- Объект находится на орбите вокруг Солнца
- Объект имеет достаточную массу, чтобы его собственная гравитация могла преодолеть силы твердого тела и принять гидростатическую равновесную (почти круглую) форму.
- Объект очистил окрестности своей орбиты
Источник:«Генеральная ассамблея МАС 2006 г.: Резолюции 5 и 6» (PDF) . МАУ. 24 августа 2006 года . Проверено 23 июня 2009 г.
Определение термина « планета» менялось несколько раз с тех пор, как это слово было придумано древними греками . Греческие астрономы использовали термин ἀστέρες πλανῆται ( asteres Planetai ), «блуждающие звезды», для звездообразных объектов, которые, по-видимому, двигались по небу. На протяжении тысячелетий этот термин включал в себя множество различных небесных тел , от Солнца и Луны до спутников и астероидов .
В современной астрономии существуют две основные концепции «планеты». Не обращая внимания на зачастую противоречивые технические детали, они заключаются в том, доминирует ли астрономическое тело в своей области динамически (то есть, контролирует ли оно судьбу других меньших тел в своей окрестности) или находится ли оно в гидростатическом равновесии (на практике это всегда принимается скорее грубо говоря, означает, стал ли он гравитационно округленным и уплотненным). Их можно охарактеризовать как определение динамического доминирования и геофизическое определение .
Вопрос о четком определении планеты достиг апогея в январе 2005 года с открытием транснептунового объекта Эрида , тела, более массивного, чем самая маленькая тогда признанная планета, Плутон . [1] В своем ответе в августе 2006 года Международный астрономический союз (МАС), признанный астрономами мировым органом, ответственным за решение вопросов номенклатуры , обнародовал свое решение по этому вопросу во время встречи в Праге . Это определение, которое применимо только к Солнечной системе (хотя экзопланеты рассматривались в 2003 году), гласит, что планета — это тело, вращающееся вокруг Солнца, достаточно массивное, чтобы собственная гравитация могла сделать его круглым , и « очистившее окрестности». «меньших объектов, приближающихся к его орбите. Плутон соответствует первым двум из этих критериев, но не третьему, и поэтому не может квалифицироваться как планета согласно этому формализованному определению. Решение МАС не разрешило все разногласия, и, хотя многие астрономы приняли его, некоторые ученые-планетологи категорически отвергли его, предложив вместо этого геофизическое или подобное определение.
Хотя знание о планетах зародилось еще до истории и является общим для большинства цивилизаций, слово « планета» восходит к древней Греции . Большинство греков полагали, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной в соответствии с геоцентрической моделью и что объекты на небе, да и само небо, вращаются вокруг нее (исключением был Аристарх Самосский , который выдвинул теорию ранняя версия гелиоцентризма ). Греческие астрономы использовали термин ἀστέρες πλανῆται ( asteres Planetai ), «блуждающие звезды», [2] [3] для описания тех звездообразных огней на небе, которые перемещались в течение года, в отличие от ἀστέρες ἀπλανεῖς ( asteres aplaneis ). , « неподвижные звезды », которые оставались неподвижными относительно друг друга. Пять тел, которые в настоящее время называются «планетами», которые были известны грекам, были видимы невооруженным глазом: Меркурий , Венера , Марс , Юпитер и Сатурн .
Греко-римская космология обычно считала семь планет, к которым причисляли Солнце и Луну (как это имеет место в современной астрологии ); однако в этом вопросе есть некоторая двусмысленность, поскольку многие древние астрономы отличали пять звездообразных планет от Солнца и Луны. Как отмечал немецкий натуралист XIX века Александр фон Гумбольдт в своей работе «Космос» ,
Из семи космических тел, которые по их постоянно меняющимся относительным положениям и расстояниям друг от друга с древнейших времен отличались от «неблуждающих орбит» неба «неподвижных звезд», которые, по всей разумной видимости, сохраняют свое относительное положение и расстояния неизменны, только пять — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн — носят вид звезд — « cinque stellas errantes » — тогда как Солнце и Луна, судя по размеру своих дисков, их значению для человека и месту закрепленные за ними в мифологических системах, были отнесены к обособленному классу. [4]
В своем «Тимее» , написанном примерно в 360 году до нашей эры , Платон упоминает «Солнце, Луну и пять других звезд, которые называются планетами». [5] Его ученик Аристотель делает подобное различие в своей книге «О небесах» : «Движения Солнца и Луны меньше, чем движения некоторых планет». [6] В своих «Феноменах» , которые легли в основу астрономического трактата, написанного философом Евдоксом примерно в 350 г. до н.э., [7] поэт Арат описывает «те пять других шаров, которые смешиваются с [созвездиями] и вращаются, блуждая во всех из двенадцати фигур Зодиака». [8]
