Трухильо и Шеппардом, которые отметили сходство орбит Седны и 2012 VP ₁₁₃ . Без присутствия Девятой Планеты эти орбиты должны быть распределены случайным образом, без предпочтения какого-либо направления. После дальнейшего анализа Трухильо и Шеппард заметили, что аргументы перигелия 12 TNO с перигелиями больше, чем30 а.е. и большие полуоси больше150 а.е. были сгруппированы около нуля градусов, а это означает, что они поднимаются через эклиптику, когда находятся ближе всего к Солнцу. Трухильо и Шеппард предположили, что это выравнивание было вызвано огромной неизвестной планетой за Нептуном через механизм Козаи . ^[5] Для объектов с одинаковыми большими полуосями механизм Козаи ограничивает аргументы перигелия примерно 0 или 180 градусами. Это ограничение позволяет объектам с эксцентричными и наклонными орбитами избегать близких сближений с планетой, поскольку они будут пересекать плоскость орбиты планеты в самых близких и самых дальних точках от Солнца и пересекать орбиту планеты, когда они находятся значительно выше или ниже ее орбиты. . ^[26]^[56] Гипотеза Трухильо и Шеппарда о том, как объекты будут выровнены с помощью механизма Козаи, была вытеснена дальнейшим анализом и доказательствами. ^[4]

Батыгин и Браун, стремясь опровергнуть механизм, предложенный Трухильо и Шеппардом, также исследовали орбиты ТНО с большими полуосями. ^[4] После исключения из первоначального анализа Трухильо и Шеппарда объектов, которые были нестабильны из-за близких сближений с Нептуном или на которые влияли резонансы среднего движения Нептуна , Батыгин и Браун определили, что аргументы перигелия для оставшихся шести объектов (Седна, 2012) VP ₁₁₃ , 474640 Аликанто , 2010 GB 174 , 2000 CR ₁₀₅ и 2010 VZ ₉₈ ) были сгруппированы вокруг318° ± 8° . Этот вывод не согласовывался с тем, как механизм Козаи будет стремиться выравнивать орбиты с аргументами перигелия при 0 ° или 180 °. ^[4]^[Д]

Батыгин и Браун также обнаружили, что орбиты шести ETNO с большой полуосью более 250 а.е. и перигелиями за пределами 30 а.е. (Sedna, 2012 VP ₁₁₃ , Alicanto, 2010 GB ₁₇₄ , 2007 TG 422 и 2013 RF 98 ) были выровнены. в космосе с их перигелиями примерно в одном направлении, что приводит к скоплению их долгот перигелия — места, где они наиболее близко приближаются к Солнцу. Орбиты шести объектов также были наклонены по отношению к орбитам эклиптики и приблизительно компланарны , что привело к скоплению долгот восходящих узлов — направлений, в которых каждый из них восходит через эклиптику. Они определили, что вероятность того, что такая комбинация совпадений возникла случайно, составляет всего 0,007%. ^[4]^[57]^[58] Эти шесть объектов были обнаружены в ходе шести различных исследований на шести телескопах. Это сделало менее вероятным, что скопление могло быть вызвано предвзятостью наблюдения, например, наведением телескопа на определенную часть неба. Наблюдаемая кластеризация должна быть размыта через несколько сотен миллионов лет из-за того, что расположение перигелий и восходящих узлов меняется или прецессирует с разной скоростью из-за их разных больших полуосей и эксцентриситета. ^[E] Это указывает на то, что кластеризация не могла быть вызвана событием в далеком прошлом, ^[4] например, пролетающей звездой, ^[59] и, скорее всего, поддерживается гравитационным полем объекта, вращающегося вокруг Солнца. ^[4]

Два из шести объектов ( 2013 RF ₉₈ и Аликанто) также имеют очень похожие орбиты и спектры. ^[60]^[61] Это привело к предположению, что это был двойной объект , разрушенный вблизи афелия во время встречи с далеким объектом. Разрушение двойной системы потребует относительно близкого столкновения, которое становится менее вероятным на больших расстояниях от Солнца. ^[62]

В более поздней статье Трухильо и Шеппард отметили корреляцию между долготой перигелия и аргументом перигелия TNO с большими полуосями, превышающими 150 а.е. Те, у кого долгота перигелия от 0 до 120 °, имеют аргументы перигелия от 280 до 360 °, а те, у кого долгота перигелия от 180 до 340 °, имеют аргументы перигелия от 0 до 40 °. Статистическая значимость этой корреляции составила 99,99%. Они предположили, что корреляция связана с тем, что орбиты этих объектов избегают близких сближений с массивной планетой, проходя выше или ниже ее орбиты. ^[63]

В статье Карлоса и Рауля де ла Фуэнте Маркос, опубликованной в 2017 году, отмечается, что распределение расстояний до восходящих узлов ETNO, а также расстояний до кентавров и комет с большими полуосями может быть бимодальным . Они предполагают, что это связано с тем, что ETNO избегают близких подходов к планете с большой полуосью 300–400 а.е. ^[64]^[65] При большем количестве данных (40 объектов) распределение взаимных узловых расстояний ETNO показывает статистически значимую асимметрию между кратчайшими взаимными восходящими и нисходящими узловыми расстояниями, что может быть не связано с погрешностью наблюдений, а, вероятно, является результатом внешние возмущения. ^[66]^[67]

Крайние транснептуновые орбиты объектов

Моделирование: воспроизведена наблюдаемая кластеризация.

Кластеризация орбит ETNO и подъем их перигелиев воспроизводятся в симуляциях, включающих Девятую планету. В симуляциях, проведенных Батыгиным и Брауном, рои рассеянных дисковых объектов с большими полуосями до 550 а.е., которые начинались со случайной ориентации, были объединены в примерно коллинеарные и компланарные группы пространственно ограниченных орбит массивной далекой планетой, находящейся на сильно эксцентричной орбите. В результате большая часть перигелий объектов была направлена в одинаковых направлениях, а орбиты объектов имели одинаковый наклон. Многие из этих объектов вышли на орбиты с высоким перигелием, такие как Седна, а некоторые неожиданно вышли на перпендикулярные орбиты, которые, как позже заметили Батыгин и Браун, наблюдались ранее. ^[4]

В своем первоначальном анализе Батыгин и Браун обнаружили, что распределение орбит первых шести ETNO лучше всего воспроизводится в моделировании с использованием планеты массой 10 земных ^[F] на следующей орбите: ^[G]

большая полуось а ≈700 а.е. ( период обращения 700 ^1,5 = 18 520 лет)
эксцентриситет e ≈ 0,6, ( перигелий ≈280 а.е. , афелий ≈1120 а.е. )
наклонение i ≈ 30° к эклиптике
долгота восходящего узла Ω ≈100° . ^[ЧАС]
аргумент перигелия ω ≈ 140° и долгота перигелия ϖ =240° ^[68]

Эти параметры Девятой Планеты оказывают различное моделируемое воздействие на ТНО. Объекты с большой полуосью, превышающей 250 а.е., сильно выровнены с Девятой планетой, с перигелиями напротив перигелия Девятой планеты. Объекты с большими полуосями между 150 и 250 а.е. слабо выровнены с Девятой планетой, с перигелиями в том же направлении, что и перигелий Девятой планеты. Небольшой эффект наблюдается на объектах с большими полуосями менее 150 а.е. ^[9] Моделирование также показало, что объекты с большой полуосью больше250 а.е. могли бы иметь стабильные, выровненные орбиты, если бы у них был меньший эксцентриситет. Эти объекты еще предстоит наблюдать. ^[4]

