Наука - ...И их осталось только восемь

Наука - ...И их осталось только восемь

Большая восьмерка
За последние 15 лет астрономы открыли множество малых тел не меньше Плутона. Но шансов официально стать планетами у них теперь нет.

Планеты от Меркурия до Сатурна видны невооруженным глазом и известны с давних времен. Следующую за Сатурном планету исследователи небес наблюдали в примитивные телескопы еще в конце XVII столетия, но принимали за звезду. 13 марта 1781 года великий английский астроном Уильям Гершель открыл ее заново. Новое небесное тело получило имя Уран, предложенное влиятельным редактором «Берлинского астрономического ежегодника» Иоганном Боде.

В 1766 году немецкий астроном Иоганн Тициус фон Виттенберг заметил, что орбитальные радиусы всех известных тогда планет, за исключением Меркурия, можно приближенно описать простой геометрической прогрессией. Из этого следовало, что на расстоянии 2,8 а.е. от Солнца, между Марсом и Юпитером, должна находиться еще одна планета, которая явно отсутствовала. В 1772 году Боде предположил, что это небесное тело все же существует, просто его еще никто не наблюдал. Радиус открытого вскоре Урана соответствовал формуле Тициуса, так что гипотеза Боде выглядела еще более убедительной. В 1789 году австрийский профессор астрономии барон Франц Ксавер фон Зак убедил две дюжины коллег приступить к систематическому отлову планеты-беглянки. Хотя члены первого в истории астрономии исследовательского консорциума трудились не покладая рук, победа досталась чужаку. 1 января 1801 года директор Палермской обсерватории Джузеппе Пиацци случайно заметил быстро перемещающуюся на фоне неподвижных звезд светящуюся точку. Так была открыта Церера, самая крупная малая планета с экваториальным радиусом около 500 км, которая оказалась в точности на расчетном расстоянии от Солнца. В последующие шесть лет астрономы обнаружили ее трех небесных сестер, также получивших имена античных богинь, – Палладу, Юнону и Весту. Многие астрономы причислили их к планетам, но Гершель не поддался этой иллюзии и придумал для новооткрытых тел название «астероиды», то есть «подобные звездам» (в тогдашние телескопы они, как и звезды, были видны как точки, а не диски). Термин стал общепризнанным в 1840-х, когда после долгого перерыва было открыто большое количество новых мини-планет.

На кончике пера

Тогда же имело место первое расширение границ Солнечной системы. В конце XVIII столетия астрономы заметили, что Уран отклоняется от ньютоновской орбиты. Осенью 1845 года английский математик Джон Адамс доказал, что эти аберрации можно объяснить наличием трансурановой планеты, и вычислил, где ее нужно искать, но его работа была опубликована лишь спустя пять лет. Летом 1846 года француз Урбен Леверье самостоятельно получил аналогичные результаты и немедленно поделился ими с берлинским астрономом Иоганном Готфридом Галле. 23 сентября тот впервые наблюдал новую планету, которую после очередной интернациональной перебранки назвали Нептуном.

Эта история отчасти повторилась и в наше время. В начале XX века астрономы усомнились, что все аберрации орбиты Урана объясняются притяжением Нептуна. Американцы Уильям Пикеринг и Персиваль Лоуэлл вычислили координаты гипотетического транснептуна; Лоуэлл назвал его планетой Х. В 1911 году индус Венкатеш Кетакар рассчитал некоторые параметры ее орбиты, и, как оказалось позднее, вполне точно. После смерти Лоуэлла поиски планеты Х заглохли. В 1929 году за них взялись заново с помощью специально изготовленного для этих целей 31-сантиметрового телескопа с фотокамерой. После трудоемких просмотров тысяч снимков Клайд Томбо 18 февраля 1930 года впервые обнаружил долгожданную планету. Для нее были предложены десятки имен, но в конце концов новая планета была названа Плутоном.

Двадцать лет назад к этому нечего было бы добавить. Однако в 1993 году американский астроном Майлс Стэндиш математически доказал, что крошечный Плутон практически не влияет на движение Нептуна! Кетакару и Томбо помогли не только знания и трудолюбие, но и обычное везение.

Транснептуновое кольцо

Открытие Плутона вызвало к жизни смелую гипотезу, которую выдвинул основатель астрономического отделения Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Фредерик Леонард, первый президент Общества по исследованию метеоритов. В 1930 году он предсказал, что Плутон всего лишь первый член семейства транснептуновых объектов, «которые еще ожидают своего открытия».