В своем «Альмагесте» , написанном во II веке, Птолемей упоминает «Солнце, Луну и пять планет». [9] Гигин прямо упоминает «пять звезд, которые многие называют блуждающими, а греки называют Планетой». [10] Марк Манилий , латинский писатель, живший во времена Цезаря Августа и чья поэма «Астрономика» считается одним из основных текстов современной астрологии , говорит: «Теперь додекатемория разделена на пять частей, ибо так много звезд называемые странниками, которые с мимолетным блеском сияют на небесах». [11]
Единственный взгляд на семь планет можно найти в « Сне Сципиона » Цицерона , написанном где-то около 53 г. до н.э., где дух Сципиона Африканского провозглашает: «Семь из этих сфер содержат планеты, по одной планете в каждой сфере, которые все движутся в противоположном направлении. к движению небес». [12] В своей «Естественной истории» , написанной в 77 году нашей эры, Плиний Старший упоминает «семь звезд, которые из-за их движения мы называем планетами, хотя ни одна звезда не блуждает меньше, чем они». [13] Нонн , греческий поэт V века, говорит в своей «Дионисии» : «У меня есть оракулы истории на семи табличках, и на табличках написаны имена семи планет». [10]
Писатели Средневековья и Возрождения в целом принимали идею семи планет. Стандартное средневековое введение в астрономию, « De Sphaera » Сакробоско , включает Солнце и Луну в число планет, [14] более продвинутая Theorica Planetarum представляет «теорию семи планет», [15] в то время как инструкции к Альфонсиновым таблицам показать, как «находить по таблицам средние движения Солнца, Луны и остальных планет». [16] В своем «Исповедании Амантиса » поэт XIV века Джон Гауэр , ссылаясь на связь планет с ремеслом алхимии , пишет: «О планетах begonne/Золото наклонено к Зонне/Мона Сельвера имеет свое часть...», что указывает на то, что Солнце и Луна были планетами. [17] Даже Николай Коперник , отвергавший геоцентрическую модель, неоднозначно относился к тому, являются ли Солнце и Луна планетами. В своем «О революции » Коперник четко разделяет «солнце, луну, планеты и звезды»; [18] однако в своем Посвящении произведения Папе Павлу III Коперник ссылается на «движение Солнца и Луны... и пяти других планет». [19]
В конце концов, когда гелиоцентрическая модель Коперника была принята вместо геоцентрической , Земля была помещена в число планет, а Солнце и Луна были реклассифицированы, что потребовало концептуальной революции в понимании планет. Как отметил историк науки Томас Кун в своей книге «Структура научных революций» : [20]
Коперникане, которые отказали Солнцу в традиционном названии «планета»… изменили значение слова «планета», чтобы оно продолжало проводить полезные различия в мире, где все небесные тела… рассматривались иначе, чем они видели раньше... Глядя на Луну, обращенный в коперниканство... говорит: «Однажды я принял Луну за (или видел Луну как) планету, но я ошибся».
Коперник косвенно называет Землю планетой в «De Revolutionibus» , когда он говорит: «Приняв таким образом движения, которые я приписываю Земле позже в этом томе, путем долгого и интенсивного исследования я наконец обнаружил, что если движения других планет коррелирует с вращением Земли...» [18] Галилей также утверждает, что Земля является планетой в « Диалоге о двух главных мировых системах» : «Земля, не менее чем Луна или любая другая планета, быть причисленным к естественным телам, которые движутся по кругу». [21]
В 1781 году астроном Уильям Гершель искал в небе неуловимые звездные параллаксы , когда он наблюдал то, что он назвал кометой в созвездии Тельца . В отличие от звезд, которые оставались лишь точками света даже при большом увеличении, размер этого объекта увеличивался пропорционально используемой энергии. Гершелю просто не пришло в голову, что этот странный объект мог быть планетой; пять планет за пределами Земли были частью человеческой концепции Вселенной с древности. Поскольку астероиды еще не были открыты, кометы были единственными движущимися объектами, которые можно было обнаружить в телескоп. [22] Однако, в отличие от кометы, орбита этого объекта была почти круговой и находилась в плоскости эклиптики. Прежде чем Гершель объявил об открытии своей «кометы», его коллега, британский астроном Невил Маскелин , написал ему: «Я не знаю, как ее назвать. Это с такой же вероятностью может быть обычной планетой, движущейся по орбите. почти круглым по отношению к Солнцу, как комета, движущаяся по очень эксцентричному эллипсу. Я еще не видел у нее ни комы , ни хвоста». [23] «Комета» также находилась очень далеко, слишком далеко, чтобы простая комета могла разрешиться сама собой. В конце концов ее признали седьмой планетой и назвали Ураном в честь отца Сатурна.
