In diesem Monat wurden neue Beweise für die Existenz eines Himmelskörpers vorgelegt, der 2016 von Konstantin Batygin und Michael Brown vorhergesagt wurde. "Attic" erzählt kurz von den neuesten Nachrichten über die Rasse der Astronomen um das Recht, ihren Namen in die jahrhundertealte Geschichte des Inventars unseres Planetensystems einzutragen.
"Es gibt acht Planeten im Sonnensystem" - diese Aussage könnte in einigen Jahren nicht mehr zutreffen. Astronomen erhalten immer mehr Indizien für die Existenz eines neunten Planeten weit jenseits der Umlaufbahn von Neptun.
Die Hypothese der Existenz eines anderen Planeten im Sonnensystem wurde seit der Entdeckung von Uranus im Jahr 1781 wiederholt aufgestellt. 1846 wurde Neptun entdeckt, und 1930 wurde die Anwesenheit von Pluto (im Status eines Planeten bis 2006, heute ein Zwergplanet) bestätigt, und beide Male identifizierten Wissenschaftler einen Himmelskörper anhand seiner Wirkung auf die Umlaufbahnen bereits bekannter Planeten. In der Folgezeit wurde die Suche nach verschiedenen Arten von Anomalien in der Bewegung von Planeten und Asteroiden recht aktiv durchgeführt, aber bis zum Ende des 20. Jahrhunderts ließ das Interesse am "X-Planeten" nach.
In den 1990er Jahren wurde das Modell des Sonnensystems durch den Kuipergürtel ergänzt, der mit einer verstreuten Scheibe jenseits der Umlaufbahn von Neptun gekoppelt war. Terrestrische Planeten, der Asteroidengürtel, Gasriesen, der Kuipergürtel und möglicherweise die noch umfangreichere und dünnere Oort-Wolke - in diesem Modell gab es, wie viele zu glauben begannen, keinen Platz für andere Planeten.
Nah und unsichtbar
Die amerikanischen Astronomen Konstantin Batygin und Michael Brown stellten 2016 die Hypothese auf, dass sich hinter dem Kuipergürtel ein weiterer neunter Planet befindet. Ihre Hypothese basierte auf der Analyse mehrerer besonders weit entfernter Umlaufbahnen von Objekten im Kuipergürtel, wie beispielsweise Sedna, die sich aus irgendeinem Grund in derselben Ebene und in einer Richtung über den Himmel bewegen. Nach vielen Monaten des Modellierens und Überprüfens der Daten mit den tatsächlichen kamen die Astronomen selbst für sich selbst zu einem erstaunlichen Ergebnis: Sehr weit hinter Neptun befindet sich ein weiterer Himmelskörper mit einer Masse von etwa zehn Erden, der sich der Sonne nicht näher als 280 astronomische Einheiten nähert. Und genau das streckt und begradigt die Umlaufbahnen dieser "seltsamen" Kuipergürtelkörper.
Diagramm, das die Umlaufbahn von Planet Neun (orange) und die Umlaufbahnen einiger bekannter transneptunischer Objekte (rosa) zeigt. Abbildung: MagentaGreen / Wikimedia.
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In ihrem Artikel stellten Batygin und Brown fest, dass es nicht die einfachste Aufgabe wäre, den neunten Planeten zu finden. Aufgrund der großen Entfernung zu diesem hypothetischen Objekt sollte es so dunkel sein, dass es nur mit einem Spiegeldurchmesser von mehreren Metern durch ein Teleskop gesehen werden kann - dies entspricht dem Niveau eines anständigen Observatoriums, das in der Regel mit anderen Aufgaben belastet ist. Die Suche nach einem riesigen Planeten am Rande des Sonnensystems erweist sich als technisch schwieriger als die Entdeckung von Exoplaneten, die viele zehn Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Neben direkten Beobachtungen verfügen Wissenschaftler jedoch auch über indirekte Methoden.
Eine davon ist die Suche nach neuen transneptunischen Objekten und der Vergleich ihrer Umlaufbahnen mit den Vorhersagen des Batygin-Brown-Modells. Astronomen argumentieren, dass der Gravitationseinfluss des neunten Planeten nicht nur einige Kuipergürtelkörper auf eine lange Reise um die Sonne schickt, sondern auch zu ungewöhnlich großen Neigungen der Umlaufbahnen einer Reihe anderer Objekte führt. Manchmal, so dass sie beginnen, sich senkrecht zur Ekliptik der übrigen Planeten unseres Systems zu drehen.