Были также исследованы другие возможные орбиты Девятой планеты, с большими полуосями между ними.400 а.е. и1500 а.е. , эксцентриситет до 0,8 и широкий диапазон наклонений. Эти орбиты дают разные результаты. Батыгин и Браун обнаружили, что орбиты ETNO с большей вероятностью будут иметь одинаковый наклон, если Девятая Планета имела более высокий наклон, но антивыравнивание также уменьшалось. ^[9] Моделирование Becker et al. показали, что их орбиты были более стабильными, если бы у Девятой Планеты был меньший эксцентриситет, но что антивыравнивание было более вероятным при более высоких эксцентриситетах. ^[69] Лоулер и др. обнаружили, что население, захваченное в орбитальном резонансе с Девятой планетой, было меньше, если у нее была круговая орбита, и что меньше объектов достигало орбит с большим наклонением. ^[70] Исследования Cáceres et al. показали, что орбиты ETNO были бы лучше выровнены, если бы Девятая Планета имела орбиту с более низким перигелием, но ее перигелий должен был бы быть выше 90 а.е. ^[71] Более поздние исследования Батыгина и др. обнаружили, что орбиты с более высоким эксцентриситетом уменьшают средний наклон орбит ETNO. ^[2] Хотя существует множество возможных комбинаций орбитальных параметров и масс Девятой планеты, ни одно из альтернативных моделей не смогло лучше предсказать наблюдаемое выравнивание исходных ETNO. Открытие дополнительных удаленных объектов Солнечной системы позволит астрономам сделать более точные прогнозы относительно орбиты предполагаемой планеты. Они также могут обеспечить дополнительную поддержку или опровержение гипотезы Девятой Планеты. ^[72]^[73]

Моделирование, включающее миграцию планет-гигантов, привело к более слабому выравниванию орбит ETNO. ^[54] Направление выравнивания также изменилось: с более выровненного на антивыровненное с увеличением большой полуоси и с антивыровненного на выровненное с увеличением расстояния перигелия. Последнее приведет к тому, что орбиты седноидов будут ориентированы противоположно большинству других ETNO. ^[53]

Динамика: как Девятая планета меняет орбиты ETNO

Планета Девять изменяет орбиты ETNO посредством комбинации эффектов. В очень длительных временных масштабах Девятая Планета оказывает на орбиты ETNO крутящий момент , который меняется в зависимости от выравнивания их орбит с Девятой Планетой. В результате обмена угловым моментом перигелии поднимаются, помещая их на орбиты, подобные Седне, а затем падают, возвращая их на исходные орбиты через несколько сотен миллионов лет. Движение их направлений перигелия также меняется на противоположное, когда их эксцентриситет мал, при этом объекты остаются невыровненными (см. синие кривые на диаграмме) или выровненными красными кривыми. В более коротких временных масштабах резонанс среднего движения с Девятой планетой обеспечивает фазовую защиту, которая стабилизирует их орбиты, слегка изменяя большие полуоси объектов, сохраняя их орбиты синхронизированными с Девятой планетой и предотвращая близкие сближения. Гравитация Нептуна и других планет-гигантов, а также наклон орбиты Девятой планеты ослабляют эту защиту. Это приводит к хаотическому изменению больших полуосей, когда объекты прыгают между резонансами, включая резонансы высокого порядка, такие как 27:17, в масштабах времени в миллион лет. ^[75] Резонансы среднего движения могут не быть необходимыми для выживания ETNO, если они и Девятая планета находятся на наклонных орбитах. ^[76] Орбитальные полюса объектов прецессируют вокруг полюса плоскости Лапласа Солнечной системы или окружают его . На больших полуосях плоскость Лапласа искривлена к плоскости орбиты Девятой планеты. Это приводит к тому, что полюса орбит ETNO в среднем наклоняются в одну сторону, а долготы восходящих узлов группируются. ^[75]

Объекты на перпендикулярных орбитах с большой полуосью

Планета Девять может доставлять ETNO на орбиты, примерно перпендикулярные эклиптике. ^[77]^[78] Было обнаружено несколько объектов с большим наклоном, более 50°, и большими полуосями, более 250 а.е. ^[79] Эти орбиты образуются, когда некоторые ETNO с низким наклонением вступают в вековой резонанс с Девятой планетой после достижения орбит с низким эксцентриситетом. Резонанс приводит к увеличению их эксцентриситета и наклона, выводя eTNO на перпендикулярные орбиты с низкими перигелиями, где их легче наблюдать. Затем ETNO переходят на ретроградные орбиты с более низким эксцентриситетом, после чего они проходят вторую фазу перпендикулярных орбит с высоким эксцентриситетом, прежде чем вернуться на орбиты с низким эксцентриситетом и наклонением. Вековой резонанс с Девятой планетой предполагает линейную комбинацию аргументов орбиты и долготы перигелия: Δϖ – 2ω. В отличие от механизма Козаи, этот резонанс заставляет объекты достигать максимального эксцентриситета, когда они находятся на почти перпендикулярных орбитах. В моделировании, проведенном Батыгиным и Морбиделли, такая эволюция была относительно распространенной: 38% стабильных объектов подвергались ей хотя бы один раз. ^[75] Аргументы перигелия этих объектов сгруппированы вблизи Девятой Планеты или напротив нее, а долготы восходящего узла группируются около 90° в любом направлении от Девятой Планеты, когда они достигают низкого перигелия. ^[4]^[76] Это примерно согласуется с наблюдениями с различиями, приписываемыми далекими встречами с известными планетами-гигантами. ^[4]

Орбиты объектов с большим наклонением

Популяция ТНО с высоким наклоном и большой полуосью менее 100 а.е. может быть создана в результате комбинированного воздействия Девятой планеты и других планет-гигантов. ЭТНО, выходящие на перпендикулярные орбиты, имеют перигелии достаточно низкие, чтобы их орбиты могли пересекать орбиты Нептуна или других планет-гигантов. Встреча с одной из этих планет может понизить большую полуось ETNO до уровня ниже 100 а.е., когда орбита объекта больше не контролируется Девятой планетой, оставив его на орбите, подобной 2008 KV 42 . Предсказанное орбитальное распределение самых долгоживущих из этих объектов неоднородно. Большинство из них будут иметь орбиты с перигелиями от 5 до 35 а.е. и наклонением ниже 110 °; за промежутком с немногими объектами будут другие с наклоном около 150 ° и перигелиями около 10 а.е. ^[29] Ранее предполагалось, что эти объекты возникли в Облаке Оорта , ^[80] теоретическом облаке ледяных планетезималей, окружающих Солнце на расстояниях от 2000 до 200 000 а.е. ^[81] Однако в симуляциях без Девятой Планеты из облака Оорта получается недостаточное количество по сравнению с наблюдениями. ^[53] Некоторые из ТНО с высоким наклоном могут стать ретроградными троянами Юпитера . ^[82]

Облако Оорта и кометы

Планета Девять изменит исходные регионы и распределение наклонений комет. При моделировании миграции планет-гигантов, описываемой моделью Ниццы, в облаке Оорта захватывается меньше объектов , когда включается Девятая планета. Другие объекты будут захвачены облаком объектов, динамически управляемых Девятой планетой. Это облако Девятой Планеты, состоящее из ETNO и перпендикулярных объектов, будет простираться от больших полуосей от 200 до 3000 а.е. и содержать примерно 0,3–0,4 массы Земли. ^[54]^[70] Когда перигелии объектов в облаке Девятой Планеты опускаются достаточно низко, чтобы они могли встретиться с другими планетами, некоторые из них будут рассеяны по орбитам, которые войдут во внутреннюю часть Солнечной системы, где их можно будет наблюдать как кометы. Если бы Девятая Планета существовала, они составляли бы примерно треть комет типа Галлея . Взаимодействие с Девятой планетой также увеличит наклон объектов рассеянного диска, пересекающих ее орбиту. При умеренных наклонах в 15–30 градусов это может привести к большему количеству, чем наблюдается. ^[53] Наклоны комет семейства Юпитера , происходящих из этой популяции, также будут иметь более широкое распределение наклонений, чем наблюдается. ^[54]^[83] Недавние оценки меньшей массы и эксцентриситета Девятой Планеты уменьшили бы ее влияние на эти наклонения. ^[2]

оценка на 2019 год

В феврале 2019 года общее количество ETNO, соответствующих исходной гипотезе о наличии большой полуоси размером более 250 а.е., увеличилось до 14 объектов. Параметры орбиты Девятой планеты, выбранные Батыгиным и Брауном после анализа с использованием этих объектов, были: ^[2]

большая полуось 400–500 а.е.;
эксцентриситет орбиты 0,15–0,3;
наклонение орбиты около 20°;
масса около 5 масс Земли.

