Знание-сила, 2006 № 06 (948)

Бурная биография десятой планеты

Как мы и полагали ранее, поиски землеподобных планет далеко за границами Солнечной системы не отвлекли астрономов от все более детального исследования ее же самой. Напротив, впервые за всю многовековую историю изучения космоса ученые обрели уникальную возможность сопоставить устройство далеких планетных миров с нашим собственным едомом".

О последних результатах в этой области — еще два сюжета.

Было время, когда в Солнечной системе насчитывалось всего шесть планет. Астрономы знали, что ближе к Солнцу располагаются планеты- карлики", состоящие из твердого вещества: Меркурий, Венера, Земля и Марс, а дальше величественно и медленно обращаются по околосолнечным орбитам газовые гиганты Юпитер и Сатурн. Затем, в 1781 году, был неожиданно замечен в телескоп еще один газовый гигант, который назвали, в духе той же греко-римской мифологии, Ураном. А двадцать лет спустя, в 1801 году, был открыт довольно большой кусок твердого вещества, диаметром почти в 1000 километров, обращающийся по околосолнечной орбите, проходящей между Марсом и Юпитером. Он тоже поначалу был сочтен планетой и получил название Церера, но вскоре было установлено, что таких обломков, иногда чуть побольше, а чаще поменьше, в том же районе находится множество, и все они обращаются вокруг Солнца, причем подавляющее большинство — в той же плоскости, что и настоящие планеты, однако до настоящих планет "не дотягивают" по размеру. Эти маленькие обломки получили общее название астероидов, и таким образом Солнечная система обогатилась еще и поясом астероидов.

По мнению одних ученых, астероиды в их совокупности представляют собой обломки когда-то существовавшей в этом месте большой, размером с Землю, планеты, а по (более правдоподобному) мнению других — это "недоросшие до планет" остатки первичного газово-пылевого облака, из которого некогда образовались Солнце и его планетная семья. В 1846 году был обнаружен еще один, четвертый газовый гигант, названный Нептуном (его существование было заранее предсказано теоретически, на основании небольших неправильностей в движении Урана), а в 1930 году астрономическую общественность взволновало сообщение об открытии девятой, на сей раз твердотельной и, соответственно, небольшой планеты, получившей имя Плутона.

С тех пор в научных, а особенно в околонаучных кругах упорно ходит мысль, что в Солнечной системе существует еще одна, десятая планета. Одни авторы помещают ее в за-плутоново пространство, другие — еще дальше, туда, где Солнечную систему окружает сферической формы облако ледяных обломков, именуемое "облаком Оорта". Была высказана даже совсем уж фантастическая гипотеза, по которой, неуловимая "десятая планета" скрывается на орбите Земли, в точности за Солнцем, и все время остается невидимой, потому что движется по орбите с той же скоростью, что сама Земля. Непонятно, что порождает эти настойчивые утверждения — возможно, подсознательная тяга к "магическому" числу десять (вот ведь и пальцев у нас тоже ровно десяток), но как бы то ни было, такая популярность гипотезы о "десятой планете" может — по крайней мере, частично — объяснить тот ажиотаж, с которым было встречено недавнее сообщение о том, что эту планету, наконец-то, удалось обнаружить. Или "кажется, удалось", потому что вся история оказалась довольно странной и заслуживающей подробного рассказа.

Начать этот рассказ лучше всего с гипотезы выдающегося голландского (позже американского) астронома, Петера Койпера, который еще в пятидесятые годы прошлого века выдвинул предположение, что Солнечная система не кончается Плутоном, потому что за его орбитой находится еще один "пояс астероидов", который простирается еще на миллиарды километров и лишь постепенно сходит на нет, оставляя огромный промежуток между собой и облаком Оорта. Это предположение долго оставалось неподтвержденным, но в 1991 году за орбитой Плутона был действительно обнаружен небольшой ледяной обломок, а затем еще несколько, и с тех пор существование "пояса Койпера" стало доказанным фактом. Сегодня уже известно, что он насчитывает сотни тысяч, а может — и миллионы ледяных и каменных глыб самого разного размера, и, разумеется, некоторые пылкие умы немедленно поместили туда и пресловутую "десятую планету", размером с Землю, а то и побольше. Нашлись даже такие, кто стал утверждать, что таких ледяных "Земель" там имеется не одна, а много.

Ничего подобного пока в поясе Койпера не обнаружилось, но его изучение породило две серьезные загадки. Во-первых, оказалось, что он не редеет постепенно, как предположил поначалу Койпер, а резко обрывается на каком-то — очень большом — расстоянии от Солнца, и причины такого резкого обрыва каким-то образом связаны с еще неразгаданными особенностями образования Солнечной системы. По некоторым предположениям, этому образованию способствовал взрыв близкой к Солнцу сверхновой звезды, лучи которой заодно "вымели" из нашего газово-пылевого облака всю его окраинную часть, начиная с какого-то расстояния.