Несколько позднее эта идея осенила ирландца Кеннета Эджворта, подполковника саперных войск британской армии, который, выйдя в отставку, всерьез занялся теоретической астрономией. В 1943 году он опубликовал в «Журнале Британской астрономической ассоциации» статью «Эволюция нашей планетарной системы», где утверждал, что за Нептуном может находиться множество тел, образовавшихся на заре существования Солнечной системы. По военному времени на нее не обратили внимания, но через шесть лет Эджворт представил эти же выкладки на страницах престижных «Ежемесячных записок Королевского астрономического общества». Еще два года спустя известный астроном Джерард Койпер поместил главу с аналогичными выводами в коллективном труде о Солнечной системе. И Эджворт, и Койпер писали о вращающемся за Нептуном плоском кольце небольших (по мнению Койпера, километровой величины) тел, служащем основным источником комет (в этом они промахнулись, прав был Оорт, который понял, что кометы главным образом приходят из сферического облака, отстоящего от орбиты Нептуна на огромное расстояние). Койпер также считал, что от древнего транснептунового кольца сохранилось очень немного, поскольку гравитационные возмущения Плутона отбросили большинство его объектов к облаку Оорта. Причина этой ошибки сейчас понятна – Койпер приписывал Плутону чересчур большую массу. Однако в идеях Эджворта и Койпера имелось рациональное зерно, которое распознали, когда обоих уже не было в живых. Гипотеза транснептунового кометного кольца была практически забыта сразу после ее появления.

Пояс Койпера

Ситуация изменилась три десятка лет назад, причем опять-таки из-за комет. Долгое время астрономы полагали, что любая короткопериодическая комета когда-то была вытянута из облака Оорта притяжением планет-гигантов и заключена в плен в пределах их орбит. Однако в 1970-х было обнаружено, что даже Юпитер улавливает лишь десятую долю процента от количества внешних комет, а прочие вновь отбрасываются в направлении облака. Это означало, что короткопериодические кометы должны появляться с куда меньшей частотой, чем это происходит в действительности!

Первым попытался объяснить это противоречие работавший в Германии парагвайский астроном Хулио Фернандес. Ознакомившись с работами Койпера и Уиппла, он решил проверить, не служит ли их гипотетическое кольцо источником короткопериодических комет. Компьютерная модель показала, что внутренняя зона кольца в течение столетия способна поставить в окрестности Нептуна до двухсот тел нужного размера, из которых примерно дюжина превращается в кометы. Эта опубликованная в 1980 году оценка выглядела заниженной, но для начала весьма приемлемой.

Подлинный прорыв случился через восемь лет. Канадские астрофизики Мартин Дункан, Томас Квинн и Скотт Тремейн вычислили, что транснептуновое кольцо способно поставлять согласующееся с астрономическими наблюдениями число комет, если его суммарная масса составляет лишь десятые доли массы Земли, причем при таком расходе материала кольцо вполне могло сохраниться с ранней юности Солнечной системы.

Там, за Плутоном

Дункан c соавторами пришли к выводу, что кольцо содержит более тысячи тел, которые различимы в мощные телескопы как светила 22-й величины. Астрономам-наблюдателям теперь было чем заняться. Первый успех достался Дэвиду Джуитту и Джейн Лу из Астрономического института Гавайского университета. Работая с 224-сантиметровым телескопом, установленным на плоской вершине 4205-метрового потухшего вулкана на Большом острове Гавайского архипелага, 30 августа 1992 года с помощью компьютерного анализа снимков они выявили медленно перемещающийся по небосводу тусклый объект. Последующие наблюдения показали, что он отстоит от Солнца на 40 а.е. и имеет поперечник около 250 км. Джуитт и Лу отправили эту информацию в Центр малых планет Международного астрономического союза. 14 сентября директор Центра Брайан Марсден официально заявил об открытии нового астероида с прозаическим названием 1992 QB1 (с 1925 года малые планеты регистрируют с помощью буквенно-цифрового кода, в котором содержатся сведения о времени первого наблюдения). Это был первый обитатель койперовского пояса.

Джейн Лу, которая ушла из астрономии и сейчас занимается лазерами в Массачусетсском технологическом, рассказала «ПМ», что они с Джуиттом приступили к поискам транснептуновых объектов задолго до публикации статьи группы Дункана, а после ее выхода в свет поняли, что находятся на верном пути. Открытие 1992 QB1 было воспринято астрономами как подтверждение основных выводов группы, и эстафету подхватили другие ученые. К лету 1996 года Центр малых планет зарегистрировал больше 30 койперовских объектов (КО) поперечником от 100 до 400 км.