оценка на 2021 год

В августе 2021 года Батыгин и Браун повторно проанализировали данные, связанные с наблюдениями ETNO, учитывая погрешности наблюдений. Они обнаружили, что наблюдения в одних направлениях были более вероятны, чем в других. Они заявили, что наблюдаемая орбитальная группировка «остается значимой на уровне достоверности 99,6%». ^[3] Сочетая ошибки наблюдений с численным моделированием, они предсказали характеристики Девятой планеты: ^[3]

большая полуось 380°⁺¹⁴⁰
₋₈₀ЕД (300–520 ЕД);
перигелий 300⁺⁸⁵
₋₆₀А.Е. (240–385 А.Е.);
наклонение орбиты 16 ± 5° (11°–21°);
масса 6,2^+2,2
_−1,3Массы Земли (8,4 M _⊕ –4,9 M _⊕ ).

Прием

Батыгин осторожно интерпретировал результаты моделирования, разработанного для исследовательской статьи его и Брауна, заявив: «Пока Девятая Планета не будет заснята на камеру, она не считается реальной. Все, что у нас сейчас есть, — это эхо». ^[84] В 2016 году Браун оценил вероятность существования Девятой планеты примерно в 90%. ^[36] Грег Лафлин , один из немногих исследователей, заранее знавших об этой статье, дает оценку в 68,3%. ^[6] Другие скептически настроенные ученые требуют больше данных с точки зрения дополнительных ОПК для анализа или окончательных доказательств посредством фотографического подтверждения. ^[85]^[73]^[86] Браун, хотя и признает точку зрения скептиков, все же считает, что данных достаточно, чтобы начать поиск новой планеты. ^[87]

Гипотезу Девятой планеты поддерживают несколько астрономов и ученых. В январе 2016 года Джим Грин , директор Управления научных миссий НАСА , заявил: «Доказательства сейчас более убедительны, чем были раньше». ^[88] Но Грин также предупредил о возможности других объяснений наблюдаемого движения далеких ETNO и, цитируя Карла Сагана , сказал, что «экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств». ^[36] Профессор Массачусетского технологического института Том Левенсон пришел к выводу, что на данный момент Девятая планета кажется единственным удовлетворительным объяснением всего, что сейчас известно о внешних регионах Солнечной системы. ^[84] Астроном Алессандро Морбиделли , рецензировавший исследовательскую статью для « Астрономического журнала» , согласился с этим, заявив: «Я не вижу никакого альтернативного объяснения тому, что предлагают Батыгин и Браун». ^[6]^[36]

Астроном Рену Малхотра остается агностиком в отношении Девятой Планеты, но отметила, что она и ее коллеги обнаружили, что орбиты ETNO кажутся наклоненными таким образом, который трудно объяснить иначе. «Количество деформации, которую мы видим, просто сумасшедшее», — сказала она. «Для меня это самое интригующее свидетельство существования Девятой Планеты, с которым я когда-либо сталкивался». ^[89]

Другие эксперты относятся к этому с разной степенью скептицизма. Американский астрофизик Итан Сигел , который ранее предполагал, что планеты могли быть выброшены из Солнечной системы во время ранней динамической нестабильности, скептически относится к существованию неоткрытой планеты в Солнечной системе. ^[78]^[90] В статье 2018 года, в которой обсуждается исследование, в ходе которого не было обнаружено доказательств кластеризации орбит ETNO, он предполагает, что ранее наблюдавшаяся кластеризация могла быть результатом предвзятости наблюдений, и утверждает, что большинство ученых считают, что Девятой планеты не существует. . ^[91] Планетолог Хэл Левисон считает, что вероятность того, что выброшенный объект окажется во внутреннем облаке Оорта, составляет всего около 2%, и предполагает, что многие объекты, должно быть, были выброшены за пределы облака Оорта, если один из них вышел на стабильную орбиту. ^[92]

Дальнейший скептицизм в отношении гипотезы Девятой планеты возник в 2020 году на основе результатов Исследования происхождения внешней Солнечной системы и Исследования темной энергии : OSSOS задокументировал более 800 транснептуновых объектов, а DES обнаружил 316 новых. ^[93] Оба исследования скорректировали погрешность наблюдений и пришли к выводу, что среди наблюдаемых объектов не было никаких доказательств кластеризации. ^[94] Авторы идут дальше и объясняют, что практически все орбиты объектов можно объяснить физическими явлениями, а не девятой планетой, как это предлагали Браун и Батыгин. ^[95] Автор одного из исследований Саманта Лоулер заявила, что гипотеза Девятой Планеты, предложенная Брауном и Батыгиным, «не выдерживает детальных наблюдений», указав на гораздо больший размер выборки в 800 объектов по сравнению с гораздо меньшими 14 объектами. и что окончательные исследования, основанные на указанных объектах, были «преждевременными». Она пошла дальше, чтобы объяснить, что феномен этих крайних орбит может быть вызван гравитационным затмением Нептуна, когда он мигрировал наружу в начале истории Солнечной системы. ^[96]

Альтернативные гипотезы

Временная или случайная кластеризация

Результаты Обзора внешней Солнечной системы (OSSOS) предполагают, что наблюдаемое скопление является результатом сочетания ошибки наблюдений и статистики небольшого числа. OSSOS, хорошо охарактеризованный обзор внешней части Солнечной системы с известными отклонениями, наблюдал восемь объектов с большой полуосью> 150 а.е. с орбитами, ориентированными в широком диапазоне направлений. После учета наблюдательных ошибок обзора не было обнаружено никаких доказательств аргументов кластеризации перигелия (ω), выявленных Трухильо и Шеппардом, ^[J] , а ориентация орбит объектов с наибольшей большой полуосью была статистически соответствует случайности. ^[97]^[98] Педро Бернардинелли и его коллеги также обнаружили, что орбитальные элементы ETNO, обнаруженные в ходе Обзора темной энергии, не показали никаких признаков кластеризации. Однако они также отметили, что покрытие неба и количество найденных объектов недостаточны, чтобы доказать отсутствие Девятой Планеты. ^[99]^[100] Аналогичный результат был получен, когда эти два опроса были объединены с опросом Трухильо и Шеппарда. ^[101] Эти результаты отличались от анализа предвзятости открытий в ранее наблюдаемых ETNO, проведенного Майком Брауном. Он обнаружил, что после учета систематических ошибок наблюдений скопление долгот перигелия 10 известных ETNO можно было бы наблюдать только в 1,2% случаев, если бы их фактическое распределение было равномерным. В сочетании с вероятностью наблюдаемой кластеризации аргументов перигелия вероятность составила 0,025%. ^[102] Более поздний анализ ошибок открытия 14 ETNO, проведенный Брауном и Батыгиным, определил, что вероятность наблюдаемой кластеризации долгот перигелия и положений орбитальных полюсов составляет 0,2%. ^[103]