Zum Beispiel passt das BP519-Objekt von 2015, auch bekannt als "Cashew", das in einem kürzlich veröffentlichten Artikel einer internationalen Gruppe von Astronomen beschrieben wurde, einfach in das Batygin-Brown-Modell. Es hat eine sehr hohe Umlaufbahnneigung, die es uns jedoch noch nicht erlaubt, sicher zu sagen, dass der neunte Planet wirklich existiert. Die Autoren dieser Entdeckung schreiben sorgfältig über das "Hinzufügen indirekter Beweise zugunsten eines neuen Planeten", und Batygin und Brown präsentierten kurz zuvor eine Reihe von Verfeinerungen der zuvor genannten Hypothese: Neue Modelle verschiedener Szenarien für die Entwicklung des Kuipergürtels zeigten, dass der Einfluss des neunten Planeten zur Entstehung vieler transneptunischer Objekte führt mit sehr langgestreckten Bahnen - und dies stimmt gut mit den Beobachtungen überein.
Ein weiteres Diagramm der Umlaufbahnen des neunten Planeten (grüner Kreis mit der Bezeichnung P9) und vieler extrem langgestreckter Umlaufbahnen transneptunischer Objekte. Der längliche blaue Kreis - Cashew-Umlaufbahn. Jedes Quadrat im Hintergrund - 100 astronomische Einheiten. Bild: Tomruen / Wikimedia Commons.
Laut Konstantin Batygin "ist das neu entdeckte Objekt 2015 BP519 genau dort, wo das theoretische Modell des neunten Planeten es vorhersagt." In einem Kommentar zu Attic bemerkte er, dass "dies eine fantastische Bestätigung des Bildes ist, das wir auf der Grundlage der numerischen Modellierung erwartet hatten", es jedoch noch zu früh ist, um über die endgültige Entdeckung eines neuen Planeten zu sprechen. Die Liste der Beweise für seine Existenz wächst buchstäblich vor unseren Augen, aber nur ein paar Fotos mit einem sich bewegenden Objekt werden diesem Problem ein Ende setzen. Batygin und Brown haben bereits Beobachtungszeit mit dem großen bodengestützten Subaru-Teleskop erhalten, das laut Batygin eines der besten Instrumente ist, um den neunten Planeten zu finden. Darüber hinaus wird versucht, Bilder vom WISE-Weltraumteleskop zu verwenden.und seit 2017 arbeitet das Projekt Backyard Worlds: Planet 9, bei dem jeder versuchen kann, diesen Himmelskörper auf den Bildern zu finden, sodass das Warten möglicherweise nicht lange dauert.
Na und?
Das relative Fehlen ständiger Kollisionen der Erde mit Asteroiden in den letzten Milliarden von Jahren kann den Gasriesen zugeschrieben werden. Sie gingen in ihre gegenwärtigen Umlaufbahnen und "säuberten" unseren Sektor des Planetensystems von verschiedenen kleinen (nach astronomischen Kriterien) Trümmern. Aber wenn Jupiter oder sogar Neptun die Erde wirklich beeinflusst haben, zumindest indem sie regelmäßige Planetenkatastrophen beseitigt haben, was ist dann mit einem zehnmal weiter entfernten Körper?
Der russische Astronom Vladimir Surdin bemerkte in seinem Kommentar zu Attic, dass die Entdeckung jedes neuen Planeten unser Verständnis des Schicksals des Sonnensystems beeinflusst, das bis heute vage bleibt. "Tatsächlich fängt die Forschung gerade erst an", sagte der Wissenschaftler und fügte hinzu, "an der Peripherie des Sonnensystems, in der Dunkelheit, weiß Gott was." Diese Körper, die die Kataloge der Astronomen zu Hunderten auffüllen, befinden sich in relativ geringer Entfernung von der Sonne, aber selbst ein riesiger Planet hinter dem Kuipergürtel hat jede Chance, sich sehr lange vor Beobachtern zu verstecken und sich nur durch indirekte Gravitationseffekte auszugeben.
Schema: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Äußerlich sollte der neunte Planet, falls er existiert, den beiden von der Sonne am weitesten entfernten Gasriesen ähnlich sein. "Ein Planet mit einer Super-Erde-Masse wäre Uranus und Neptun ähnlich, aber noch kälter", sagt Surdin. Diese beiden Himmelskörper werden manchmal als "Eisriesen" bezeichnet, da angeblich ein felsiger Eiskern vorhanden ist, ohne die von Jupiter und Saturn erwartete Schicht aus metallischem Wasserstoff. Allerdings hat nur ein Raumschiff, Voyager 2, Uranus und Neptun in der gesamten Geschichte der Menschheit besucht, sodass Wissenschaftler weniger Beobachtungsdaten haben, als sie möchten.
