В этот день в 2006 году астрономы разжаловали из полноценной планеты Плутон — слишком маленький. А в начале 2016-го астрофизики нашли новую огромную планету в Солнечной системе. Константин Батыгин, один из ученых, совершивших открытие, рассказал «Вокруг света», как это произошло.
Отношение к поискам новой планеты в нашей системе у астрономов, мягко говоря, неоднозначное. Почему вы решили этим заняться?
Изначально мы как раз собирались доказать, что в Солнечной системе не может быть еще одной планеты. А первый шаг на пути к открытию мы сделали после того, как в 2014 году вышла статья американских астрономов Чада Трухильо и Скотта Шепарда. Они заметили, что орбиты наиболее удаленных тел в поясе Койпера (область за орбитой Нептуна, где обращается множество мелких ледяных тел, именно она прежде считалась «родиной» короткопериодических комет. — Прим. «Вокруг света») очень похожи, в частности наклонены под одним углом к плоскости эклиптики — той плоскости, в которой Земля вращается вокруг Солнца. Это странно.
И как вы объяснили эти странности?
Поначалу мы пытались объяснить их галактическим эффектом, то есть гравитацией в Галактике в целом, и самогравитацией пояса Койпера: мы предположили, что в нем достаточно материала, чтобы модулировать все эти орбиты. Около года мы работали над решениями, в которых не фигурировала бы девятая планета, но ничего не получалось. Например, оказалось, что галактический эффект работает, если Солнце расположено намного ближе к центру Галактики, чем оно есть на самом деле. А чтобы самогравитация имела значение, пояс Койпера должен быть в сто раз тяжелее. Мы пробовали самые разные идеи, которые ни к чему не приводили. Отчаявшись, наконец решили: попробуем то, чего не хотели трогать, — гипотезу планеты в этом поясе. И тогда даже первые, очень грубые модели сразу начали показывать что-то похожее на имеющиеся данные.
То есть вы предсказали существование планеты, но не обнаружили ее. Как скоро мы ее увидим?
Думаю, лет через пять. Для поиска мы используем движение Земли. Представьте, что вы едете на машине и делаете фотографии каждые три секунды. На фотографиях то, что близко к дороге, например деревья на обочине, смещается быстрее, чем облака на горизонте. Мы собираемся использовать этот эффект, чтобы идентифицировать планету — она находится к Земле намного ближе, чем звезды, на фоне которых мы ее увидим, когда найдем.
Причем уже сейчас на основе тех данных, что у нас есть, две трети длины вероятной орбиты можно исключить из поиска. Чисто статистически легко предсказать, что планета, которая движется по очень вытянутой орбите, будет, скорее, на дальнем от нас участке.
В будущем мы планируем все точнее определять орбиту планеты № 9. Сейчас на карте неба она выглядит как лента где-то в 10 градусов шириной — это многовато.
Досье
Планета № 9
Пока безымянная планета имеет самую протяженную орбиту из всех планет Солнечной системы, перигелий (минимальное расстояние от Солнца) 200–250 а.е., афелий (максимальное расстояние до звезды) — 1000–1200 а.е. Периодичность обращения — около 15 тысяч лет. Масса — примерно 10 масс Земли. Образовалась, предположительно, вместе с Ураном и Нептуном и имеет такой же химический состав.
Наименование небесным телам присваивает Международный астрономический союз (International Astronomical Union) на ассамблеях, проходящих раз в три года (следующая состоится в 2018 г.)
Американский астроном Дейв Джуитт, открывший пояс Койпера, считает, что вы проанализировали слишком мало объектов с аномальными орбитами, чтобы делать радикальный вывод о наличии новой планеты…
О, это веселая история. Дейв работает в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе рядом с нами, и этот спор я веду с ним уже очень давно. Ответ на его претензии такой: хотя мы работаем с маленькой статистикой, но специальный математический аппарат, разработанный для статистики малых чисел, говорит, что никакой проблемы в этом нет. Более того, мы задали сами себе тот же вопрос: у нас есть шесть объектов, какова вероятность, что мы видим эти данные случайно? Ответ: 0,007%, то есть примерно 1 шанс из 15 тысяч. Конечно, нам и самим хотелось бы иметь намного больше данных, но пока у нас их просто нет.