Гравитационно-индуцированные нарушения наблюдаемой орбиты Урана привели в конечном итоге к открытию Нептуна в 1846 году, а предполагаемые нарушения орбиты Нептуна впоследствии привели к поискам, которые не обнаружили возмущающего объекта (позже было обнаружено, что это математический артефакт, вызванный переоценкой Масса Нептуна), но Плутон нашел в 1930 году. Первоначально предполагалось, что его масса примерно равна массе Земли, наблюдения постепенно уменьшали предполагаемую массу Плутона, пока не выяснилось, что она составляет всего лишь пять сотых ее массы; слишком мала, чтобы вообще повлиять на орбиту Нептуна. [22] В 1989 году «Вояджер-2» определил, что отклонения вызваны переоценкой массы Нептуна. [24]
Когда Коперник поместил Землю среди планет, он также поместил Луну на орбиту вокруг Земли, сделав Луну первым естественным спутником , который был обнаружен. Когда Галилей открыл четыре спутника Юпитера в 1610 году, они придали вес аргументам Коперника, потому что если другие планеты могли иметь спутники, то и Земля тоже могла бы иметь спутники. Однако оставалась некоторая путаница относительно того, были ли эти объекты «планетами»; Галилей называл их «четырьмя планетами, летающими вокруг звезды Юпитер через неравные промежутки и периоды с удивительной быстротой». [25] Точно так же Христиан Гюйгенс , обнаружив в 1655 году самый крупный спутник Сатурна Титан , использовал для его описания множество терминов, в том числе «планета» (планета), «стелла» (звезда), «луна» (луна) и «спутник». (помощник), слово, придуманное Иоганном Кеплером . [26] [27] Джованни Кассини , объявляя об открытии спутников Сатурна Япета и Реи в 1671 и 1672 годах, описал их как Nouvelles Planetes autour de Saturne («Новые планеты вокруг Сатурна»). [28] Однако, когда «Журнал де Скаванс» сообщил об открытии Кассини двух новых спутников Сатурна ( Дионы и Тефии ) в 1686 году, он называл их строго «спутниками», хотя иногда Сатурн называл «основной планетой». [29] Когда Уильям Гершель объявил об открытии двух объектов на орбите Урана в 1787 году ( Титания и Оберон ), он назвал их «спутниками» и «вторичными планетами». [30] Во всех последующих сообщениях об открытиях естественных спутников использовался исключительно термин «спутник», [31] хотя в книге 1868 года «Иллюстрированная астрономия Смита» спутники назывались «вторичными планетами». [32]
Одним из неожиданных результатов открытия Урана Уильямом Гершелем стало подтверждение закона Боде — математической функции, которая определяет размер большой полуоси планетарных орбит . Астрономы сочли этот «закон» бессмысленным совпадением, но Уран упал почти на то расстояние, которое он предсказывал. Поскольку закон Боде также предсказал существование тела между Марсом и Юпитером, которое на тот момент еще не наблюдалось, астрономы обратили свое внимание на эту область в надежде, что это может быть подтверждено снова. Наконец, в 1801 году астроном Джузеппе Пиацци обнаружил миниатюрный новый мир, Цереру , лежащий как раз в нужной точке космоса. Объект был провозглашен новой планетой. [33]
Затем в 1802 году Генрих Ольберс открыл Палладу , вторую «планету», находящуюся примерно на том же расстоянии от Солнца, что и Церера. Тот факт, что две планеты могли находиться на одной и той же орбите, был оскорблением многовекового мышления. [34] В 1804 году на аналогичной орбите был открыт другой мир, Юнона . [33] В 1807 году Ольберс обнаружил четвертый объект, Весту , на аналогичном орбитальном расстоянии.
Гершель предложил дать этим четырем мирам отдельную классификацию — астероиды (что означает «звездоподобные», поскольку они были слишком малы для разрешения их дисков и поэтому напоминали звезды ), хотя большинство астрономов предпочитали называть их планетами. [33] Эта концепция была закреплена тем фактом, что из-за сложности отличить астероиды от еще неизведанных звезд, эти четыре оставались единственными астероидами, известными до 1845 года. [35] [36] В учебниках по естествознанию 1828 года, после смерти Гершеля, до сих пор причисляли астероиды к планетам. [33] С появлением более точных звездных карт поиски астероидов возобновились, а пятый и шестой были открыты Карлом Людвигом Хенке в 1845 и 1847 годах . [36] К 1851 году число астероидов увеличилось до 15, а был принят новый метод их классификации, заключающийся в проставлении числа перед их именами в порядке открытия, что непреднамеренно поместило их в отдельную категорию. Церера стала «(1) Церерой», Паллада стала «(2) Палладой» и так далее. К 1860-м годам число известных астероидов возросло до более чем сотни, и обсерватории в Европе и США начали называть их « малыми планетами » или «малыми планетами», хотя первым четырем астероидам потребовалось больше времени, чтобы быть сгруппированы как таковые. [33] По сей день «малая планета» остается официальным обозначением всех малых тел на орбите вокруг Солнца, и каждое новое открытие имеет соответствующий номер в Каталоге малых планет МАС . [37]
Долгий путь от планетарности к переосмыслению, пройденному Церерой , отражен в истории Плутона , который был назван планетой вскоре после его открытия Клайдом Томбо в 1930 году. Уран и Нептун были объявлены планетами на основании их круговых орбит, больших масс и близости. в плоскость эклиптики. Ничто из этого не применимо к Плутону, крошечному и ледяному миру в регионе газовых гигантов , орбита которого уносила его высоко над эклиптикой и даже внутри орбиты Нептуна. В 1978 году астрономы открыли самый большой спутник Плутона, Харон , что позволило им определить его массу. Оказалось, что Плутон оказался намного меньше, чем кто-либо ожидал: всего лишь одна шестая массы земной Луны. Однако, насколько можно было сказать, оно было уникальным. Затем, начиная с 1992 года, астрономы начали обнаруживать за орбитой Нептуна большое количество ледяных тел, похожих на Плутон по составу, размерам и орбитальным характеристикам. Они пришли к выводу, что открыли предполагаемый пояс Койпера с длинной гипотезой (иногда называемый поясом Эджворта-Койпера), полосу ледяных обломков, которая является источником «короткопериодических» комет — комет с орбитальным периодом до 200 лет. [38]
