Deze maand werd nieuw bewijs gepresenteerd voor het bestaan van een hemellichaam, voorspeld in 2016 door Konstantin Batygin en Michael Brown. "Attic" vertelt in het kort over het laatste nieuws over het ras van astronomen voor het recht om hun naam in te schrijven in de eeuwenoude geschiedenis van de inventaris van ons planetaire systeem.
"Er zijn acht planeten in het zonnestelsel" - deze bewering is over een paar jaar misschien niet meer waar. Astronomen krijgen steeds meer indirect bewijs voor het bestaan van een negende planeet ver buiten de baan van Neptunus.
De hypothese van het bestaan van een andere planeet in het zonnestelsel is herhaaldelijk voorgesteld sinds de ontdekking van Uranus in 1781. In 1846 werd Neptunus ontdekt en in 1930 werd de aanwezigheid van Pluto (in de status van een planeet tot 2006, nu een dwergplaneet) bevestigd, en beide keren identificeerden wetenschappers een hemellichaam door zijn effect op de banen van reeds bekende planeten. De hele daaropvolgende tijd werd er vrij actief gezocht naar verschillende soorten anomalieën in de beweging van planeten en asteroïden, maar tegen het einde van de 20e eeuw nam de belangstelling voor de "X-planeet" af.
In de jaren negentig werd het model van het zonnestelsel aangevuld met de Kuipergordel, gekoppeld aan een verspreide schijf buiten de baan van Neptunus. Aardse planeten, de asteroïdengordel, gasreuzen, de Kuipergordel en mogelijk de nog uitgebreider en vager Oortwolk - in dit model was, zoals velen begonnen te geloven, geen plaats voor andere planeten.
Dichtbij en onzichtbaar
In 2016 brachten de Amerikaanse astronomen Konstantin Batygin en Michael Brown de hypothese naar voren dat er nog een negende planeet achter de Kuipergordel zit. Hun hypothese was gebaseerd op de analyse van verschillende bijzonder verre banen van objecten in de Kuipergordel, zoals Sedna bijvoorbeeld, die om de een of andere reden in hetzelfde vlak en in één richting door de lucht bewegen. Na vele maanden van modellering en het controleren van de gegevens met de werkelijke gegevens, zijn astronomen zelfs voor zichzelf tot een verrassende conclusie gekomen: heel ver voorbij Neptunus is er nog een hemellichaam met een massa van ongeveer tien aardes dat niet dichterbij de zon komt dan 280 astronomische eenheden. En het is dit dat de banen van deze "vreemde" Kuipergordellichamen uitrekt en recht maakt.
Diagram met de baan van planeet Negen (oranje) en de banen van enkele van de bekende trans-Neptuniaanse objecten (roze). Illustratie: MagentaGreen / Wikimedia.
Promotie video:
In hun artikel merkten Batygin en Brown op dat het vinden van de negende planeet niet de gemakkelijkste taak zou zijn. Vanwege de grote afstand tot dit hypothetische object, moet het zo zwak zijn dat het alleen door een telescoop kan worden gezien met een spiegeldiameter van enkele meters - dit komt overeen met het niveau van een fatsoenlijk observatorium, dat in de regel is geladen met andere taken. De zoektocht naar een reuzenplaneet in de buitenwijken van het zonnestelsel blijkt technisch moeilijker dan het detecteren van exoplaneten op vele tientallen lichtjaren van de aarde, maar naast directe waarnemingen hebben wetenschappers ook indirecte methoden.
Een daarvan is de zoektocht naar nieuwe trans-Neptuniaanse objecten en de vergelijking van hun banen met de voorspellingen van het Batygin-Brown-model. Astronomen beweren dat de zwaartekracht van de negende planeet niet alleen enkele Kuipergordellichamen op een lange reis rond de zon stuurt, maar ook leidt tot ongewoon grote inclinaties van de banen van een aantal andere objecten. Soms zodat ze loodrecht op de ecliptica van de rest van de planeten van ons systeem beginnen te roteren.
