Элизабет Таскер - Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Объяснение вытянутых орбит карликовых миров толчком, произведенным звездой или молодым Нептуном, кажется вполне убедительным. Но есть и третий вариант: а что, если в Солнечной системе существует еще одна планета?

Идея о том, что планет в Солнечной системе на самом деле больше, имеет давнюю историю. В 1820 г. французский астроном Алексис Бувар заметил, что его расчеты местоположения Урана не соответствовали результатам наблюдений. Планета была не там, где ей следовало находиться. Чтобы объяснить такое расхождение, Бувар предположил, что на движение Урана влияет другой массивный объект. Им оказалась планета Нептун. Первыми наблюдать ее довелось астрономам из Берлинской обсерватории в 1846 году. Координаты Нептуна точно совпали с теми, что были получены при оценке отклонения Урана от расчетного положения.

Почти столетие спустя, благодаря не столько расчетам, сколько счастливому стечению обстоятельств, был открыт Плутон. В начале 1900-х гг. богатый американский бизнесмен и астроном Персиваль Лоуэлл произвел вычисления, которые показали, что на орбиты Урана и Нептуна также оказывает влияние другое тело. Хотя сам Лоуэлл найти недостающий объект так и не смог, вероятный кандидат все-таки был обнаружен сотрудниками основанной им обсерватории.

Сделал это Клайд Томбо — сельский паренек из Канзаса, своими руками смастеривший несколько телескопов на семейной ферме. Один из этих самодельных аппаратов Томбо прозвал «газоноскопом», так как для большей мобильности он установил его на газонокосилку. В 1928 г. на основе проведенных им наблюдений он сделал подробные рисунки Марса и Юпитера и отправил их в Лоуэлловскую обсерваторию в Аризоне. Рисунки получили высокую оценку специалистов, и Томбо получил приглашение на работу. Так он присоединился к начатым Персивалем Лоуэллом поискам «планеты Х».

Через два года Томбо обнаружил Плутон. Он решил, что это и есть предполагаемая девятая планета, та недостающая сила, которая нарушает покой Урана и Нептуна. Однако, когда в 1978 г. была вычислена масса Плутона, оказалось, что он слишком мал, чтобы оказывать столь значительное воздействие на орбиты своих соседей-гигантов. По-настоящему проблема была решена только в 1989 г., когда космический зонд NASA «Вояджер-2» добрался до Нептуна и обнаружил, что его реальная масса на 0,5% меньше расчетной. Таким образом, не укладывавшиеся в общую картину расчеты орбит утратили свое значение. Прошло еще 20 лет, и претендовавший на звание девятой планеты Плутон был разжалован в карликовые планеты: все-таки его влияние на окружающее пространство совсем невелико.

А может быть, Лоуэлл все-таки был прав? Может быть, загадочная «планета Х» действительно существовала в Солнечной системе, и именно ее влиянию обязаны планеты-карлики своими вытянутыми орбитами? Такая планета должна быть достаточно массивной, чтобы заставить Седну и 2012 VP 113перейти на эллиптические орбиты, и при этом находиться на таком большом расстоянии, чтобы ее было трудно наблюдать с Земли.

Как понять, есть в Солнечной системе скрытая планета или нет? Например, мы можем определить расположение центра масс Солнечной системы. Как уже упоминалось ранее, центр масс двух обращающихся тел — это точка, в которой их силы гравитационного притяжения уравновешивают друг друга. Ее можно сравнить с точкой равновесия удерживаемого на пальце карандаша с ластиками разного размера на концах. Оба тела обращаются вокруг общего центра масс, который находится ближе к более массивному телу.

Когда в системе несколько тел, центр масс находится там, где силы их взаимного притяжения уравновешивают друг друга. Вместо удерживаемого на пальце карандаша мы должны теперь представить себе тарелку, наполненную тяжелыми стеклянными шариками. Очевидно, что центр масс Солнечной системы располагается очень близко к Солнцу. Его точное местоположение определяется положением планет, поэтому он смещается вслед за их перемещениями. Если в Солнечной системе есть планета, о которой мы не знаем, то расчетный центр масс не должен совпадать с фактическим, ведь на нашей тарелке будет лежать еще один, не учтенный в расчетах шарик.

Выявить такую ошибку можно с помощью пульсаров. При обращении Земли вокруг центра масс Солнечной системы ее положение относительно пульсаров изменяется. Таким образом, время прихода испускаемых пульсаром периодических импульсов в разных точках орбиты Земли должно слегка различаться. В данном случае расстояние до пульсара по сравнению с общей его величиной изменяется совсем незначительно, но благодаря исключительной точности интервала между вспышками сигналов даже такое маленькое отклонение поддается оценке. Поэтому, чтобы точно измерить частоту поступления сигналов пульсара, астрономам приходится учитывать движение Земли. Если бы вычисленные координаты центра масс Солнечной системы были ошибочными, фактическое расстояние между Землей и пульсаром было бы несколько искажено, а интервалы между сигналами пульсара носили нерегулярный характер.