Орбита Плутона находилась внутри этой полосы, и поэтому его планетарный статус был поставлен под вопрос. Многие ученые пришли к выводу, что крошечный Плутон следует классифицировать как малую планету, как это было с Церерой столетием ранее. Майк Браун из Калифорнийского технологического института предложил переопределить «планету» как «любое тело в Солнечной системе, которое более массивно, чем общая масса всех других тел на аналогичной орбите». [39] Те объекты, масса которых меньше этого предела, станут малыми планетами. В 1999 году Брайан Дж. Марсден из Центра малых планет Гарвардского университета предложил присвоить Плутону номер малой планеты 10 000, сохранив при этом его официальное положение как планеты. [40] [41] Перспектива «понижения» Плутона вызвала общественный резонанс, и в ответ Международный астрономический союз пояснил, что в то время он не предлагал исключить Плутон из списка планет. [42] [43]
Открытие нескольких других транснептуновых объектов , таких как Квавар и Седна , продолжало разрушать аргументы о том, что Плутон является исключительным среди остальной части транснептунового населения. 29 июля 2005 года Майк Браун и его команда объявили об открытии транснептунового объекта, который, как было подтверждено, более массивен, чем Плутон, [44] под названием Эрида . [45]
Сразу после открытия объекта было много дискуссий о том, можно ли его назвать « десятой планетой ». НАСА даже выпустило пресс-релиз, описывающий это как таковое. [46] Однако признание Эриды как десятой планеты неявно потребовало определения планеты, которое установило бы Плутон как произвольный минимальный размер. Многие астрономы, утверждая, что определение планеты не имеет большого научного значения, предпочитали признать историческую идентичность Плутона как планеты, « включив его в список планет». [47]
Открытие Эриды заставило МАС действовать в соответствии с определением. В октябре 2005 года группа из 19 членов МАС, которые уже работали над определением с момента открытия Седны в 2003 году, сузили свой выбор до короткого списка из трех, используя голосование за одобрение . Определения были:
Поскольку консенсуса достичь не удалось, комитет решил вынести эти три определения на более широкое голосование на заседании Генеральной Ассамблеи МАС в Праге в августе 2006 г. [50] , а 24 августа МАС вынес на голосование окончательный проект, который объединенные элементы двух из трех предложений. По сути, он создал срединную классификацию между планетой и камнем (или, на новом языке, малым телом Солнечной системы ), названную карликовой планетой , и поместил в нее Плутон вместе с Церерой и Эридой. [51] [52]
Поэтому МАС постановляет, что планеты и другие тела в нашей Солнечной системе, за исключением спутников, должны быть разделены на три отдельные категории следующим образом:
- «Планета» [а] — небесное тело, которое:
- находится на орбите вокруг Солнца,
- имеет достаточную массу, чтобы его собственная гравитация могла преодолеть силы твердого тела, чтобы принять гидростатическую равновесную (почти круглую) форму, и
- очистил окрестности вокруг своей орбиты.
- «Карликовая планета» — небесное тело, которое:
- находится на орбите вокруг Солнца,
- имеет достаточную массу, чтобы его собственная гравитация могла преодолеть силы твердого тела и принять гидростатическую равновесную (почти круглую) форму, [b]
- не очистил окрестности вокруг своей орбиты, и
- это не спутник.
- Все остальные объекты, [c] за исключением спутников, вращающихся вокруг Солнца, будут именоваться «Малые тела Солнечной системы».
- ^ Планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
- ^ Будет установлен процесс IAU для отнесения пограничных объектов к «карликовым планетам» и другим категориям.
- ^ В настоящее время к ним относятся большинство астероидов Солнечной системы, большинство транснептуновых объектов (ТНО), комет и других малых тел.
МАС далее постановляет:
- Плутон является «карликовой планетой» по приведенному выше определению и признан прототипом новой категории транснептуновых объектов.
Голосование прошло успешно, в голосовании приняли участие 424 астронома. [53] [54] [55] МАС также постановил, что « планеты и карликовые планеты представляют собой два разных класса объектов», а это означает, что карликовые планеты, несмотря на их название, не будут считаться планетами. [55]
13 сентября 2006 года МАС поместил Эриду, ее спутник Дисномию и Плутон в свой Каталог малых планет , дав им официальные обозначения малых планет (134340) Плутон , (136199) Эрида и (136199) Эрида I Дисномия . [56] Другие возможные карликовые планеты , такие как 2003 EL 61 , 2005 FY 9 , Седна и Квавар , были оставлены во временном подвешенном состоянии до тех пор, пока не будет принято официальное решение относительно их статуса.
11 июня 2008 года исполнительный комитет МАС объявил о создании подкласса карликовых планет, включающего вышеупомянутую «новую категорию транснептуновых объектов», прототипом которой является Плутон. Этот новый класс объектов, названный плутоидами , будет включать Плутон, Эриду и любые другие транснептуновые карликовые планеты, но исключая Цереру. МАС решил, что те ТНО с абсолютной звездной величиной выше +1 будут названы совместными комиссиями комитетов по присвоению имен планетам и малым планетам, исходя из предположения, что они, вероятно, будут карликовыми планетами. На сегодняшний день только два других TNO, 2003 EL 61 и 2005 FY 9 , соответствуют требованиям абсолютной величины, в то время как другие возможные карликовые планеты, такие как Седна, Оркус и Квавар, были названы только комитетом малых планет. [57] 11 июля 2008 года Рабочая группа по планетарной номенклатуре назвала 2005 FY 9 Макемаке , [58] а 17 сентября 2008 года они назвали 2003 EL 61 Хаумеа . [59]
Среди наиболее ярых сторонников решительного определения МАС — Майк Браун , первооткрыватель Эриды; Стивен Сотер , профессор астрофизики Американского музея естественной истории ; и Нил де Грасс Тайсон , директор планетария Хейдена .