За 15 лет о поясе Койпера узнали довольно много. Его внутренняя граница отстоит от Солнца на 30 а.е., внешняя – на 50 а.е. КО вращаются в различных плоскостях, однако их углы с плоскостью эклиптики, скорее всего, не превышают 200. Суммарная масса вещества пояса служит предметом дискуссий, но почти наверняка она никак не меньше, чем треть массы Земли (по другим оценкам, она может составлять 30 земных масс).

Обитатели заплутонья

Классические КО обращаются вокруг Солнца почти по круговым путям, лежащим диапазоне 42–45 а.е. Другие КО движутся по более вытянутым орбитам и иногда подходят к Солнцу ближе, чем Нептун. В этом они напоминают Плутон, почему и получили название «плутино» (плутончики). Общее число плутино и классических КО поперечником более 100 км сейчас оценивается в 70 000. Тел километровых размеров должно быть гораздо больше – порядка 100 млн. Помимо этого имеется до 30 000 транснептуновых тел, которые в перигелии подходят к Солнцу примерно на 40 а.е., но в афелии уходят от него на десятки и сотни а.е. Их называют объектами рассеянного диска и даже не всегда считают обитателями пояса Койпера. В конце этого года вступит в действие новейший телескоп Гавайского университета PS1, установленный в обсерватории Халекала на острове Мауи. Он будет осуществлять поиск движущихся объектов по всему небосводу. Его зеркало не так уж велико, всего 180 см, но зато он оснащен самой мощной в мире цифровой астрокамерой в 1400 мегапикселей. Каждую звездную ночь она будет посылать в компьютерный центр до 2000 Гб информации. Держись, пояс!

Планеты-карлики

Первые КО были невелики, но в нашем десятилетии астрономы обнаружили в поясе гораздо бОльшие тела, такие как классические КО 2003 EL61 (экваториальный диаметр 1960 км) и 2005 FY9 (около 1800 км). Крупнейший из известных сегодня объектов рассеянного диска – планетоид 2003 UB313, известный под именем Эрида. Его поперечник оценен в 2400 км, что превышает диаметр Плутона. Три года назад был открыт совсем уж необычный член транснептуновой популяции, 1800-километровый планетоид 2003 VB12, названный Седной в честь морской богини инуитов. Перигелий Седны составляет 75 а.е., так что она не относится и к объектам рассеянного диска. В афелии этот планетоид удаляется от нашего светила на 900 а.е., то есть на 10% расстояния до внутренней границы облака Оорта. Не исключено, что когда-то Седна была ближе к Солнцу, но ее увлекло за собой притяжение блуждающей звезды. Являются ли эти объекты планетами или планетоидами? Плутон получил свой статус в немалой степени из-за «пропаганды» руководителей обсерватории Лоуэлла, которым очень хотелось стать первооткрывателями планеты, а не какой-то мелочи. Однако Генеральная ассамблея МАС 24 августа 2006 года лишила Плутон звания планеты, а остальные крупные объекты пояса Койпера – надежды когда-либо стать планетами. Недавние открытия крупных тел в поясе Койпера и за его пределами известны всем, но астрономия живет не одними сенсациями. Вот что рассказал «ПМ» профессор Гавайского университета Дэвид Джуитт: «В последние годы в поясе было выявлено немало двойных объектов, и сейчас стало очевидным, что их там очень много. Они могли образоваться лишь при куда большей плотности вещества, нежели та, что существует ныне. Это означает, что в первую сотню миллионов лет существования Солнечной системы пояс был заселен в сто, а может, и в тысячу раз гуще. Кроме того, интересные результаты были получены при спектральном анализе света, отраженного от поверхности КО. Некоторые КО в изобилии содержат обыкновенный лед, а некоторые покрыты замерзшим метаном. Открытие первых КО не только показало, что Солнечная система гораздо больше, чем думали раньше, но и убедило астрономов, что ее периферия еще очень плохо исследована. А значит, работы нам хватит надолго».