Der neunte Planet wird selbst im Perihel für Forschungssonden mit Raketentriebwerken praktisch unzugänglich sein. Die Reisenden haben sich um 117 und 140 AU von der Sonne entfernt. - trotz der Tatsache, dass sie 1977 ins Leben gerufen wurden. Fliegen sogar bis zu einem Punkt von 200 AU. Es wird mindestens ein halbes Jahrhundert dauern, bis unser Stern erreicht ist, und um diesen Zeitraum auf einige vernünftige Grenzen zu reduzieren, sind offensichtlich grundlegend neue Technologien wie ein Sonnensegel erforderlich. Selbst die Kombination eines Kernreaktors mit Ionenmotoren in einer Konfiguration, die in etwa an die russische Kernkraftanlage der Megawattklasse erinnert, wird es nicht ermöglichen, das Ziel in weniger als einem Jahrzehnt zu erreichen. Und wenn sich der Planet im Aphel befindet, nimmt diese Zeit erheblich zu.
Uranus und Neptun, NASA-Bilder. Wie Sie sehen können, sehen die Eisriesen ganz anders aus: Zum Beispiel macht eine kleine Beimischung von Methan (etwa 1%) Neptun viel blauer.
Die direkte Erkennung des neunten Planeten wird die Richtigkeit von Batygin und Brown bestätigen und es ermöglichen, die Geschichte des Sonnensystems zu klären, aber dieser Himmelskörper selbst wird selbst mit der Einführung einer neuen Generation von Teleskopen kaum mehr als ein Punkt auf den Fotografien bleiben. Der neunte Planet "im Hinterhof" des Sonnensystems ist paradoxerweise schwieriger zu untersuchen als alle heißen Jupiter in der Nähe anderer Sterne, bietet jedoch ein besseres Verständnis des Verhaltens der seit langem bekannten Objekte.
Vom Papier zum Computer
Neptun war der erste Planet, der "an der Spitze einer Feder" entdeckt wurde - basierend auf Berechnungen und Analysen der Bewegung von Uranus, der sich aufgrund äußerer Anziehung mit variabler Geschwindigkeit bewegte. Je größer jedoch der Abstand zwischen den Himmelskörpern und je größer die Anzahl dieser Körper ist, desto schwieriger ist es, ihre Flugbahn zu berechnen. Physiker und Mathematiker wissen, dass das Problem der Rotation zweier Körper um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt relativ einfach zu lösen ist und eine Antwort in Form einer Gleichung mit einer genauen Beschreibung der Umlaufbahn hat. Eine Kombination von drei Körpern ist jedoch viel schwieriger zu berechnen. Insbesondere hat ein System aus drei oder mehr Körpern keine analytische Lösung, dh es ist unmöglich, eine Formel zu erhalten, die ihre Bewegung über einen willkürlich langen Zeitraum beschreibt.
Die Entwicklung des Sonnensystems nach dem Modell von Nizza. Blau zeigt die Umlaufbahn von Uranus, blau - Saturn, während Orange und Grün Saturn mit Jupiter entsprechen. Nach diesem Modell wechselten Uranus und Neptun die Orte und auf dem Weg "räumten" alle Riesenplaneten das Planetensystem von kleinen Objekten. Das Modell hat eine Reihe von Modifikationen - Dies deutet beispielsweise auf die Anwesenheit eines anderen Gasriesen hin, der vollständig in den interstellaren Raum geworfen wurde. Abbildung: AstroMark / Wikimedia.
Die Modellierung des Sonnensystems erfolgt nur mit ungefähren Methoden. Mit einem ausreichend großen Aufwand an Rechenressourcen ist es möglich, die Bewegung der Elemente des Systems mit einer willkürlich notwendigen Genauigkeit zu berechnen, aber manchmal führen vernachlässigbare Abweichungen von den Anfangsbedingungen nach einer Weile zu einem völlig anderen Verhalten des Modells. Dieser Effekt ist in der Öffentlichkeit als "Schmetterlingseffekt" bekannt. Die Bewegung von Planeten und Asteroiden sowie das Verhalten von Luftmassen unterliegen diesem Effekt, so dass die Rekonstruktion der Geschichte des Sonnensystems in ihrer Komplexität einer Wettervorhersage für lange Zeit in keiner Weise unterlegen ist. Und Versuche, einen hypothetischen Planeten zu berechnen, sind vergleichbar mit der Aufgabe, alle Folgen eines Hurrikans vorherzusagen - hier muss man sich sowohl mit einem Mangel an genauen Informationen als auch mit einem Mangel an Rechenleistung auseinandersetzen.
Vor dem Aufkommen moderner Computer blieb die gleichzeitige Berechnung der Bewegung vieler tausend Körper ein fast unlösbares Problem. Das Erscheinungsbild des Nizza-Modells, das das Verhalten von Gasriesen nach ihrer Bildung aus einer Gas- und Staubscheibe beschreibt, wurde durch Computer ermöglicht. Die Argumente für einen neunten Planeten basieren auch auf Berechnungen, die nicht mit Papier und Stift durchgeführt werden können. Die Entdeckung des neunten Planeten wird nicht nur eine Wiederholung der Geschichte von Neptun oder Pluto sein, sondern eine neue Geschichte, die vor hundert Jahren unmöglich gewesen wäre.
Alexey Timoschenko