Моделирование 15 известных объектов, развивающихся под влиянием Девятой Планеты, также выявило отличия от наблюдений. Кори Шенкман и его коллеги включили Девятую планету в моделирование множества клонов (объектов со схожими орбитами) 15 объектов с большой полуосью > 150 а.е. и перигелием > 30 а.е. ^[K] Хотя они наблюдали выравнивание орбит, противоположное орбитам Девятой Планеты, для объектов с большой полуосью более 250 а.е., кластеризации аргументов перигелия не наблюдалось. Их моделирование также показало, что перигелии ETNO плавно поднимались и опускались, в результате чего у многих расстояние в перигелии составляло от 50 до 70 а.е. там, где ничего не наблюдалось, и предсказывали, что будет много других ненаблюдаемых объектов. ^[104] К ним относятся большой резервуар объектов с большим наклоном, которые можно было бы пропустить из-за того, что большинство наблюдений проводились при небольших наклонениях, ^[70] и большое количество объектов с перигелиями, настолько удаленными, что они были бы слишком слабыми для наблюдения. Многие объекты также были выброшены из Солнечной системы после встречи с другими планетами-гигантами. Большие ненаблюдаемые популяции и потеря многих объектов привели к тому, что Шенкман и др. чтобы оценить, что масса первоначального населения составляла десятки масс Земли, а это требует, чтобы гораздо большая масса была выброшена во время ранней Солнечной системы. ^[L] Шенкман и др. пришел к выводу, что существование Девятой планеты маловероятно и что наблюдаемое в настоящее время выравнивание существующих ETNO является временным явлением, которое исчезнет по мере обнаружения новых объектов. ^[89]^[104]

Неустойчивость наклона массивного диска.

Анн-Мари Мэдиган и Майкл МакКорт постулируют, что нестабильность наклона в далеком массивном поясе, гипотетически называемом поясом Здерика-Мадигана, или поясом ZM, ответственна за выравнивание аргументов перигелия ETNO. ^[105] Нестабильность наклона может возникнуть в таком диске частиц с орбитами с высоким эксцентриситетом ( e > 0,6) вокруг центрального тела, такого как Солнце. Самогравитация этого диска вызвала бы его самопроизвольную организацию, увеличивая наклоны объектов и выравнивая аргументы перигелия, формируя его в конус выше или ниже исходной плоскости. ^[106] Этот процесс потребует длительного времени и значительной массы диска, порядка миллиарда лет для диска массой 1–10 земных. ^[105] Анн-Мари Мэдиган утверждает, что некоторые уже обнаруженные транснептуновые объекты, такие как 90377 Sedna и 2012 VP113 , могут быть членами этого диска. ^[107] Если это так, то в регионе, вероятно, будут тысячи подобных объектов. ^[107] Майк Браун считает Девятую планету более вероятным объяснением, отмечая, что текущие исследования не выявили достаточно большого рассеянного диска, чтобы вызвать «нестабильность наклона». ^[108]^[109] В моделировании Солнечной системы в Ницце, которая включала самогравитацию планетезимального диска, нестабильности наклона не возникало. Вместо этого моделирование вызвало быструю прецессию орбит объектов, и большинство объектов были выброшены за слишком короткий промежуток времени, чтобы возникла нестабильность наклонения. ^[110] В 2020 году Мэдиган и его коллеги показали, что нестабильность наклона потребует 20 масс Земли в диске объектов с большими полуосями в несколько сотен а.е. ^[111] Нестабильность наклона в этом диске может также воспроизвести наблюдаемый разрыв в расстояниях перигелия крайних TNO, ^[112] и наблюдаемое выравнивание апсид после нестабильности наклона при наличии достаточного времени. ^[113]^[114] По состоянию на 2022 год ^[update]моделирование показывает, что проект «Исследование наследия пространства и времени» обсерватории Веры К. Рубин (LSST) должен быть в состоянии предоставить убедительные доказательства за или против пояса ZM, когда он начнет сбор данных. в 2024 году. ^[107]

Пастух массивным диском

Антраник Сефилян и Джихад Тума предполагают, что массивный диск умеренно эксцентричных ТНО ответственен за скопление долгот перигелия ЭТНО. Этот диск будет содержать 10 ТНО массой с Землю с выровненными орбитами и эксцентриситетом, который увеличивается с увеличением их больших полуосей в диапазоне от нуля до 0,165. Гравитационное воздействие диска компенсирует прямую прецессию, вызванную планетами-гигантами, так что орбитальная ориентация отдельных объектов сохранится. Орбиты объектов с высоким эксцентриситетом, таких как наблюдаемые ETNO, были бы стабильными и имели бы примерно фиксированную ориентацию или долготу перигелия, если бы их орбиты были направлены против этого диска. ^[115] Хотя Браун считает, что предложенный диск мог бы объяснить наблюдаемое скопление ETNO, он считает маловероятным, что диск мог выжить в течение возраста Солнечной системы. ^[116] Батыгин считает, что в поясе Койпера недостаточно массы, чтобы объяснить образование диска, и задается вопросом: «Почему протопланетный диск закончится около 30 а.е. и возобновится за пределами 100 а.е.?» ^[117]

Планета на орбите с меньшим эксцентриситетом

Гипотеза девятой планеты включает в себя ряд предсказаний о массе и орбите планеты. Альтернативная гипотеза предсказывает появление планеты с другими параметрами орбиты. Рену Малхотра, Кэтрин Волк и Сяньюй Ван предположили, что четыре отдельных объекта с самыми длинными орбитальными периодами, те, перигелии которых находятся за пределами40 а.е. и большие полуоси больше250 а.е. находятся в резонансах среднего движения n : 1 или n : 2 с гипотетической планетой. Два других объекта с большими полуосями больше150 а.е. также потенциально находятся в резонансе с этой планетой. Предложенная ими планета могла находиться на орбите с меньшим эксцентриситетом и низким наклонением, с эксцентриситетом e <0,18 и наклонением i ≈ 11 °. Эксцентриситет в данном случае ограничен требованием избегать близких сближений 2010 GB ₁₇₄ с планетой. Если ETNO находятся на периодических орбитах третьего рода ^[M] с их устойчивостью, усиленной либрацией аргументов перигелия, планета могла бы находиться на орбите с более высоким наклонением, с i ≈ 48°. В отличие от Батыгина и Брауна, Малхотра, Волк и Ван не уточняют, что орбиты большинства далеких отдельных объектов будут направлены против массивной планеты. ^[118]^[120]

Выравнивание благодаря механизму Козаи

Трухильо и Шеппард утверждали в 2014 году, что массивная планета на круговой орбите со средним расстоянием между200 а.е. и300 а.е. отвечала за кластеризацию аргументов перигелия двенадцати ТНО с большими большими полуосями. Трухильо и Шеппард выявили скопление около нуля градусов аргументов перигелия орбит двенадцати ТНО с перигелиями больше30 а.е. и большие полуоси больше150 а.е. ^[4]^[5] После того, как численное моделирование показало, что аргументы перигелия должны циркулировать с разной скоростью, оставляя их случайными через миллиарды лет, они предположили, что за эту кластеризацию была ответственна массивная планета на круговой орбите в несколько сотен астрономических единиц. . ^[5]^[121] Эта массивная планета заставила бы аргументы перигелия TNO либрировать примерно на 0 ° или 180 ° через механизм Козаи , так что их орбиты пересекали плоскость орбиты планеты вблизи перигелия и афелия, самого близкого и самого дальнего. точки с планеты. ^[5]^[26] В численном моделировании, включающем тело массой Земли 2–15 на круговой орбите с низким наклонением между200 а.е. иНа расстоянии 300 а.е. аргументы перигелий Седны и 2012 VP ₁₁₃ либрировали около 0° в течение миллиардов лет (хотя объекты с более низким перигелием этого не делали) и претерпевали периоды либрации с объектом массы Нептуна на орбите с высоким наклонением на высоте 1500 а.е. ^[5] Другой процесс, такой как прохождение звезды, мог бы объяснить отсутствие объектов с аргументами перигелия около 180°. ^[4]^[Н]