В начале 2000-х, когда в планетарии Хайдена проходила реконструкция стоимостью 100 миллионов долларов, Тайсон отказался называть Плутон девятой планетой в планетарии. [60] Он объяснил, что предпочел бы группировать планеты в соответствии с их общностью, а не считать их. Это решение привело к тому, что Тайсон получил большое количество писем с ненавистью, в основном от детей. [61] В 2009 году Тайсон написал книгу , подробно описывающую понижение в должности Плутона.
В статье в январском номере журнала Scientific American за 2007 год Сотер процитировал определение, включающее современные теории формирования и эволюции Солнечной системы ; что, когда самые ранние протопланеты возникли из кружащейся пыли протопланетного диска , некоторые тела «выиграли» первоначальную конкуренцию за ограниченный материал, и по мере их роста их возросшая гравитация означала, что они накапливали больше материала и, таким образом, становились больше, в конечном итоге опередив другие тела Солнечной системы с очень большим отрывом. Пояс астероидов, нарушенный гравитационным притяжением близлежащего Юпитера, и пояс Койпера, слишком широко разнесенный для того, чтобы составляющие его объекты могли собраться вместе до конца начального периода формирования, оба не смогли выиграть соревнование по аккреции.
Когда числа выигравших объектов сравниваются с числами проигравших, контраст поразителен; Если принять концепцию Сотера о том, что каждая планета занимает «орбитальную зону» [b] , то планета, наименее доминирующая на орбите, Марс, больше, чем весь другой собранный материал в ее орбитальной зоне, в 5100 раз. Церера, самый крупный объект в пояс астероидов составляет лишь одну треть материала на его орбите; Соотношение Плутона еще ниже, около 7 процентов. [62] Майк Браун утверждает, что эта огромная разница в орбитальном доминировании «не оставляет места для сомнений в том, какие объекты принадлежат, а какие нет». [63]
Несмотря на заявление МАС, ряд критиков по-прежнему не убежден. Некоторые считают это определение произвольным и запутанным. Ряд сторонников Плутона как планеты, в частности Алан Стерн , руководитель миссии НАСА « Новые горизонты» к Плутону , распространили среди астрономов петицию с просьбой изменить определение. Заявление Стерна состоит в том, что, поскольку за него проголосовало менее 5 процентов астрономов, это решение не было репрезентативным для всего астрономического сообщества. [53] [64] Однако даже если исключить это противоречие, в определении остается несколько неясностей.
Одним из основных спорных моментов является точное значение фразы «очистка окрестностей вокруг своей орбиты ». Алан Стерн возражает, что «невозможно и он умудрился провести разделительную линию между карликовыми планетами и планетами» [65] и что, поскольку ни Земля, Марс, Юпитер, ни Нептун не очистили полностью свои области от мусора, ни одна из них не может быть должным образом рассмотрена планеты по определению МАС . [с]
Майк Браун отвечает на эти утверждения, говоря, что большие планеты не только не очистили свои орбиты, но и полностью контролируют орбиты других тел в своей орбитальной зоне. Юпитер может сосуществовать с большим количеством мелких тел на своей орбите ( троянские астероиды ), но эти тела существуют на орбите Юпитера только потому, что находятся под влиянием огромной гравитации планеты. Точно так же Плутон может пересекать орбиту Нептуна, но Нептун давным-давно запер Плутон и сопутствующие ему объекты пояса Койпера, называемые плутино , в резонансе 3:2, то есть они вращаются вокруг Солнца дважды на каждые три орбиты Нептуна. Орбиты этих объектов полностью определяются гравитацией Нептуна, и, таким образом, Нептун является гравитационно доминирующим. [63]
В октябре 2015 года астроном Жан-Люк Марго из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе предложил показатель очистки орбитальной зоны, основанный на том, может ли объект очистить орбитальную зону протяженностью 2 √ 3 от его радиуса Хилла в определенном временном масштабе. Эта метрика проводит четкую разделительную линию между карликовыми планетами и планетами Солнечной системы. [66] Расчет основан на массе родительской звезды, массе тела и периоде обращения тела. Тело земной массы, вращающееся вокруг звезды солнечной массы, покидает свою орбиту на расстоянии до 400 астрономических единиц от звезды. Тело массы Марса на орбите Плутона покидает свою орбиту. Эта метрика, согласно которой Плутон остается карликовой планетой, применима как к Солнечной системе, так и к внесолнечным системам. [66]
Некоторые противники определения утверждают, что «расчистка квартала» — двусмысленное понятие. Марк Сайкс, директор Института планетологии в Тусоне, штат Аризона, и организатор петиции, выразил такое мнение Национальному общественному радио . Он считает, что это определение классифицирует планету не по составу или образованию, а, по сути, по ее местоположению. Он считает, что объект размером с Марс или более крупный за пределами орбиты Плутона не будет считаться планетой, поскольку, по его мнению, он не успеет покинуть свою орбиту. [67]
Однако Браун отмечает, что если отказаться от критерия «очистки окрестностей», число планет в Солнечной системе может возрасти с восьми до более чем 50 , и потенциально могут быть открыты еще сотни. [68]
Определение МАС требует, чтобы планеты были достаточно большими, чтобы их собственная гравитация могла привести их в состояние гидростатического равновесия ; это означает, что они приобретут круглую эллипсоидную форму. До определенной массы объект может иметь неправильную форму, но за пределами этой точки гравитация начинает притягивать объект к его собственному центру масс, пока объект не превратится в эллипсоид. (Ни один из крупных объектов Солнечной системы не является по-настоящему сферическим. Многие из них представляют собой сфероиды , а некоторые, такие как более крупные спутники Сатурна и карликовая планета Хаумеа , были дополнительно искажены в эллипсоиды быстрым вращением или приливными силами , но все же в гидростатическое равновесие. [69] )