Het BP519-object uit 2015, ook bekend als "Cashew", beschreven in een recent gepubliceerd artikel van een internationale groep astronomen, past bijvoorbeeld gewoon in het Batygin-Brown-model. Het heeft een zeer hoge orbitale inclinatie, waardoor we nog niet met vertrouwen kunnen zeggen dat de negende planeet echt bestaat. De auteurs van deze ontdekking schrijven zorgvuldig over 'het toevoegen van indirect bewijs ten gunste van een nieuwe planeet', en Batygin en Brown presenteerden kort daarvoor een aantal verfijningen van de eerder gestelde hypothese: nieuwe modellering van verschillende scenario's voor de evolutie van de Kuipergordel toonde aan dat de invloed van de negende planeet leidt tot het verschijnen van veel trans-Neptuniaanse objecten met zeer langwerpige banen - en dit komt goed overeen met waarnemingen.
Nog een diagram van de banen van de negende planeet (groene cirkel met het label P9) en veel van de extreem langwerpige banen van trans-Neptuniaanse objecten. De langwerpige blauwe cirkel - Cashew baan. Elk vierkant op de achtergrond - 100 astronomische eenheden. Afbeelding: Tomruen / wikimedia commons.
Volgens Konstantin Batygin "is het nieuw ontdekte object, 2015 BP519, precies waar het theoretische model van de negende planeet het voorspelt." In een commentaar aan Attic merkte hij op dat "dit een fantastische bevestiging is van het beeld dat we verwachtten te zien op basis van numerieke modellen", maar het is nog te vroeg om te praten over de uiteindelijke ontdekking van een nieuwe planeet. De lijst met bewijzen van het bestaan ervan groeit letterlijk voor onze ogen, maar slechts een paar foto's met een bewegend object erop kunnen een einde maken aan dit probleem. Batygin en Brown hebben al observatietijd verkregen met de Subaru grote telescoop op de grond, die volgens Batygin een van de beste instrumenten is om de negende planeet te vinden. Daarnaast worden pogingen gedaan om afbeeldingen van de WISE-ruimtetelescoop te gebruiken,en sinds 2017 werkt het Backyard Worlds: Planet 9-project, waar iedereen kan proberen dit hemellichaam op de foto's te vinden, dus het zal niet lang wachten.
Dus?
De relatieve afwezigheid van constante botsingen van de aarde met asteroïden in de afgelopen miljarden jaren kan worden toegeschreven aan de gasreuzen. Ze gingen in hun huidige banen en 'reinigden' onze sector van het planetaire systeem van verschillende kleine (volgens astronomische criteria) puin. Maar als Jupiter of zelfs Neptunus de aarde echt heeft beïnvloed door in ieder geval de reguliere planetaire rampen uit de weg te ruimen, hoe zit het dan met een lichaam dat tien keer verder weg ligt?
De Russische astronoom Vladimir Surdin merkte in zijn commentaar op Attic op dat de ontdekking van elke nieuwe planeet ons begrip van het lot van het zonnestelsel beïnvloedt, dat tot op de dag van vandaag vaag blijft. "In feite begint het onderzoek nog maar", zei de wetenschapper, en hij voegde eraan toe dat "aan de rand van het zonnestelsel, in de duisternis, God weet wat." Die lichamen die honderden catalogi van astronomen aanvullen, worden op relatief kleine afstand van de zon gevonden, maar zelfs een gigantische planeet achter de Kuipergordel heeft alle kans om zich heel lang voor waarnemers te verbergen en zichzelf alleen weg te geven door indirecte gravitatie-effecten.
Regeling: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Uiterlijk zou de negende planeet, als deze bestaat, vergelijkbaar moeten zijn met de twee gasreuzen die het verst van de zon verwijderd zijn. "Een planeet met een superaarde massa zou vergelijkbaar zijn met Uranus en Neptunus, maar zelfs kouder", zegt Surdin. Deze twee hemellichamen worden soms "ijsreuzen" genoemd vanwege de veronderstelde aanwezigheid van een rotsachtige ijskern zonder de laag metallische waterstof die verwacht wordt van Jupiter en Saturnus. Slechts één ruimtevaartuig, Voyager 2, heeft Uranus en Neptunus echter bezocht in de hele geschiedenis van de mensheid, dus wetenschappers hebben minder observatiegegevens dan ze zouden willen.
De negende planeet, zelfs in het perihelium, zal praktisch onbereikbaar zijn voor onderzoekssondes met raketmotoren. Reizigers trokken weg van de zon op 117 en 140 AU. - ondanks het feit dat ze in 1977 werden gelanceerd. Vliegen zelfs tot een punt van 200 AU. het duurt minstens een halve eeuw van onze ster af, en om deze periode tot een aantal redelijke limieten terug te brengen, zijn natuurlijk fundamenteel nieuwe technologieën nodig, zoals een zonnezeil. Zelfs de combinatie van een kernreactor met ionenmotoren in een configuratie die ongeveer doet denken aan de Russische kerncentrale van megawattklasse, zal het niet mogelijk maken om het doel te bereiken in minder dan een decennium. En wanneer de planeet zich in een aphelium bevindt, neemt deze tijd aanzienlijk toe.