Дальняя разведка

Исследователи пояса Койпера практически не имели добычи от дальних космических зондов. Pioneer 10 пересек орбиту Нептуна в 1983 году и удалился от Солнца на 90 а.е., но его счетчик космических пылевых частиц прекратил функционировать еще до прохождения сквозь пояс Койпера. Кое-какую информацию о составе пояса дали плазменные детекторы зондов Voyager 1 и Voyager 2, но и они давно покинули поясную зону. Вся надежда на запущенную 19 февраля 2006 года автоматическую станцию New Horizons («Новые горизонты»). В 2015-м она долетит до Плутона и его лун Харона, Никса и Гидры, после чего войдет в пояс Койпера и пролетит как минимум около одного из КО. Станция оснащена счетчиком пылевых частиц, 6-см телескопом, оптическим, инфракрасным и ультрафиолетовым спектрометром и рядом других приборов.
Прощание с Плутоном

24 августа в Праге после ожесточенных споров Генеральная ассамблея Международного астрономического союза (МАС) проголосовала за новое определение, которое автоматически лишило Плутон гордого звания планеты, присвоенного ему тем же МАС в 1930 году. Согласно новому определению, планетой Солнечной системы будет считаться тело, 1) вращающееся по орбите вокруг Солнца; 2) имеющее достаточную массу для того, чтобы сформировать под действием собственного гравитационного поля гидростатически равновесную форму (близкую к сферической) и 3) «расчистившее» область в районе своей орбиты от более мелких объектов. Таким образом, в Солнечной системе стало всего восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Тела, не удовлетворяющие третьему условию, но не являющиеся спутниками, теперь будут называть карликовыми планетами – к ним относят теперь Плутон, Цереру и Ксену. Все остальные тела, кроме спутников, называются «малыми телами Солнечной системы». Это большинство астероидов, комет и объектов пояса Койпера. Впрочем, определение карликовой планеты «будет уточняться». Плутон же, как особо указано в специальной резолю-ции 6А, является карликовой планетой, но, видимо, в знак исторического признания МАС утвердил его в качестве образца нового класса объектов. Название этого класса еще пока не утверждено. Между тем, многие астрономы считают, что определение планеты, принятое МАС, очень противоречиво (в особенности условие номер 3). Алан Стерн, руководитель программы исследований миссии New Horizons, отправленной к Плутону в начале этого года, считает, что определение попросту ненаучно, и призывает пересмотреть его: «В таком случае Земля тоже не является планетой, ведь ее орбиту тоже пересекают тысячи астероидов». Майкл Мумма, научный руководитель отделения планетологии и астрофизики Годдардовского центра космических полетов, тоже придерживается такого мнения: «Это очень спорное определение, и оно останется таковым еще долго. Хотя лично мне, в общем-то, безразлично, какие небесные тела будут называть планетами, а какие – иначе. В принципе любой спутник Солнца можно считать планетой, так что лучше не спорить о названиях, а исследовать конкретные свойства всех этих тел».
Небесные странницы

Кометы подразделяются на две группы. Большинство комет огибают Солнце в любой плоскости и в любом направлении, причем с очень большой скоростью (что как раз и доказывает, что они пришли с огромного расстояния). Их периоды составляют сотни, тысячи и миллионы лет, и поэтому такие кометы называют долгопериодическими. Вот уже более 50 лет считается несомненным, что эти кометы приходят из облака Оорта. Кометы другой группы называют короткопериодическими. Их много меньше, чем долгопериодических, да и светят они не так ярко. Эллиптические траектории абсолютного большинства комет этой группы наклонены к плоскости эклиптики не более чем на 30 градусов. Они совершают полный оборот вокруг Солн-ца за годы или десятки лет и уходят не так уж далеко, максимум до орбиты Плутона. Это означает, что в облако Оорта они уже не возвращаются. Поскольку при каждом сближении с Солнцем такие кометы из-за испарения теряют часть своего вещества, жизнь их неизмеримо короче возраста Солнечной системы.
Зародыши планет

Происхождение КО окончательно не выяснено. Скорее всего, в большинстве своем это планетезимали, относительно небольшие сгущения вещества газопылевого облака, окружавшего юное Солнце. Когда-то планеты и их спутники возникли в ходе столкновения и слипания планетезималей. Сильно модифицированные планетезимали продолжают существовать в главном поясе астероидов (где мощные гравитационные возмущения Юпитера препятствовали формированию крупной планеты), а в поясе Койпера они сохранились практически в первозданном виде. Крупные КО также могли образоваться в процессе планетезимальных столкновений (впрочем, эта теория нуждается в доводке).