Эти симуляции показали основную идею о том, как одна большая планета может направлять меньшие ТНО на орбиты аналогичного типа. Они были основным доказательством концептуального моделирования, которое не позволило получить уникальную орбиту планеты, поскольку они утверждают, что существует множество возможных орбитальных конфигураций, которые может иметь планета. ^[121] Таким образом, они не полностью сформулировали модель, которая успешно включала бы всю кластеризацию ETNO с орбитой планеты. ^[4] Но они были первыми, кто заметил, что на орбитах ТНО наблюдалось скопление и что наиболее вероятной причиной была неизвестная массивная далекая планета. Их работа очень похожа на то, как Алексис Бувар заметил своеобразное движение Урана и предположил, что, вероятно, это были гравитационные силы неизвестной 8-й планеты, которые привели к открытию Нептуна. ^[124]

Рауль и Карлос де ла Фуэнте Маркос предложили аналогичную модель, но с двумя далекими планетами в резонансе. ^[26]^[125] Анализ, проведенный Карлосом и Раулем де ла Фуэнте Маркосом совместно со Сверре Дж. Осетом, подтвердил, что наблюдаемое выравнивание аргументов перигелия не может быть связано с предвзятостью наблюдений. Они предположили, что вместо этого оно было вызвано объектом с массой между массами Марса и Сатурна, который вращался на некоторой орбите.200 а.е. от Солнца. Подобно Трухильо и Шеппарду, они предположили, что TNO удерживаются вместе с помощью механизма Козаи, и сравнили их поведение с поведением кометы 96P/Махгольца под влиянием Юпитера . ^[126] Они также пытались объяснить выравнивание орбит, используя модель только с одной неизвестной планетой, и поэтому предположили, что эта планета сама находится в резонансе с более массивным миром около250 а.е. от Солнца. ^[121]^[127] В своей статье Браун и Батыгин отметили, что выравнивание аргументов перигелия около 0 ° или 180 ° с помощью механизма Козаи требует отношения больших полуосей, почти равного единице, что указывает на то, что несколько планет с орбитами потребуется настройка на набор данных, что делает это объяснение слишком громоздким. ^[4]

Первичная черная дыра

В 2019 году Якуб Шольц и Джеймс Анвин предположили, что за кластеризацию орбит ETNO ответственна первичная черная дыра . Их анализ данных гравитационного линзирования OGLE выявил популяцию объектов планетарной массы в направлении галактической выпуклости, более многочисленную, чем местное население звезд. Они предполагают, что эти объекты представляют собой не свободно плавающие планеты, а первичные черные дыры. Поскольку их оценка размера этой популяции превышает оценку популяции свободно плавающих планет на основе моделей формирования планет, они утверждают, что захват гипотетической первичной черной дыры был бы более вероятен, чем захват свободно плавающей планеты. Это также может объяснить, почему до сих пор не обнаружен объект, ответственный за возмущение орбит ETNO, если он существует. ^[128]^[129] В статье был предложен метод обнаружения, в котором утверждалось, что черная дыра слишком холодна, чтобы ее можно было обнаружить в реликтовом излучении , но взаимодействие с окружающей темной материей может привести к образованию гамма-лучей, которые можно обнаружить с помощью FERMILAT . Константин Батыгин прокомментировал это, заявив, что, хотя Девятая Планета и может быть первичной черной дырой, в настоящее время недостаточно доказательств, чтобы сделать эту идею более правдоподобной, чем любая другая альтернатива. ^[130] Эдвард Виттен предложил флот зондов, ускоряемых радиационным давлением, которые могли бы обнаружить местоположение первичной черной дыры на Девятой планете, однако Тим Хоанг и Ави Леб показали, что в любом сигнале будет доминировать шум межзвездной среды . ^[131]^{[132] Амир Сирадж и Ави Леб предложили}обсерватории Веры К. Рубин метод обнаружения вспышек от любой черной дыры малой массы во внешней Солнечной системе, включая возможную первичную черную дыру на Девятой планете. ^[133]^[134]

Попытки обнаружения

Видимость и расположение

Из-за своего чрезвычайного расстояния от Солнца Девятая Планета будет отражать мало солнечного света, потенциально ускользая от наблюдений телескопов. ^[36] Ожидается, что его видимая звездная величина будет слабее 22, что делает его как минимум в 600 раз слабее Плутона . ^[9]^[O] Если Девятая Планета существует и находится близко к перигелию, астрономы могли бы идентифицировать ее на основе существующих изображений. В афелии потребуются самые большие телескопы, но если планета в настоящее время находится между ними, многие обсерватории смогут обнаружить Девятую планету. ^[138] По статистике, планета с большей вероятностью будет находиться близко к своему афелию на расстоянии, превышающем 600 а.е. ^[139] Это происходит потому, что объекты движутся медленнее, находясь вблизи своего афелия, в соответствии со вторым законом Кеплера . Исследование 2019 года показало, что Девятая Планета, если она существует, может быть меньше и ближе, чем первоначально предполагалось. Это сделало бы гипотетическую планету ярче и ее было бы легче обнаружить с видимой звездной величиной 21–22. ^[2]^[140] По словам профессора Мичиганского университета Фреда Адамса, к 2035 году Девятая планета либо будет доступна для наблюдения, либо будет собрано достаточно данных, чтобы исключить ее существование. ^[141]^[142]

Поиск существующих данных

Поиск в базах данных звездных объектов, проведенный Батыгиным и Брауном, уже исключил большую часть неба вдоль предсказанной орбиты Девятой планеты. Остальные области включают направление ее афелия, где она была бы слишком тусклой, чтобы ее можно было обнаружить этими обзорами, и вблизи плоскости Млечного Пути , где ее было бы трудно отличить от многочисленных звезд. ^[33] Этот поиск включал архивные данные Catalina Sky Survey с магнитудой 21–22, Pan-STARRS с магнитудой 21,5, а также инфракрасные данные со спутника Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). ^[28]^[9]^[33] В 2021 году они также провели поиск данных за первые три года из переходного комплекса Цвикки (ZTF), не идентифицировав Девятую планету. ^[1] Только поиск данных ZTF исключил 56% пространства параметров для возможных положений Девятой Планеты. В результате исключения в основном объектов с малыми большими полуосями ожидаемая орбита Девятой Планеты была отодвинута немного дальше. ^[1]

Другие исследователи проводили поиск существующих данных. Дэвид Гердес, который участвовал в разработке камеры, используемой в « Обзоре темной энергии» , утверждает, что программное обеспечение, предназначенное для идентификации удаленных объектов Солнечной системы, таких как UZ 224 2014 года , могло бы найти Девятую планету, если бы ее изображения были получены в рамках этого исследования, охватившего четверть всей территории Солнечной системы. южное небо. ^[143]^[144] Майкл Медфорд и Дэнни Гольдштейн, аспиранты Калифорнийского университета в Беркли , также изучают архивные данные, используя метод, который объединяет изображения, сделанные в разное время. Используя суперкомпьютер, они сместят изображения, чтобы учесть расчетное движение Девятой Планеты, что позволит объединить множество слабых изображений слабого движущегося объекта для получения более яркого изображения. ^[83] Поиск, объединяющий несколько изображений, собранных с помощью данных WISE и NEOWISE, также был проведен без обнаружения Девятой Планеты. Этот поиск охватывал области неба вдали от галактической плоскости на длине волны «W1» (длина волны 3,4 мкм, используемая WISE) и, по оценкам, способен обнаружить объект массой 10 земных на расстоянии 800–900 а.е. ^[11]^[145]