Uranus en Neptunus, NASA-afbeeldingen. Zoals je kunt zien, zien de ijsreuzen er heel anders uit: een klein mengsel van methaan (ongeveer 1%) maakt Neptunus bijvoorbeeld veel blauwer.
Directe detectie van de negende planeet zal de juistheid van Batygin en Brown bevestigen, zal het mogelijk maken om de geschiedenis van het zonnestelsel te verduidelijken, maar dit hemellichaam zelf zal, zelfs met de introductie van een nieuwe generatie telescopen, nauwelijks meer dan een stip op foto's blijven. De negende planeet "in de achtertuin" van het zonnestelsel is paradoxaal genoeg moeilijker te bestuderen dan alle hete Jupiters in de buurt van andere sterren, maar het zal een beter begrip geven van het gedrag van die objecten die al lang bekend zijn.
Van papier tot computers
Neptunus was de eerste planeet die werd ontdekt "op het puntje van een veer" - gebaseerd op berekeningen en analyse van de beweging van Uranus, die met een variabele snelheid bewoog als gevolg van externe aantrekkingskracht. Hoe groter de afstand tussen hemellichamen en hoe groter het aantal van deze hemellichamen, hoe moeilijker het is om hun traject te berekenen. Natuurkundigen en wiskundigen weten dat het probleem van het roteren van twee lichamen rond een gemeenschappelijk massamiddelpunt relatief eenvoudig op te lossen is en heeft een antwoord in de vorm van een vergelijking met een exacte beschrijving van de baan, maar een combinatie van drie lichamen is veel moeilijker te berekenen. In het bijzonder heeft een systeem van drie of meer lichamen geen analytische oplossing, dat wil zeggen dat het onmogelijk is om een formule te verkrijgen die hun beweging over een willekeurig lange tijd beschrijft.
De evolutie van het zonnestelsel volgens het model van Nice. Blauw toont de baan van Uranus, blauw - Saturnus, terwijl oranje en groen overeenkomen met Saturnus met Jupiter. Volgens dit model zijn Uranus en Neptunus van plaats veranderd en onderweg hebben alle reuzenplaneten het planetaire systeem van kleine objecten "gezuiverd". Het model heeft een aantal aanpassingen - suggereert bijvoorbeeld de aanwezigheid van een andere gasreus, die volledig in de interstellaire ruimte werd geworpen. Afbeelding: AstroMark / Wikimedia.
Modellering van het zonnestelsel wordt alleen bij benadering uitgevoerd. Met voldoende rekenkracht is het mogelijk om de beweging van de elementen van het systeem met een willekeurig noodzakelijke nauwkeurigheid te berekenen, maar soms leiden verwaarloosbare afwijkingen van de beginvoorwaarden na verloop van tijd tot een totaal ander gedrag van het model. Dit effect is bij het grote publiek bekend als het "vlindereffect". De beweging van planeten en asteroïden, evenals het gedrag van luchtmassa's, zijn onderhevig aan dit effect, dus de reconstructie van de geschiedenis van het zonnestelsel is op geen enkele manier minder ingewikkeld dan een weersvoorspelling voor een lange tijd. En pogingen om een hypothetische planeet te berekenen zijn vergelijkbaar met het voorspellen van alle gevolgen van een orkaan - hier moet je zowel een gebrek aan nauwkeurige informatie als een gebrek aan rekenkracht onder ogen zien.
Vóór de komst van moderne computers bleef het berekenen van de beweging van vele duizenden lichamen tegelijkertijd een bijna onoplosbaar probleem. Het uiterlijk van het model van Nice, dat het gedrag beschrijft van gasreuzen na hun vorming uit een schijf van gas en stof, werd mogelijk gemaakt door computers. De argumenten voor een negende planeet zijn ook gebaseerd op berekeningen die niet met papier en pen kunnen worden gedaan. De ontdekking van de negende planeet, als die plaatsvindt, zal niet alleen een herhaling zijn van de geschiedenis van Neptunus of Pluto, maar een nieuwe geschiedenis die honderd jaar geleden onmogelijk zou zijn geweest.
Alexey Timosjenko