Другая загадка, заданная поясом Койпера, состояла в том, откуда взялся Плутон. У этой планетки был обнаружен спутник, по всем параметрам похожий на тела пояса Койпера, и возникла мысль, что и этот спутник, а возможно и сам Плутон — всего лишь самые близкие к Солнцу обитатели пояса Койпера. Так несколько лет назад начался великий спор астрономов, заслуживает ли Плутон звания настоящей планеты. Оказалось, что, строго говоря, не заслуживает, поскольку действительно относится к поясу Койпера, но сентименты астрономов оказались сильнее фактов, и, в конце концов, за Плутоном было сохранен его планетный статус. Ну, и конечно, это доброе дело не осталось безнаказанным.

Действительно, еще в 2003 году американский астроном Майкл Браун и его коллеги Трухильо и Рабинович обнаружили в поясе Койпера некий объект довольно яркого свечения. К 2005 году им удалось вычислить его размеры и орбиту и эти данные оказались настолько любопытными, что сообшение об открытии вызвало среди астрономов подлинное смятение. По расчетам Брауна, этот объект (он получил каталоговый номер 2003 UB313, но Браун назвал его Зена, по имени героини известного сериала о женщине-воине) — движется по очень вытянутой орбите и сейчас находится в той ее точке, которая дальше всего от Солнца, на расстоянии 97 астрономических единиц (1 а.е. — это среднее расстояние Земли от Солнца, то есть около 150 миллионов километров). В самой близкой к Солнцу точке орбиты Зена будет находиться почти втрое ближе. Орбита Плутона тоже вытянута, что лишний раз свидетельствует о его сходстве с другими объектами пояса Койпера, но эта вытянутость значительно меньше. Один оборот Зены по такой орбите должен продолжаться около 650 лет.

Еще интересней оказались размеры, которые астрономы оценили по яркости свечения новооткрытого объекта. Впрочем, следует помнить, что эта яркость зависит не только от размеров наблюдаемого тела, но и от отражающих свойств его поверхности. При допущении, что поверхность Зены отражает так же, как поверхность Плутона, ее поперечник должен составлять 2860 километров. С другой стороны, поскольку инфракрасный космический телескоп "Спицера" ее свечения не улавливает, этот поперечник не может быть больше 3200 километров. И тут начинаются обещанные выше неприятности, потому что поперечник Плутона составляет всего 2300 километров. И стало быть, если за Плутоном оставлен статус планеты, то Зена, которая больше Плутона, тем более должна быть причислена к планетам — тогда это и есть долгоискомая "десятая планета" нашей Солнечной системы.

Но дело в том, что почти одновременно группа Брауна открыла еще два ярко светящихся объекта пояса Койпера — оба на расстоянии порядка 51 астрономической единицы от Солнца и размером порядка 70% размера Плутона. И значит, оба эти объекта тоже заслуживают звания планет. А учитывая некоторые дополнительные особенности их движения (о которых чуть ниже), можно думать, что объектов такой величины в поясе Койпера должно находиться еще очень много. Что же, все их считать планетами?

Майкл Браун считает именно так. Уж если Плутон оставили в списке планет, то все объекты того же порядка следует называть планетами. Другие астрономы не согласны. В крайнем случае, — говорят они, — можно называть все такие объекты "малыми планетами", чтобы отличать от "настоящих" (список которых, по их мнению, должен заканчиваться Нептуном). А еще лучше — попросту отнести их к разряду "любопытного межпланетного материала".

Иными словами, баталии разгорелись снова. А тем временем пришло совсем уж неожиданное сообщение, от той же группы Брауна. Оказалось, что при оценке максимально возможного поперечника Зены с помощью инфракрасного телескопа они — ни больше ни меньше — направили этот телескоп не на тот объект! И в результате истинный предел возможных размеров этого соперника Плутона остался пока неизвестным. Не исключено, что Зена намного больше, чем

думалось. И тогда ее придется считать "настоящей" девятой планетой, а Плутон, от греха подальше, переквалифицировать из планет в ОПК, то есть в "объект пояса Койпера". Выдав ему, в качестве утешительного приза, звание "самого близкого к Солнцу ОПК". Добавим к этому самую последнюю новость — у Зены обнаружен спутник, тоже из объектов пояса Койпера, который назвали Габриела — по имени верной спутницы воинственной Зены в вышеупомянутом сериале.

