Як шукають таємничу Дев'яту планету Сонячної системи

  • Зарія Горветт
  • BBC Future
Дев'ята планета

Автор фото, ESA/Hubble, M. Kornmesser

Дивні речі відбуваються на околицях нашої Сонячної системи. Космічний об'єкт, маса якого у десять разів більша за Землю, притягує до себе інші космічні тіла. Що це - планета або щось інше?

Персіваль Ловелл помилявся багато разів.

Автор подорожніх нарисів і підприємець XIX століття - казково багатий, у незмінному костюмі-трійці з елегантними вусами - якось прочитав книгу про Марс і вирішив стати астрономом. Протягом найближчих десятиліть він висунув низку неймовірних гіпотез.

Він був переконаний в існуванні марсіан і думав, що знайшов їх. Дивні лінії, які помітили на Марсі інші астрономи, він вважав каналами, побудованими цивілізацією, яка у відчайдушній спробі вижити намагається отримати воду з полярних крижаних шапок.

На свої статки він збудував обсерваторію, щоб роздивитися їх краще. Виявилося, що це - оптична ілюзія, яку створюють гори і кратери Марса, якщо дивитися на них крізь низькоякісні телескопи.

Ловелл також вважав, що Венера оточена тонкими шпилями, які виходять з центру планети. Тепер припускають, що то були тіні на склі телескопу від його власної райдужки.

Але найбільше Ловелл мріяв виявити дев'яту планету у нашій Сонячній системі - гіпотетичну "планету Х", яку тоді вважали відповідальною за неправильні орбіти найвіддаленіших від Сонця планет - Урана і Нептуна.

Пошуки фантомного космічного велетня зайняли останні роки його життя - і після кількох нервових зривів він помер у віці 61 року.

Ловелл не знав, що й у 2021 році пошуки загадкової планети ще триватимуть.

Хибний слід

На продовження справи свого життя Ловелл залишив у заповіті мільйон доларів. І після нетривалої судової баталії з його вдовою Констанцією Ловелл, його обсерваторія продовжила пошуки.

Через 14 років, 18 лютого 1930 року, розглядаючи два знімки зоряного неба, молодий астроном помітив невеличку пляму. Це був крихітний світ. Він знайшов Плутон, який деякий час і вважали невловною планетою X.

Автор фото, NASA/ Johns Hopkins University /Southwest Research

Підпис до фото,

У 2006 році Плутон понизили до статусу карликової планети, відтоді Сонячна система складається з восьми планет

На жаль, це була не вона. Плутон був надто малим, щоб зрушити Нептун та Уран зі своїх "законних" орбіт.

Остаточного удару по планеті Х завдав у 1989 році космічний корабель Voyager 2, який проходячи повз Нептуна виявив, що він у рази легший, ніж припускали.

Пропустити подкаст і продовжити
подкаст
Що це було

Головна історія тижня, яку пояснюють наші журналісти

Випуски

Кінець подкаст

Це означало, що "дивні" орбіти цих двох планет були абсолютно нормальними. Ловелл розпочав пошуки, потреби в яких не було.

Водночас із тим Voyager 2 заклав основу для іншої концепції прихованої планети.

Місія зробила ще одне видатне відкриття - існування пояса Койпера. Цей космічний бублик із заморожених об'єктів, що виходить за межі орбіти Нептуна, є одним з найбільших утворень у нашій Сонячній системі.

Він містить сотні тисяч об'єктів, кожен з яких понад 100 км в діаметрі, а також до трильйона комет.

Незабаром вчені зрозуміли, що Плутон навряд чи є єдиним великим об'єктом на краю Сонячної системи - і почали сумніватися, чи можна його взагалі вважати планетою.

Потім вони виявили "Седну" (приблизно на 40% меншу за Плутона), "Кваоар" (приблизно вдвічі менше Плутона) і "Ериду" (майже такого ж розміру, як Плутон). Стало ясно, що потрібно нове визначення.

У 2006 році Міжнародний астрономічний союз проголосував за пониження статусу Плутона, як і нових знахідок, до "карликових планет".

Професор планетарної астрономії з Каліфорнійського технологічного інституту Майк Браун, який керував командою дослідників, назвав себе "людиною, яка вбила Плутон".

Дев'ятої планети більше не існувало знов.

Примарний слід

Водночас відкриття цих об'єктів виявило важливий новий слід у пошуку прихованої планети.

Виявляється, Седна рухається не так, як всі очікували. Її орбіта є такою звивистою, що останнього разу на своєму теперішньому місці вона була 11 тисяч років тому, коли люди тільки винайшли сільське господарство.

Автор фото, Alamy

Підпис до фото,

Персіваль Ловелл побудував обсерваторію у Флагстаффі в штаті Аризона, щоб знайти марсіан. Але зрештою за допомогою неї виявили Плутон

Схоже, що щось тягне Седну геть з її орбіти.

У 2016 році Майк Браун, який вбив Плутон, разом зі своїм колегою Костянтином Батигіном з інституту Caltech, висунув теорію про існування масивної планети у п'ять-десять разів більшої за Землю.

