Nowy dowód na istnienie dziewiątej planety w Układzie Słonecznym
Jest możliwe, że daleko od Słońca, w zewnętrznym Układzie Słonecznym znajduje się duża planeta zbliżona wielkością do Neptuna. Po przeprowadzeniu symulacji, do takich wniosków doszli astronomowie z amerykańskiego uniwersytetu Caltech.
Czy daleko za orbitą Neptuna w Układzie Słonecznym może znajdować się jeszcze jeden obiekt spełniający warunki do określenia go mianem planety? Od dekad astronomowie poszukują bezskutecznie takiego ciała. Trzeba przyznać, że poprzeczka jest zawieszona bardzo wysoko i... "daleko". Na tyle, że misje obserwacyjne mogą nie przynosiły w tej sytuacji nawet pierwszych poszlak. W ostatnich latach większość naukowców była przekonana, że w Pasie Kuipera, do którego zalicza się m.in. zbadany w połowie zeszłego roku Pluton, mogą być skryte jedynie małe obiekty, a nie planety.
Rezultaty badań dwóch naukowców z California Institute of Technology (Caltech) w Pasadenie sugerują jednak inną możliwość: na odkrycie może czekać planeta raptem dwukrotnie mniejsza od Neptuna. Do takiego wniosku doszli astronomowie: Konstantin Batygin i Michael Brown ze wspomnianego Caltech. Ten ostatni znany jest m.in. z odkrycia obiektu Sedna w 2003 roku. Ich wniosek opiera się na "trafionej" analizie statystycznej orbit odległych obiektów, w tym Sedny i obiektu 2012 VP113. Orbity tych ciał są odmienne od większości orbit obiektów z Pasa Kuipera i dotychczas nie zaproponowana została żadna dobra teoria tłumacząca ich ekscentryczność.
Na skalno-lodowe ciała z Pasa Kuipera wpływ wywiera niewątpliwie Neptun. Jednak Sedna, odkryta w 2003 roku przez Browna, i obiekt 2012 VP113 mają orbity znacznie mniej związane z oddziaływaniem grawitacyjnym ostatniej znanej nam planety w Układzie Słonecznym. Batygin i Brown wysuwają tezę, że właśnie hipotetyczna Dziewiąta Planeta może wyjaśniać charakterystykę orbit Sedny i 2012 VP113.
Badacze w 2014 roku wydali pracę naukową trzynastu najbardziej odległych obiektów z Pasa Kuipera, które odznaczały się podobnymi cechami. W wyniku dalszych prac okazało się, że sześć z nich posiada eliptyczne orbity, których bliższe Słońcu punkty spotykają się w tym samym miejscu. Prócz tego okazało się, że wszystkie orbity nachylone są pod tym samym kątem (30 stopni poniżej płaszczyzny Układu Słonecznego). Potencjalnym wyjaśnieniem takiego "zgrupowania" badanej grupy obiektów miały być inne, jeszcze nie wykryte ciała z Pasa Kuipera, które łącznie tworzyłyby odpowiednią siłę grawitacji. Hipoteza ta została jednak obalona z uwagi na fakt, że Pas Kuipera musiałby w tym wypadku być sto razy większy niż obecnie. Drugim najbardziej oczywistym wyjaśnieniem byłoby istnienie nieznanej planety.
Pierwsze symulacje uwzględniały możliwość orbitowania Dziewiątej Planety wokół wspomnianej grupy sześciu obiektów Pasa Kuipera. To nie tłumaczyło jednak wszystkiego, więc odrzucono takie ustawienie.
W pewnym jednak momencie, całkowicie przez przypadek, badacze przeprowadzili symulację z bardzo nieoczywistym położeniem planety. Okazało się, że model symulujący zachowanie całego układu działa poprawnie, gdy Dziewiąta Planeta znajduje się na anty-zrównanej orbicie. Najlepiej tę sytuację obrazuje grafika poniżej. Punkt peryhelium (najkrótszego dystansu do Słońca) Dziewiątej Planety miałby znajdować się po drugiej stronie od peryhelium badanych obiektów z Pasa Kuipera a także wszystkich znanych nam obecnie planet Układu Słonecznego.