В общем, однако, все эти игры с Плутоном и Зеной не так уж существенны, потому что дело, понятно, не в званиях и сравнительных размерах. Куда интереснее и важнее для науки те новые и вполне серьезные загадки, которые задают астрономам последние открытия в поясе Койпера. И если мы хотим разобраться в реальных и серьезных проблемах, нам необходимо вернуться к упомянутым выше "дополнительным особенностям" движения новооткрытых ОПК. Состоят они в том, что орбиты всех этих небесных тел выходят далеко за плоскость, в которой расположены орбиты восьми первых планет Солнечной системы. Орбита Зены наклонена к этой плоскости под углом 440, наклон орбит Плутона и двух других ОПК, открытых группой Брауна, составляет 280. Господствующая ныне теория образования планет говорит, что все планеты образовались из плоского газово-пылевого диска, окружавшего зарождающуюся в центре этого диска звезду — будущее Солнце. Именно поэтому и орбиты планет остались в одной "плоскости эклиптики". Новые открытия подталкивают к совершенно иной картине, в которой диск, образованный Солнцем и его восемью планетами, окружен окраинными "малыми планетами" (или, если угодно, "объектами пояса Койпера"), орбиты которых наклонены к плоскости эклиптики самым произвольным образом. Иными словами, эти объекты, взятые во всей своей совокупности, образуют вокруг Солнца и внутренних планет не плоский "пояс Койпера", а некое сферическое "облако Кой пера", подобное намного более удаленному "облаку Оорта". Со стороны два этих облака должны напоминать этакую "космическую матрешку": сфера, внутри нее другая сфера, а внутри последней — Солнце и восемь планет.

Прежняя теория образования планет такой картины не дает. Но в последние годы некоторые астрономы начали усиленно разрабатывать новую, которая эту картину частично предсказывает. Теория эта называется "олигархическим сценарием", и своим странно модным названием обязана тому, что главным действующим лицом в ней являются так называемые планеты-"олигархи", именуемые так по той причине, что их тяготение оказывает решающее воздействие на поведение других тел Солнечной системы. Согласно "олигархическому сценарию", процесс образования Солнечной системы не кончился с появлением Солнца, его основных планет и пояса астероидов. Сами астероиды продолжали расти и, перейдя за определенный предел размеров, начали энергично притягивать к себе другие тела, что позволило многим из них вырасти до размеров планет.

По убеждению авторов этой новой теории, такой же процесс одновременно происходил на окраине Солнечной системы, в поясе Койпера. В результате, как показывают расчеты и компьютерные симуляции, внутри Солнечной системы должно было образоваться 20-30 объектов размером с Марс, а на окраине — примерно столько же объектов размером с Землю. При таком количестве они должны были быть достаточно близки, и это с необходимостью вызывало искажение ими орбит друг друга. Движение "олигархов" становилось хаотическим, они "вышвыривали" друг друга с устойчивых орбит, расположенных в плоскости эклиптики. Часть из них при этом вообще уходила из Солнечной системы в межзвездное пространство. становясь "бездомными" планетами, "планетарами", другие, оставшиеся, приобретали орбиты, наклоненные под самыми "дикими" углами

к плоскости эклиптики, и тем самым в своей совокупности создавали сферическое облако диаметром в 1000 астрономических единиц, а то и более. В этом облаке, таким образом, должны по сей день существовать не только "малые планеты" типа Плутона или 2003 UB313, но и некоторые из уцелевших "первичных олигархов". Сторонники такого сценария надеются, что создаваемые сейчас телескопы, предназначенные для целей своевременного предупреждения Земли об астероидной опасности, позволят параллельно произвести систематический поиск таких "олигархов" и найти "десятую, одиннадцатую, двенадцатую и так далее" планеты величиной с Землю или даже больше.

Разумеется, как всякая новая гипотеза. "олигархический сценарий" нуждается в подтверждении. Ему противостоит другая новая теория образования планетных систем, в которой главную роль играет не постепенный рост планет путем гравитационного слипания частиц и небольших тел, а "одномоментный" коллапс отдельных участков исходного газово-пылевого диска за счет его гравитационной неустойчивости. Трудность однозначного выбора из этих двух возможностей связана с тем, что в "олигархическом сценарии" Солнечная система проходит этап хаотического движения, который должен был неизбежно "стереть" следы предыдущих этапов ее формирования. Поэтому сторонники этого сценария ищут косвенные "улики".

Например, известно, что планета Уран вращается, почти "лежа на боку" (то есть ось ее вращения не перпендикулярна плоскости орбиты, как у Земли, а лежит в этой плоскости) — не является ли это результатом давнего соударения Урана с каким-нибудь из "олигархов"?! Увы, тот же феномен можно объяснить и более простым образом, так что на данный момент "олигархический сценарий" остается не более, чем гипотезой. Но не показывают ли последние открытия в поясе Койпера, что к этой гипотезе нужно теперь присмотреться более внимательно?

Михаил Вартбург