Малена Райс и Грегори Лафлин применили целевой алгоритм поиска со сдвигом для анализа данных из секторов 18 и 19 TESS в поисках Девятой планеты и потенциальных объектов внешней Солнечной системы. ^[146] Их поиск не дал серьезных доказательств присутствия далекой планеты, но выявил 17 новых кандидатов во внешние тела Солнечной системы, расположенных на геоцентрических расстояниях в диапазоне 80–200 а.е., которые требуют последующих наблюдений с помощью наземного телескопа. ресурсы для подтверждения. Предварительные результаты опроса WHT , направленного на поиск этих отдаленных кандидатов в TNO, не подтвердили двух из них. ^[147]^[148]

К 2022 году сравнение данных IRAS и AKARI не выявило обнаружения Девятой планеты. Было отмечено, что данные в дальнем инфракрасном диапазоне на большей части неба сильно загрязнены излучением галактических туманностей, что делает проблематичным обнаружение теплового излучения Девятой планеты вблизи галактической плоскости или балджа. ^[149]

Текущие поиски

Поскольку прогнозируется, что планета будет видна в северном полушарии , ожидается, что первичный поиск будет осуществляться с использованием телескопа Субару , который имеет как достаточно большую апертуру , чтобы видеть слабые объекты, так и широкое поле зрения, чтобы сократить время поиска. ^[22] Две группы астрономов — Батыгин и Браун, а также Трухильо и Шеппард — проводят этот поиск вместе, и обе команды ожидают, что поиск займет до пяти лет. ^[12]^[150] Браун и Батыгин первоначально сузили поиск Девятой планеты примерно до 2000 квадратных градусов неба возле Ориона , полосы космоса, которую, по мнению Батыгина, можно охватить примерно за 20 ночей с помощью телескопа Субару. ^[151] Последующие уточнения Батыгина и Брауна сократили пространство поиска до 600–800 квадратных градусов неба. ^[152] В декабре 2018 года они провели четыре полуночи и три полные ночи, наблюдая с помощью телескопа Субару. ^[153] Из-за неуловимости гипотетической планеты было предложено использовать различные методы обнаружения при поиске планеты массы суперземли : от использования разных телескопов до использования нескольких космических аппаратов. В конце апреля и начале мая 2020 года Скотт Лоуренс и Зив Рогожински предложили последний метод его поиска, поскольку несколько космических кораблей будут иметь преимущества, которых нет у наземных телескопов. ^[154]

Радиация

Хотя далекая планета, такая как Девятая планета, будет отражать мало света, из-за своей большой массы она все равно будет излучать тепло от своего образования по мере охлаждения. При расчетной температуре 47 К (-226,2 ° C; -375,1 ° F) пик его излучения будет приходиться на инфракрасные длины волн. ^[155] Эту радиационную сигнатуру можно было бы обнаружить с помощью наземных субмиллиметровых телескопов , таких как ALMA , ^[156] а поиск можно было бы провести с помощью экспериментов по космическому микроволновому фону , работающих на миллиметровых длинах волн . ^[157]^[158]^[159]^[P] Поиск части неба с использованием архивных данных Атакамского космологического телескопа не обнаружил Девятую планету. ^[161] Джим Грин из Управления научных миссий НАСА с оптимизмом смотрит на то, что его можно будет наблюдать с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба , преемника космического телескопа Хаббла . ^[88]

Гражданская наука

Проект Zooniverse Backyard Worlds , стартовавший в феврале 2017 года, использует архивные данные космического корабля WISE для поиска Девятой планеты. Проект также будет искать субзвездные объекты, такие как коричневые карлики, в окрестностях Солнечной системы . ^[162]^[163] На веб-сайт Backyard Worlds было загружено 32 000 анимаций по четыре изображения в каждом, что составляет 3% данных космического корабля WISE.

В апреле 2017 года ^[164] используя данные телескопа SkyMapper в обсерватории Сайдинг-Спринг , гражданские ученые на платформе Zooniverse сообщили о четырех кандидатах на Девятую планету. За этими кандидатами будут следить астрономы, чтобы определить их жизнеспособность. ^[165] Проект, стартовавший 28 марта 2017 г., достиг поставленных целей менее чем за три дня: около пяти миллионов классификаций сделали более 60 000 человек. ^[165]

Проект Zooniverse Catalina Outer Solar System Survey, стартовавший в августе 2020 года, использует архивные данные Catalina Sky Survey для поиска ТНО. Ища движущиеся объекты в анимации и в зависимости от размера, расстояния и величины, гражданские учёные могут найти Девятую планету. ^[166]^[167]^[168]

Попытки предсказать местоположение

Измерения Кассини орбиты Сатурна

Точные наблюдения орбиты Сатурна с использованием данных Кассини позволяют предположить, что Девятая планета не могла находиться на определенных участках предполагаемой орбиты, поскольку ее гравитация могла бы оказать заметное влияние на положение Сатурна. Эти данные не доказывают и не опровергают существование Девятой Планеты. ^[169]

Первоначальный анализ, проведенный Фиенгой, Ласкаром, Маншем и Гастино с использованием данных Кассини для поиска остатков орбиты Сатурна, небольших различий с его предсказанной орбитой из-за Солнца и известных планет, не соответствовал тому, что Девятая Планета располагалась с истинной аномалией . расположение на орбите относительно перигелия от -130° до -110° или от -65° до 85°. Анализ, использующий параметры орбиты Батыгина и Брауна для Девятой Планеты, предполагает, что отсутствие возмущений на орбите Сатурна лучше всего объясняется, если Девятая Планета расположена в истинной аномалии орбиты Сатурна.117,8°+11°
−10°. В этом месте Девятая Планета будет находиться примерноНа расстоянии 630 а.е. от Солнца, ^[169] с прямым восхождением около 2 ^часов и склонением около -20°, на Кита . ^[170] Напротив, если предполагаемая планета находится рядом с афелием, она будет расположена вблизи прямого восхождения от 3,0 ^до 5,5 ^часов и склонения от -1 ° до 6 °. ^[171]

Более поздний анализ данных Кассини , проведенный астрофизиками Мэтью Холманом и Мэтью Пейном, ужесточил ограничения на возможные местоположения Девятой Планеты. Холман и Пейн разработали более эффективную модель, которая позволила им изучить более широкий диапазон параметров, чем предыдущий анализ. Параметры, определенные с помощью этого метода для анализа данных Кассини, затем были сопоставлены с динамическими ограничениями Батыгина и Брауна на орбите Девятой планеты. Холман и Пейн пришли к выводу, что Девятая Планета, скорее всего, будет расположена в пределах 20 ° от RA = 40 °, Dec = -15 °, в области неба недалеко от созвездия Кита. ^[144]^[172]

Уильям Фолкнер, планетолог из Лаборатории реактивного движения (JPL), заявил, что космический корабль Кассини не испытывал необъяснимых отклонений на своей орбите вокруг Сатурна. Неоткрытая планета повлияет на орбиту Сатурна, а не Кассини . Это могло бы создать сигнатуру в измерениях Кассини , но Лаборатория реактивного движения не обнаружила необъяснимых сигнатур в данных Кассини . ^[173]