Однако не существует точной точки, в которой можно сказать, что объект достиг гидростатического равновесия. Как заметил Сотер в своей статье, «как нам количественно оценить степень округлости, которая отличает планету? Доминирует ли гравитация над таким телом, если его форма отклоняется от сфероида на 10 процентов или на 1 процент? и некруглой формы, поэтому любая граница будет произвольным выбором». [62] Кроме того, точка, в которой масса объекта сжимает его в эллипсоид, варьируется в зависимости от химического состава объекта. Объекты, сделанные изо льда, [d] , такие как Энцелад и Миранда, принимают это состояние легче, чем объекты, сделанные из камня, такие как Веста и Паллада. [68] Тепловая энергия гравитационного коллапса , ударов , приливных сил, таких как орбитальные резонансы или радиоактивный распад , также влияет на то, будет ли объект эллипсоидным или нет; Ледяной спутник Сатурна Мимас имеет эллипсоидную форму (хотя он больше не находится в гидростатическом равновесии), но более крупный спутник Нептуна Протей , который имеет аналогичное строение, но более холодный из-за большего расстояния от Солнца, имеет неправильную форму. Кроме того, гораздо больший Япет имеет эллипсоидную форму, но не имеет размеров, ожидаемых для его нынешней скорости вращения, что указывает на то, что когда-то он находился в гидростатическом равновесии, но больше не находится в нем [70] , и то же самое верно и для земной луны. [71] [72] Даже Меркурий, повсеместно считающийся планетой, не находится в гидростатическом равновесии. [73] Таким образом, определение МАС не воспринимается буквально даже МАС, поскольку оно включает Меркурий как планету; его требование гидростатического равновесия на практике игнорируется в пользу требования округлости. [74]
Определение конкретно исключает спутники из категории карликовых планет, хотя и не дает прямого определения термину «спутник». [55] В первоначальном проекте предложения было сделано исключение для Плутона и его крупнейшего спутника Харона , у которых барицентр находится за пределами объема любого из тел. Первоначальное предложение классифицировало Плутон-Харон как двойную планету, где два объекта вращаются вокруг Солнца в тандеме. Однако в окончательном проекте было ясно, что, хотя они и схожи по относительному размеру, только Плутон в настоящее время будет классифицироваться как карликовая планета. [55]
Однако некоторые полагают, что Луна, тем не менее, заслуживает названия планеты. В 1975 году Айзек Азимов отметил, что время обращения Луны по орбите соответствует орбите Земли вокруг Солнца: если смотреть на эклиптику сверху вниз , Луна на самом деле никогда не возвращается назад и, по сути, вращается вокруг Солнца по своей собственной орбите. верно. [75]
Кроме того, многие спутники, даже те, которые не вращаются непосредственно вокруг Солнца, часто имеют общие черты с настоящими планетами. В Солнечной системе есть 20 спутников, которые достаточно массивны, чтобы достичь гидростатического равновесия (так называемые спутники планетарной массы ); их можно было бы считать планетами, если учитывать только физические параметры. И спутник Юпитера Ганимед , и спутник Сатурна Титан больше Меркурия, а у Титана даже есть прочная атмосфера, более плотная, чем у Земли. Такие спутники, как Ио и Тритон, демонстрируют очевидную и продолжающуюся геологическую активность, а у Ганимеда есть магнитное поле . Подобно тому, как звезды , находящиеся на орбите вокруг других звезд, до сих пор называют звездами, некоторые астрономы утверждают, что объекты на орбитах вокруг планет, которые имеют все общие характеристики, также могут называться планетами. [76] [77] [78] Действительно, Майк Браун делает именно такое заявление в своем анализе проблемы, говоря: [63]
Трудно привести последовательный аргумент в пользу того, что ледяной шар длиной 400 км следует считать планетой, потому что он может иметь интересную геологию, в то время как спутник длиной 5000 км с массивной атмосферой, метановыми озерами и сильными штормами [Титан] не следует помещать в планету. та же категория, как бы вы ее ни называли.
Однако далее он говорит: «Для большинства людей рассмотрение круглых спутников (включая нашу Луну) как «планет» нарушает представление о том, что такое планеты». [63]
Алан Стерн утверждал, что местоположение не должно иметь значения и что при определении планеты следует принимать во внимание только геофизические атрибуты, и предлагает термин « планета -спутник» для спутников планетарной массы . [79]
Открытие с 1992 года внесолнечных планет или объектов размером с планету вокруг других звезд (5606 таких планет в 4136 планетных системах , включая 889 кратных планетных систем по состоянию на 1 февраля 2024 года) [80] неожиданно расширило дискуссию о природе планетности. пути. Многие из этих планет имеют значительные размеры, приближаясь к массе небольших звезд, в то время как многие недавно открытые коричневые карлики, наоборот, достаточно малы, чтобы их можно было считать планетами. [81] Материальная разница между звездой малой массы и большим газовым гигантом не очевидна; Помимо размера и относительной температуры, газовый гигант вроде Юпитера мало что отличает от его родительской звезды. Оба имеют схожий общий состав: водород и гелий , со следами более тяжелых элементов в их атмосферах . Общепринятое различие заключается в формации; Говорят, что звезды образовались «сверху вниз» из газов туманности, подвергшихся гравитационному коллапсу, и, таким образом, почти полностью состоят из водорода и гелия, в то время как планеты, как говорят, сформировались «снизу вверх». «, в результате аккреции пыли и газа на орбите вокруг молодой звезды и, таким образом, должна иметь ядра из силикатов или льда. [82] Пока неясно, обладают ли газовые гиганты такими ядрами, хотя миссия «Юнона» к Юпитеру могла бы решить эту проблему. Если действительно возможно, что газовый гигант мог сформироваться, как это происходит со звездой, тогда возникает вопрос, следует ли считать такой объект вращающейся вокруг звезды малой массы, а не планетой.