Naukowcy wiedzieli, że takie ułożenie nie wygląda naturalnie - na pierwszy rzut oka widać, że w perspektywie czasu powinno dojść do sytuacji zakłócenia ruchu lub nawet kolizji. Sytuacja może wyglądać jednak zgoła inaczej na skutek zjawiska rezonansu grawitacyjnego i w efekcie ustabilizowania orbit wszystkich omawianych obiektów. Co więcej, może dochodzić do wymiany energii pomiędzy nimi.
Tak naprawdę oliwy do ognia dodał całkowicie odrębny element układanki, który rewolucyjnie pasuje do całości. Okazało się, że opracowany model funkcjonowania Dziewiątej Planety (z punktu widzenia mechaniki orbitalnej) przewiduje występowanie obiektów w Pasie Kuipera, których orbity są nachylone prostopadle do płaszczyzny orbit planet. Badacze zdali sobie wtedy sprawę, że od kilku lat znane są już takie obiekty!
W ostatnich trzech latach zaobserwowane zostały cztery obiekty w Pasie Kuipera, których orbity są nachylone w sposób wyjątkowy podobnie, tj. prostopadle do płaszczyzny orbity Neptuna. Po zaimplementowaniu parametrów orbit wszystkich tych obiektów do modelu, okazało się, że tworzą one kompletną całość. Analiza wskazuje więc, że Dziewiąta Planeta związana jest grawitacyjnie ze zidentyfikowaną grupą obiektów, których nietypowe orbity stają się w ten sposób możliwe do prostego wyjaśnienia.
Batygin i Brown uważają, że odkryte zostały teoretyczne podwaliny pod możliwość istnienia masywnego obiektu planetarnego w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Masa tego obiektu szacowana jest na przynajmniej dziesięć mas Ziemi (dla porównania masa Neptuna to ok. 17 mas Ziemi). Co więcej, Batygin i Brown uważają, że istnieje zaledwie 0,007 proc. prawdopodobieństwo takiej organizacji orbit małych obiektów Pasa Kuipera bez obecności masywnej planety. Oznacza to, że w tej chwili na 99,993 proc. zidentyfikowano teoretyczną podstawę istnienia nowego obiektu planetarnego w Układzie Słonecznym.
Orbita Dziewiątej Planety jest prawdopodobnie bardzo ekscentryczna. Peryhelium może wynosić około 200 jednostek astronomicznych. Dla przypomnienia można dodać, że to czterokrotnie większy dystans niż aphelium orbity Plutona. Taka planeta nie byłaby łatwa w detekcji z uwagi na bardzo niską temperaturę jej powierzchni. Obieg wokół Słońca mógłby jej zajmować od 10 do 20 tysięcy lat.
Odkrywcy są umiarkowanie entuzjastyczni co do ogłoszonych rezultatów badań. Twierdzą, że domniemana planeta o masie około pięciu tysięcy planet karłowatych takich jak Pluton nie mogłaby być rozpatrywana jako obiekt Pasa Kuipera. Jeśli za ekscentryczne, bardzo nachylone orbity niektórych obiektów z Pasa Kuipera ma odpowiadać jakiś obiekt - to będzie to z pewnością przy tej skali oddziaływania planeta.
Brown wraz z innymi naukowcami rozpoczęli poszukiwania Dziewiątej Planety. Orbita znana jest jedynie z grubsza. Ponadto jeśli obiekt znajduje się w pobliżu aphelium, to do jego znalezienia niezbędne jest wykorzystanie największych teleskopów na Ziemi, takich jak bliźniaczych Keck czy Subaru Telescope. Obecność Dziewiątej Planety w innym miejscu jej orbity umożliwi oczywiście skorzystanie z większej liczby teleskopów. Dlatego też badacze publikują rezultaty dotychczasowych poszukiwań.
Brown znany jest z głównej roli, jaką odegrał przy "degradacji" miana Plutona (z planety na planetę karłowatą). Teraz jednak zachodzi szansa na odkrycie obiektu, który może odgrywać znaczącą rolę w "układzie sił" naszego Układu Słonecznego. Jeśli rzeczywiście daleko poza orbitą Neptuna znajduje się dziewiąta planeta o dużej masie - będzie to rewolucja w naszym postrzeganiu Układu Słonecznego i jego ewolucji.