Вони помітили, що якась сила тягне не лише Седну, а й ще кілька планет, і тягне їх всіх в одному напрямку.

Вчені підрахували, що імовірність випадкового тяжіння всіх шести об'єктів в одному напрямку дорівнює 0,007%.

Натомість вони припустили, що Дев'ята планета залишила свій примарний слід у зовнішній частині Сонячної системи. Вона спотворює орбіти навколишніх об'єктів своїм гравітаційним полем.

Число космічних об'єктів, які відповідають дивному орбітальному малюнку та нахилу, продовжує зростати. "Тепер ми маємо 19 таких космічних тіл", - зазначає Батигін.

Хоча гіпотетичну планету ще ніхто не бачив, дещо вчені вже припускають про неї. Як і у інших небесних тіл за поясом Койпера, орбіта Дев'ятої планети така спотворена, що її найдальша точка буде вдвічі перевищувати найближчу.

Відстань від Сонця до найдальшої точки її орбіти - у 600 разів більша, ніж відстань від Сонця до Землі, а до найближчої точки - у 300 разів.

Вчені також вважають, що вона має тверде ядро і вкрита кригою, як Уран або Нептун.

Інше питання - звідки з'явилася Дев'ята планета.

Згідно з першою гіпотезою, вона утворилася на тому місці, де тепер і розташована. Однак Батигін вважає цю теорію малоймовірною, тому що для цього потрібно, щоб на початку свого існування Сонячна система вже простягалась до цієї віддаленої ділянки.

Можна також припустити, що Дев'ята планета є інопланетним самозванцем, якого Сонце "вкрало" в іншої зірки.

Автор фото, Nasa / JPL

Підпис до фото,

Наразі Нептун - найвіддаленіша відома планета нашої Сонячної системи, але за поясом Койпера може ховатися ще одна

На думку Батигіна, найбільш імовірний сценарій є таким. Планета сформувалася набагато ближче до Сонця, коли Сонячна система лише починала формуватися з навколишнього газу та пилу.

"А потім її разом із собою утягнула гігантська планета, Юпітер або Сатурн, а згодом її орбіту змінили зірки, які проходили повз", - пояснює вчений.

Добре сховалася

Звичайно, все це породжує очевидне запитання - якщо Дев'ята планета справді існує, чому її досі ніхто не бачив.

Річ у тім, що астрономи зазвичай шукають цілий клас об'єктів на досить широкому просторі. Але полювання на один конкретний об'єкт, розташований на крихітній ділянці неба - це геть інша справа.

"Наразі єдиний телескоп, здатний роздивитися Дев'яту планету, це телескоп Subaru", - пояснює Батигін. Це - 8,2-метровий гігант, розташований на вершині сплячого вулкана Маунакеа на Гаваях, здатний вловлювати навіть слабке світло далеких небесних тіл.

Це ідеально, оскільки таємнича планета розташована так далеко, навряд чи вона буде відбивати багато сонячного світла.

"Отже, у нас є лише одна машина, яка може нам допомогти, і ми отримуємо доступ до неї протягом трьох ночей на рік", - каже Батигін.

"Хороша новина полягає в тому, що у найближчі роки з'явиться телескоп Vera Rubin (його наразі будують у Чилі), який систематично скануватиме небо кожні кілька ночей.

Загадкова альтернатива

Утім, можливо, планету взагалі ніколи не виявлять, тому що це може бути зовсім і не планета, а, приміром, чорна діра.

Автор фото, Alamy

Підпис до фото,

Шукаючи Дев'яту планету, телескоп Subaru на Гаваях вже помітив найвіддаленіший відомий об'єкт у нашій Сонячній системі, який отримав прізвисько Farfarout

"Усі докази існування цього об'єкта є гравітаційними", - каже Джеймс Анвін, професор фізики з Університету Іллінойсу в Чикаго. Однак потужне гравітаційне поле створюють не лише планети, зауважує вчений.

Альтернативою Дев'ятої планети може бути невелика кулька ультраконцентрованої темної речовини або первісна чорна діра.

Чорні діри є одними з найбільш щільних об'єктів у Всесвіті. А тому, на думку Анвіна, вони цілком здатні викривляти орбіти віддалених об'єктів у зовнішній Сонячній системі.

Первісні чорні діри набагато менш вивчені, ніж звичайні. Їх ніколи не спостерігали, але, як вважають, вони виникли у гарячому мареві енергії та матерії, яке утворилося у першу секунду після Великого вибуху.

У цьому нерівномірному середовищі деякі частини Всесвіту могли стати такими щільними, що стиснулися у крихітні кишені з масою планети.

Автор фото, Nasa / JPL-Caltech

Підпис до фото,

Карликова планета Седна має незвичну орбіту, яка може пояснюватися гравітаційним тяжінням масивної невідомої планети

Чи варто нам хвилюватися? І чи може відкриття чорної діри бути навіть більш захопливим, ніж відкриття невідомої планети?

По-перше, чорні діри не можливо побачити за допомогою жодного телескопа, який існує наразі, адже вони такі щільні, що абсолютно не пропускають світло. Єдиною підказкою про існування чорної діри, якщо дивитися прямо на неї, може бути крихітна щілина у ковдрі зірок на нічному небі.