Анализ орбиты Плутона

Анализ орбиты Плутона, проведенный Холманом и Пейном в 2016 году, обнаружил, что возмущения намного сильнее, чем предсказывалось предложенной Батыгиным и Брауном орбитой Девятой планеты. Холман и Пейн предложили три возможных объяснения: систематические ошибки в измерениях орбиты Плутона; немоделированная масса в Солнечной системе, например небольшая планета в диапазоне 60–60–60°С.100 а.е. (потенциально объясняющие скалу Койпера ); или планета более массивная или более близкая к Солнцу вместо планеты, предсказанной Батыгиным и Брауном. ^[89]^[174]

Орбиты почти параболических комет

Анализ орбит комет с почти параболическими орбитами выявил пять новых комет с гиперболическими орбитами , которые приближаются к номинальной орбите Девятой планеты, описанной в начальной статье Батыгина и Брауна. Если эти орбиты являются гиперболическими из-за близкого сближения с Девятой Планетой, по оценкам анализа, Девятая Планета в настоящее время находится вблизи афелия с прямым восхождением 83–90 ° и склонением 8–10 °. ^[175] Скотт Шеппард, скептически относящийся к этому анализу, отмечает, что на орбиты комет влияет множество различных сил. ^[89]

Затмения троянами Юпитера

Малена Райс и Грегори Лафлин предложили построить сеть телескопов для обнаружения покрытий Юпитера троянами . Выбор времени этих затмений обеспечит точную астрометрию этих объектов, что позволит отслеживать их орбиты на предмет изменений, вызванных приливом с Девятой Планеты. ^[176]

Возможна встреча с межзвездным метеором

В мае 2022 года было высказано предположение, что своеобразный метеор CNEOS 2014-01-08 мог выйти на орбиту, пересекающую Землю, после пролета мимо Девятой планеты. Если эта гипотеза верна, то обратное прослеживание траектории CNEOS 08 января 2014 г. означает, что Девятая Планета в настоящее время может находиться в созвездии Овна с прямым восхождением 50 ± 4,1 ° и склонением 11,8 ± 1,8 °. ^[177]

Попытки предсказать большую полуось

Анализ, проведенный Сарой Миллхолланд и Грегори Лафлином, выявил закономерность соизмеримости (соотношения между орбитальными периодами пар объектов, согласующихся с тем, что оба объекта находятся в резонансе с другим объектом) ETNO. Они идентифицируют пять объектов, которые находились бы в резонансе с Девятой планетой, если бы ее большая полуось составляла 654 а.е.: Седна (3:2), 474640 Аликанто (3:1), 2012 VP ₁₁₃ (4:1), 2000 CR. 105 (5:1) и 2001 FP 185 (5:1). Они идентифицируют эту планету как Девятую планету, но предлагают другую орбиту с эксцентриситетом e ≈ 0,5, наклонением i ≈ 30°, аргументом перигелия ω ≈ 150° и долготой восходящего узла Ω ≈ 50° (последнее отличается от орбиты Брауна и Батыгина). значение 90°). ^[17]^[К]

Карлос и Рауль де ла Фуэнте Маркос также отмечают соизмеримость среди известных ETNO, аналогичную соизмеримости пояса Койпера, где случайная соизмеримость возникает из-за объектов, находящихся в резонансе с Нептуном. Они обнаружили, что некоторые из этих объектов будут находиться в резонансах 5:3 и 3:1 с планетой, большая полуось которой составляет ≈700 а.е. ^[179]

Также предполагается , что три объекта с меньшей большой полуосью около 172 а.е. ( 2013 UH 15 , 2016 QV89 и 2016 QU89 ) находятся в резонансе с Девятой планетой. Эти объекты находились бы в резонансе и противодействовали Девятой планете, если бы ее большая полуось составляла 315 а.е., что ниже диапазона, предложенного Батыгиным и Брауном. Альтернативно, они могли бы находиться в резонансе с Девятой Планетой, но иметь орбитальную ориентацию, которая циркулирует, а не ограничивается Девятой Планетой, если бы ее большая полуось составляла 505 а.е. ^[181]

Более поздний анализ, проведенный Элизабет Бэйли, Майклом Брауном и Константином Батыгиным, показал, что, если Девятая Планета находится на эксцентричной и наклонной орбите, захват многих ETNO в резонансы более высокого порядка и их хаотичный переход между резонансами препятствуют идентификации получастиц Девятой Планеты. -большая ось с использованием текущих наблюдений. Они также определили, что вероятность того, что первые шесть наблюдаемых объектов будут находиться в соотношении периодов N/1 или N/2 с Девятой планетой, составляет менее 5%, если она имеет эксцентричную орбиту. ^[182]

В конце 2020 года было установлено, что HD 106906 b , потенциальная экзопланета, имеет эксцентричную орбиту, которая вывела ее за пределы диска обломков ее двойных родительских звезд. Ее орбита, по-видимому, аналогична предсказаниям, сделанным для большой полуоси Девятой планеты, и может служить заменой Девятой планеты, что помогает объяснить, как развиваются такие планетарные орбиты, ^[180] хотя эта экзопланета значительно более чем в десять раз массивнее, чем планета. Юпитер.

Именование

Девятая планета не имеет официального названия и не получит его, пока ее существование не будет подтверждено с помощью изображений. За всю историю человечества в Солнечной системе были открыты только две планеты — Уран и Нептун. ^[183] Однако многие малые планеты , в том числе карликовые планеты , такие как Плутон, астероиды и кометы, были открыты и названы. Следовательно, существует хорошо отлаженный процесс присвоения имен недавно обнаруженным объектам Солнечной системы. Если Девятая планета будет обнаружена, Международный астрономический союз удостоверит имя, причем приоритет обычно отдается имени, предложенному ее первооткрывателями. ^[184] Вероятно, это имя выбрано из римской или греческой мифологии . ^[185]

В своей оригинальной статье Батыгин и Браун просто называли объект «возмутителем» ^[4] и только в более поздних пресс-релизах они использовали «Планета Девять». ^[186] Они также использовали имена « Иосафат » и «Джордж» (отсылка к предложенному Уильямом Гершелем названию Урана ) для Девятой Планеты. Браун заявил: «На самом деле мы называем его Фэтти ^[Р] , когда просто разговариваем друг с другом». ^[6] В 2018 году Батыгин также неофициально предложил, основываясь на петиции на Change.org , назвать планету в честь певца Дэвида Боуи , а любые потенциальные спутники планеты — в честь персонажей из каталога песен Боуи, таких как Зигги Стардаст. или Стармен . ^[187]

Были шутки, связывающие «Планету Девять» с научно-фантастическим фильмом ужасов Эда Вуда 1959 года «План 9 из космоса» . ^[166] В связи с гипотезой Девятой Планеты название фильма недавно вошло в академический дискурс. В 2016 году в журнале Scientific American была опубликована статья под названием « Девятая планета из космоса» о предполагаемой планете во внешней области Солнечной системы . ^[188] С тех пор в нескольких выступлениях на конференциях использовалась та же игра слов , ^[189]^[190] что и в лекции Майка Брауна , прочитанной в 2019 году. ^[191]

Персефона , жена божества Плутона, была популярным именем, широко используемым в научной фантастике для обозначения планеты за пределами Нептуна (см. « Вымышленные планеты Солнечной системы »). Однако маловероятно, что Девятой планете или любой другой предполагаемой планете за пределами Нептуна будет присвоено имя Персефона, как только ее существование будет подтверждено, поскольку это уже имя астероида 399 Персефона . ^[192] В 2017 году физик Лоренцо Иорио предложил назвать гипотетическую планету «Телисто», от древнегреческого слова «τήλιστος», означающего «самый дальний» или «самый отдаленный». ^[193]