Традиционно определяющей характеристикой звездообразования была способность объекта синтезировать водород в своем ядре. Однако такие звезды, как коричневые карлики, всегда оспаривали это различие. Слишком маленькие, чтобы начать устойчивый синтез водорода-1, им был присвоен звездный статус за их способность синтезировать дейтерий . Однако из-за относительной редкости этого изотопа этот процесс длится лишь небольшую часть жизни звезды, и, следовательно, большинство коричневых карликов прекратили бы синтез задолго до их открытия. [83] Двойные звезды и другие многозвездные образования являются обычным явлением, и многие коричневые карлики вращаются вокруг других звезд. Следовательно, поскольку они не производят энергию посредством термоядерного синтеза, их можно назвать планетами. Действительно, астроном Адам Берроуз из Университета Аризоны утверждает, что «с теоретической точки зрения, какими бы разными ни были способы формирования, внесолнечные планеты-гиганты и коричневые карлики по сути одинаковы». [84] Берроуз также утверждает, что такие остатки звезд, как белые карлики, не следует считать звездами, [85] эта позиция будет означать, что вращающийся по орбите белый карлик , такой как Сириус B , может считаться планетой. Однако в настоящее время среди астрономов принято считать, что звездой следует считать любой объект, достаточно массивный, чтобы обладать способностью поддерживать термоядерный синтез в течение своей жизни, и который не является черной дырой. [86]
Путаница не заканчивается на коричневых карликах. Мария Роза Сапатеро Осорио и др. обнаружили множество объектов в молодых звездных скоплениях с массами ниже, чем требуется для поддержания любого вида термоядерного синтеза (в настоящее время подсчитано, что они составляют примерно 13 масс Юпитера). [87] Их называют « свободно плавающими планетами », поскольку современные теории формирования Солнечной системы предполагают, что планеты могут быть полностью выброшены из своих звездных систем , если их орбиты станут нестабильными. [88] Однако также возможно, что эти «свободно плавающие планеты» могли образоваться таким же образом, как и звезды. [89]
В 2003 году рабочая группа МАС опубликовала заявление [90] с целью выработки рабочего определения того, что представляет собой внесолнечную планету и что представляет собой коричневый карлик. На сегодняшний день это остается единственным руководством, предложенным МАС по этому вопросу. Комитет по определению планет 2006 года не пытался оспорить это или включить его в свое определение, заявив, что вопрос определения планеты уже трудно решить без рассмотрения внесолнечных планет. [91] Это рабочее определение было изменено Комиссией F2 МАС: Экзопланеты и Солнечная система в августе 2018 года. [92] Официальное рабочее определение экзопланеты теперь выглядит следующим образом:
- Объекты с истинными массами ниже предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия (в настоящее время рассчитанной как 13 масс Юпитера для объектов солнечной металличности), которые вращаются вокруг звезд, коричневых карликов или остатков звезд и имеют соотношение масс с центральным объектом ниже L4 / Нестабильность L5 ( центральная M/M < 2/(25+ √ 621 ) являются «планетами» (независимо от того, как они образовались).
- Минимальная масса/размер, необходимая для того, чтобы внесолнечный объект считался планетой, должна быть такой же, как и в нашей Солнечной системе.
МАС отметил, что можно ожидать, что это определение будет развиваться по мере совершенствования знаний.