Схоже, це цілком відповідає умовам нашого завдання. Маса такої чорної діри могла би бути такою ж, як й у гіпотетичної Дев'ятої планети - у 10 разів більше земної. Але розмір її не перебільшував би звичайний апельсин.

Щоб знайти апельсин у Сонячній системі, потрібна неабияка винахідливість.

Поки що вчені пропонують шукати гамма-промені, які випромінюють об'єкти, потрапляючи у чорні діри. Інша ідея полягає у запуску сотні крихітних космічних зондів. Якщо пощастить, вони могли б пройти досить близько до чорної діри, а її тяжіння спричинило б помітне прискорення їхнього руху.

Запустити такі зонди у найдальші частини Сонячної системи можна було б за допомогою системи лазерів. Вони розігнали б їх до швидкості у 20% від швидкості світла. Менша швидкість означала б, що експеримент розтягнувся б на сотні років.

Зрештою, такі космічні кораблі майбутнього вже розробляють для іншого амбітного проєкту - Breakthrough Starshot. Його мета запустити кораблі до зоряної системи Альфа Центавра, яка розташована за 4,37 світлового року від нас.

Утім, навіть якби ми виявили на краю Сонячної системи чорну діру, а не планету, на думку Анвіна, приводу для паніки немає.

"У центрі нашої галактики існує надмасивна чорна діра, - пояснює вчений. - Але вона не загрожує нашій Сонячній системі, тому що остання перебуває на стабільній орбіті навколо діри".

Отже, хоча первісна чорна діра й всмоктує у себе все, що трапляється їй на шляху, Земля та інші планети Сонячної системи ніколи не наблизилися би до неї.

Автор фото, Alamy

Підпис до фото,

У 2019 році телескоп Event Horizon (EHT) зафіксував зображення тіні надмасивної чорної діри у центрі галактики Мессьє 87

Хоча чорні діри зоряної маси та первісні чорні діри однакові по суті, останні невідомі вченим - їх ще ніколи не виявляли.

Різниця у масштабах може спричинювати досить химерні явища.

"Процеси у маленьких чорних дірах є цікавішими за те, що відбувається у великих чорних дірах", - зазначає Якуб Шольц, дослідник з Університету Туріна. Він також є прихильником ідеї, що таємничу гравітацію на краю Сонячної системи спричинює чорна діра, а не планета.

Одним із прикладів таких дивних явищ є процес із влучною назвою "спагетіфікація". Уявімо, що астронавт підійшов надто близько до горизонту подій чорної діри - точки, з якої немає повернення і за яку не проникає світло, - та впав головою вниз у неї.

Різниця у гравітаційних силах, які діють на його голову і ноги була б такою великою, що тіло астронавта розтягнуло б, як спагеті.

Що менше діра, то сильнішим був би цей ефект. Йдеться про відносні відстані, пояснює Шольц.

Якщо ваш зріст приблизно два метри і ви падаєте через горизонт подій, розташований у метрі від центру первісної чорної діри, різниця між розташуванням вашої голови і ніг є більшою відносно розміру чорної діри.

Це означає, що вас розтягне набагато більше, ніж якби ви потрапили у велику чорну діру, довжина якої становить мільйон кілометрів.

Вчені вже бачили спагетіфікацію за допомогою телескопа, коли зірка наблизилася до великої чорної діри, розташованої у 215 мільйонах світлових років від Землі, і була розірвана (жоден астронавт не постраждав).

Але якщо в нашій Сонячній системі є первісна чорна діра, астрофізики могли б вивчати її поведінку зблизька.

Поки Анвін і Шольц шукають первісну чорну діру для експериментів з нею, Батигін так само мріє про відкриття гігантської планети. Вчений посилається на той факт, що планети з масою гіпотетичної Дев'ятої планети є найпоширенішими у галактиці.

"Більшість екзопланет, які обертаються навколо зірок, мають цей дивний діапазон розміру: вони більші за Землю, але помітно менші за Нептун і Уран", - каже дослідник.

Якщо вчені все ж таки виявлять таємничу планету, вони зроблять величезний крок до розуміння цих поширених у галактиці небесних тіл.

Час покаже, чи стануть останні пошуки успішнішими за спроби Ловелла. Але Батигін впевнений, що місії дослідників - різні. "Усі гіпотези є дуже різними як з точки зору даних, які вони намагаються пояснити, так і з точки зору методів пояснення", - додає вчений.

У будь-якому випадку, пошук легендарної Дев'ятої планети вже допоміг розширити наше розуміння Сонячної системи. Хто знає, що ще нам вдасться виявити, доки полювання на планету не завершиться.

Прочитати оригінал цієї статті англійською мовою ви можете на сайті BBC Future.

Хочете поділитися з нами своїми життєвими історіями? Напишіть про себе на адресу questions.ukrainian@bbc.co.uk, і наші журналісти з вами зв'яжуться.

Хочете отримувати головне в месенджер? Підписуйтеся на наш Telegram або Viber!

--