Осталось ли в Солнечной системе еще что-то странное, что невозможно объяснить даже при помощи планеты?
Да. Например, нечто непонятное происходит в поясе Койпера в полосе между 150 и 250 а.е. от Солнца (астрономическая единица — расстояние от Земли до Солнца, примерно 149,6 млн км. — Прим. «Вокруг света»). Мы пока не очень понимаем, что нам говорят данные, но получается, что орбиты объектов там устроены слишком сложно. Эту часть задачи мы еще решили не полностью, продолжаем исследования.
Новая информация о строении Солнечной системы поможет объяснить возникновение жизни во Вселенной?
Это непростой вопрос. Если брать Землю как образец обитаемой планеты, жизнь во Вселенной должна встречаться не очень часто. Думаю, тут дело в Юпитере, который, кстати, сам по себе аномалия — планеты вроде Юпитера встречаются только у 5% звезд, подобных Солнцу. Так вот, Юпитер, как и Сатурн, образовался всего на миллион лет позже Солнца, а Луна, для сравнения, — на 90 миллионов лет позже. Похоже, что в процессе «стройки» Юпитер забрал себе «лишний» материал. И если бы он этого не сделал, Земля сформировалась бы куда быстрее. Из-за такой «жадности» Юпитера у нашей планеты очень тонкая атмосфера — это тоже галактическая аномалия. Большинство экзопланет (даже сопоставимой массы) имеют на порядок более массивную атмосферу.
Какие последствия ваше открытие может иметь для астрономии?
За последние 20 лет были найдены тысячи звездных систем с экзопланетами. Солнечная система выделяется на их фоне нестандартностью. Круглые, четкие орбиты — редкость во Вселенной. Большинство экзопланет, масса которых сравнима с массой планет-гигантов Солнечной системы, имеют очень вытянутые орбиты. Они совсем не похожи на орбиты Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, но зато очень похожи на орбиту девятой планеты. Так что, как ни странно, именно планета № 9 и ее экзотическая орбита делают Солнечную систему в целом менее необычной.
Герой
Константин Батыгин
Родился в 1986 году в Москве, вместе с семьей переехал в Японию, затем — в США.
Учился астрофизике в Калифорнийском университете в Санта-Крузе, потом в Калифорнийском технологическом институте, где исследовал внутреннюю структуру планет типа «горячий Юпитер» и раннюю динамическую эволюцию внешних областей Солнечной системы совместно с Майком Брауном (соавтором открытия девятой планеты). После постдокторантуры в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики в 2014 году вернулся в Калифорнийский технологический институт в качестве доцента.
Женат, имеет дочь.
БИОГРАФИЯ
Русский след
Я родился в России. Одно из самых ярких детских воспоминаний — как ненавидел тихий час в детском саду. Я, в принципе, неплохо помню начало 1990-х годов и теперь понимаю, что страна изменилась драматически. На тот момент я был очень счастлив, что у нас внезапно появилась кока-кола: для меня это было большим скачком в качестве жизни.
Моя семья уехала из России в 1994 году, когда мне исполнилось восемь лет. Пять лет мы прожили в Японии, в Токио. Я ходил в японскую школу, и это был ни с чем не сравнимый опыт. В 1999-м мы переехали в США.
Я долгое время собирался быть музыкантом, занимался музыкой примерно до середины университетского курса. Когда подавал документы в университет, было два пути: или остаться в Северной Калифорнии и продолжать играть в своей группе The Seventh Season (я играю на гитаре и пою), или переехать в Санта-Барбару, где меня приняли на интересную программу — параллельного обучения на музыкальном факультете и физическом. Но я туда все же не поехал, а начал изучать астрофизику в Калифорнийском университете в Санта-Крузе. Сейчас работаю в Калифорнийском технологическом институте.
Фото: Caltech / R. Hurt (IPAC), Getty Images, Caltech / R. Hurt (IPAC); [Diagram created using WorldWide Telescope], JPL / NASA, AP / East News (x2)
Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 3, март 2016