В 2018 году планетолог Алан Стерн возражал против названия Девятой Планеты , заявив: «Это попытка стереть наследие Клайда Томбо , и это откровенно оскорбительно», предлагая название «Планета X» до ее открытия. ^[194] Вместе с 34 другими учёными он подписал заявление, в котором говорилось: «Мы также считаем, что использование этого термина [Планета Девять] должно быть прекращено в пользу культурно и таксономически нейтральных терминов для таких планет, как Планета X, Планета Следующая или Гигантская планета номер пять». ^[195] По словам Брауна, « Планета X — это не общая ссылка на какую-то неизвестную планету, а конкретное предсказание Лоуэлла, которое привело к (случайному) открытию Плутона. Наше предсказание не связано с этим предсказанием». ^[194]

Смотрите также

Примечания

^ По оценкам Брауна и Батыгина, по состоянию на 2021 год большая полуось Девятой планеты будет находиться в диапазоне от 360 до 620 а.е.; это означает, что планета имеет орбитальный период от 6800 (360 ^1,5 ) до 15 400 (620 ^1,5 ) лет.
^ Диапазон больших полуосей, простирающийся от 400 до 1000 а.е., создает наблюдаемую кластеризацию в симуляциях. ^[9]
↑ Житель Нью-Йорка представил среднее орбитальное расстояние Девятой Планеты в перспективе, явно намекая на одну из самых известных карикатур журнала « Вид на мир с 9-й авеню »: «Если бы Солнце находилось на Пятой авеню , а Земля была бы в одном квартале к западу, Юпитер должен был находиться на шоссе Вест-Сайд , Плутон — в Монтклере, штат Нью-Джерси , а новая планета — где-то недалеко от Кливленда . ^[6] »
^
Возможны два типа механизмов защиты: ^[56]
1. Для тел, значения a и e которых таковы, что они могут столкнуться с планетами только вблизи перигелия (или афелия), такие столкновения могут быть предотвращены большим наклоном и либрацией ω около 90 ° или 270 ° (даже когда столкновения происходят , они не сильно влияют на орбиту малой планеты из-за сравнительно высоких относительных скоростей).
2. Другой механизм жизнеспособен, когда при малых наклонениях, когда ω колеблется около 0° или 180° и большая полуось малой планеты близка к оси возмущающей планеты: в этом случае пересечение узлов происходит всегда вблизи перигелия и афелия, вдали от самой планеты, при условии, что эксцентриситет достаточно велик и орбита планеты почти круговая.
^ Скорость прецессии медленнее для объектов с большими полуосями и наклонениями и с меньшими эксцентриситетами: где находятся массы и большие полуоси планет Юпитер через Нептун. ${\dot {\varpi }}={\frac {3}{4}}{\sqrt {\frac {GM}{a^{3}}}}{\frac {1}{(1-e^{2})^{2}}}\sum _{k=5}^{8}{\frac {m_{k}a_{k}^{2}}{Ma^{2}}}cos^{2}(i)$ $m_{k}a_{k}$
^
Батыгин и Браун дают приблизительную оценку массы.
- Если бы M было равно 0,1 массы Земли, то динамическая эволюция протекала бы с исключительно медленной скоростью, и время существования Солнечной системы, вероятно, было бы недостаточным для осуществления необходимого орбитального моделирования.
- Если бы M было равно 1 массе Земли, то действительно существовали бы долгоживущие апсидально-антицентрированные орбиты, но удаление нестабильных орбит произошло бы в гораздо более длительном масштабе времени, чем текущая эволюция Солнечной системы. Следовательно, даже несмотря на то, что они будут отдавать предпочтение определенному направлению апсид, они не будут демонстрировать истинного ограничения, как данные.
- Они также отмечают, что M, превышающий 10 масс Земли, будет означать более длинную большую полуось.
Следовательно, по их оценкам, масса объекта, вероятно, находится в диапазоне от 5 до 15 масс Земли.
^ расчетные значения в скобках.
^ Средняя долгота восходящего узла для 6 объектов составляет около 102 °. В опубликованном позже блоге Батыгин и Браун ограничили свою оценку долготы восходящего узла до94° .
^ Подобные фигуры в статьях Беуста ^[74] и Батыгина и Морбиделли ^[75] представляют собой графики гамильтониана, показывающие комбинации орбитальных эксцентриситетов и ориентаций, имеющих равную энергию. Если не произойдет близкого сближения с Девятой планетой, которое могло бы изменить энергию орбиты, элементы орбиты объекта останутся на одной из этих кривых по мере развития орбит.
^ Из восьми объектов с большой полуосью > 150 а.е. OSSOS обнаружил три с аргументами перигелия (ω) вне скопления, ранее идентифицированного Трухильо и Шеппардом (2014): ^[5] 2015 GT 50 , 2015 KH 163 и 2013 УТ 15 . ^[97]
^ Ссылка на графики орбитальной эволюции всех 15 включена в архивную версию статьи.
^ Шенкман и др. оценил массу этого населения в десятки масс Земли, и что для того, чтобы эта масса сохранилась, необходимо было бы выбросить от сотен до тысяч масс Земли из окрестностей планет-гигантов. По оценкам модели Ниццы, было выброшено 20–50 масс Земли, значительная масса также выбрасывается из окрестностей планет-гигантов во время их формирования.
^ Его часто (возможно, ошибочно) называют кодзаем в рамках резонанса среднего движения. ^[119]
^ Предполагая, что элементы орбит этих объектов не изменились, Жилкова и др. предположил, что встреча с проходящей звездой могла помочь получить эти объекты, названные ими седнитами ( ETNO с q > 30 и a > 150 ). Они также предсказали, что регион Седнитос населен 930 планетезималями, а внутреннее Облако Оорта приобрело около 440 планетезималей в результате одного и того же столкновения. ^[122]^[123]
^ 8-метровый телескоп Subaru достиг фотографического предела 27,7 звездной величины с десятичасовой выдержкой, ^[135] что примерно в 100 раз тусклее, чем ожидается на Девятой планете. Для сравнения, космический телескоп Хаббл обнаружил объекты со слабой яркостью до 31-й звездной величины с выдержкой около 2 миллионов секунд (555 часов) во время фотографии Хаббла в сверхглубоком поле . ^[136] Поле зрения Хаббла очень узкое, как и Большой бинокулярный телескоп обсерватории Кек . ^[12] Браун надеется обратиться с просьбой об использовании космического телескопа «Хаббл» в тот день, когда планета будет обнаружена. ^[137]
^ Подсчитано, что для поиска Девятой планеты необходимы телескопы, которые могут разрешить точечный источник мощностью 30 мЯн , а также могут разрешить годовое параллаксное движение ~ 5 угловых минут . ^[160]
^ Доступна трехмерная версия изображения орбиты и изображений нескольких ETNO, показанных на рисунке 14 из «Ограничения на орбиту Девятой планеты и положение на небе в рамках резонансов среднего движения». ^[178]
↑ Большинство новостных агентств сообщали об этом имени как « Фатти» (сленговый термин, означающий «крутой» или «потрясающий»; также сигарета с марихуаной) ^[12] , но в приведенной выше цитате из журнала New Yorker слово «жирный» используется в почти уникальном значении. вариация. На первый взгляд правильное написание было заменено.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с Девятой планетой, на Викискладе?
В поисках девятой планеты – Блог Брауна и Батыгина
Гипотетическая Планета X - Отдел планетарных наук НАСА