Это определение делает местоположение, а не формирование или состав, определяющей характеристикой планетарности. Свободно плавающий объект с массой менее 13 масс Юпитера является «субкоричневым карликом», тогда как такой объект на орбите вокруг сливающейся звезды является планетой, даже если во всех других отношениях эти два объекта могут быть идентичны. Кроме того, в 2010 году статья, опубликованная Берроузом, Дэвидом С. Шпигелем и Джоном А. Милсомом, поставила под сомнение критерий массы 13 Юпитеров, показав, что коричневый карлик, металличность которого в три раза превышает солнечную, может синтезировать дейтерий при температуре всего 11 Юпитеров. массы. [93]
Кроме того, обрезание массы Юпитера 13 не имеет точного физического значения. Синтез дейтерия может происходить в некоторых объектах с массой ниже этой границы. Количество слитого дейтерия в некоторой степени зависит от состава объекта. [93] По состоянию на 2011 год в Энциклопедию внесолнечных планет были включены объекты массой до 25 Юпитера, в которых говорилось: «Тот факт, что в наблюдаемом спектре масс нет никаких особенностей около 13 M Юпитера , усиливает решение забыть об этом пределе массы». [94] С 2016 года этот предел был увеличен до 60 масс Юпитера [95] на основе исследования отношений массы и плотности. [96] Exoplanet Data Explorer включает объекты массой до 24 Юпитера с предупреждением: «Различие в 13 масс Юпитера, проведенное Рабочей группой МАС, физически немотивировано для планет со скалистым ядром и проблематично для наблюдений из-за греховной двусмысленности ». [97] Архив экзопланет НАСА включает объекты с массой (или минимальной массой), равной или меньшей 30 масс Юпитера. [98]
Другим критерием разделения планет и коричневых карликов, а не горением дейтерия, процессом образования или местоположением, является то, преобладает ли давление в ядре кулоновского давления или давления электронного вырождения . [99] [100]
Одно исследование предполагает, что объекты на высоте выше 10 M Jup сформировались в результате гравитационной нестабильности, а не в результате аккреции ядра, и поэтому их не следует рассматривать как планеты. [101]
Исследование 2016 года не показывает заметной разницы между газовыми гигантами и коричневыми карликами в тенденциях массы и радиуса: от примерно одной массы Сатурна до примерно 0,080 ± 0,008 M ☉ (начало горения водорода), радиус остается примерно постоянным по мере увеличения массы, и никаких очевидных разница возникает при прохождении 13 М Дж . По этому показателю коричневые карлики больше похожи на планеты, чем на звезды. [102]
Двусмысленность, присущая определению МАС, была подчеркнута в декабре 2005 года, когда космический телескоп Спитцер наблюдал Cha 110913-773444 (вверху), всего в восемь раз превышающий массу Юпитера и, по-видимому, являющийся зачатком его собственной планетной системы . Если бы этот объект был обнаружен на орбите вокруг другой звезды, его бы назвали планетой. [103]
В сентябре 2006 года космический телескоп «Хаббл» сделал изображение CHXR 73 b (слева), объекта, вращающегося вокруг молодой звезды-компаньона на расстоянии примерно 200 а.е. Имея массу 12 юпитерианских масс, CHXR 73 b находится чуть ниже порога синтеза дейтерия и, следовательно, технически является планетой; однако его огромное расстояние от родительской звезды предполагает, что он не мог образоваться внутри протопланетного диска маленькой звезды и, следовательно, должен был образоваться, как и звезды, в результате гравитационного коллапса. [104]
В 2012 году Филипп Делорм из Института планетологии и астрофизики Гренобля во Франции объявил об открытии CFBDSIR 2149-0403 ; независимо движущийся объект массой 4–7 Юпитера, который, вероятно, является частью движущейся группы AB Doradus , менее чем в 100 световых годах от Земли. Хотя он разделяет свой спектр с коричневым карликом спектрального класса Т , Делорм предполагает, что это может быть планета. [105]
В октябре 2013 года астрономы под руководством доктора Майкла Лю из Гавайского университета обнаружили PSO J318.5-22 , одиночный свободно плавающий L-карлик , масса которого, по оценкам, всего в 6,5 раз превышает массу Юпитера, что делает его наименее массивным субкоричневым карликом. карлик еще не обнаружен. [106]
В 2019 году астрономы обсерватории Калар-Альто в Испании идентифицировали GJ3512b, газовый гигант примерно в половину массы Юпитера, вращающийся вокруг красного карлика GJ3512 за 204 дня. Очень маловероятно, что такой большой газовый гигант вокруг такой маленькой звезды на такой широкой орбите образовался в результате аккреции, а, скорее всего, образовался в результате фрагментации диска, как у звезды. [107]
Наконец, с чисто лингвистической точки зрения, существует дихотомия, созданная МАС между «планетой» и «карликовой планетой». Термин «карликовая планета», возможно, состоит из двух слов: существительного (планета) и прилагательного (карлик). Таким образом, этот термин может означать, что карликовая планета — это тип планеты, хотя МАС явно определяет карликовую планету как нечто иное. Таким образом, согласно этой формулировке, «карликовая планета» и « малая планета » лучше всего считаются составными существительными . Бенджамин Циммер из Language Log подытожил путаницу: «Тот факт, что МАС хотел бы, чтобы мы думали о карликовых планетах как об отличии от «настоящих» планет, объединяет лексический элемент «карликовая планета» с такими странностями, как « валлийский кролик » (на самом деле это не совсем так). кролик) и « устрицы Скалистых гор » (не совсем устрицы)». [108] Как отметил в интервью Национальному общественному радио Дава Собел , историк и научно-популярный писатель, участвовавший в первоначальном решении МАС в октябре 2006 года : «Карликовая планета — это не планета, и в астрономии существуют звезды-карлики». , которые являются звездами, и карликовые галактики, которые являются галактиками, так что этот термин никто не может любить, карликовая планета». [109] Майк Браун отметил в интервью Смитсоновскому институту, что «большинство людей в динамическом лагере на самом деле не хотели слова «карликовая планета», но это было навязано лагерем сторонников Плутона. Итак, вы остались с этим нелепым багажом карликовых планет, которые не являются планетами». [110]
Напротив, астроном Роберт Камминг из Стокгольмской обсерватории отмечает, что «название «малая планета» [было] более или менее синонимом слова «астероид» в течение очень долгого времени. Поэтому мне кажется довольно безумным жаловаться на какую-либо двусмысленность или существует риск путаницы с введением термина «карликовая планета». [108]
{{cite book}}
: |work=
игнорируется ( помощь )Вторичная планета Гершель.