Девятая планета — гипотетическая планета во внешней области Солнечной системы, гравитационное притяжение которой может объяснить среднюю аномалию в распределении орбит обособленных транснептуновых объектов (ТНО), обнаруженных в основном за пределами пояса Койпера в рассеянном диске. Неоткрытая планета размером с мининептун должна иметь массу 5—10 M⊕, диаметр в два—четыре раза больше земного и вытянутую орбиту с периодом обращения приблизительно 15 тысяч земных лет. На сегодняшний день поиски Девятой планеты не увенчались успехом.
Предположение, что кластеризация орбит самых отдалённых объектов была обусловлена влиянием планеты за пределами орбиты Нептуна, возникло в 2014 году, когда астрономы Чедвик Трухильо и Скотт Шеппард отметили сходство в орбитах Седны, и нескольких других объектов. В начале 2016 года Константин Батыгин и Майкл Браун описали, как похожие орбиты шести ТНО могут быть объяснены Девятой планетой, и предложили возможные параметры её орбиты; эта гипотеза также может объяснить существование ТНО с орбитами, перпендикулярными плоскости вращения внутренних планет и других с экстремальным наклоном, а также наклон оси вращения Солнца. Они предполагают, что Девятая планета является ядром зарождающегося газового гиганта, который был выброшен со своей первоначальной орбиты Юпитером во время формирования Солнечной системы. Также Константином Батыгиным и Майклом Брауном предполагается, что планета могла быть захвачена от другой звезды, являться захваченной планетой-сиротой или что она сформировалась на отдалённой орбите, которую вытянула проходящая близко звезда, хотя в дальнейшем внесолнечная гипотеза происхождения планеты была отвергнута.
В августе 2023 года вышла статья японских учёных, которые исследовали влияние гипотетической планеты в поясе Койпера на орбиты транснептуновых объектов. По их выводам, на астероиды влияет планета с массой порядка полутора—трёх масс Земли, вращающаяся вокруг Солнца на удалённой орбите с большой полуосью порядка 250—500 а.е., перигелием порядка 200 а.е. и наклоном оси примерно в 30 градусов.
История гипотезы
Ранние предположения (2014) В 2014 году астрономы Чедвик Трухильо и Скотт Шеппард обнаружили, что некоторые далёкие объекты пояса Койпера имеют аргумент перигелия, близкий к нулю. Это значит, что они пересекают плоскость эклиптики с юга на север примерно во время прохождения перигелия. Трухильо и Шеппард заметили, что такое совпадение может быть результатом одного из вариантов эффекта Лидова — Козаи, если предположить, что в облаке Оорта существует массивная планета. Однако резонанс Лидова — Козаи не объяснял, почему все объекты из рассмотренной группы пересекают плоскость эклиптики в перигелии в одном и том же направлении (с юга на север).
В том же году испанские астрономы из Мадридского университета подтвердили, что такое совпадение маловероятно и не может быть объяснено наблюдательной селекцией. Они предположили наличие суперземли массой 10 на расстоянии примерно 250 а.е. и более удалённой планеты с массой в диапазоне от массы Марса до массы Урана. Позже они предположили существование за пределами орбиты Плутона двух крупных суперземель, проведя компьютерное моделирование динамики 7 транснептуновых объектов ((90377) Седна, (148209) 2000 CR105, (474640) Аликанто, 2007 TG422, 2010 GB174, 2012 VP113, 2013 RF98) с использованием метода Монте-Карло.
Батыгин и Браун (2016)
Константин Батыгин и Майкл Браун, пытаясь опровергнуть эти гипотезы, напротив, заметили, что у всех шести известных на 2015 год обособленных транснептуновых объектов (Седны, , , (474640) Аликанто, и ), большая полуось которых больше 250 а. е., не только практически совпадает аргумент перигелия, но и их орбиты ориентированы в пространстве приблизительно одинаково. То есть у них маленький разброс в долготе восходящего узла и наклонении орбиты. Путём моделирования было показано, что вероятность такого совпадения равна 0,007 %, даже с учётом наблюдательной селекции. Такое совпадение особенно странно из-за того, что перигелии небесных тел смещаются со временем с разной скоростью. По выражению Майкла Брауна, это соответствует тому, что если бы вы взглянули в случайный момент на часы с шестью стрелками, движущимися с разными скоростями, и оказалось, что они совпали. Эти наблюдения позволили Майклу Брауну оценить вероятность реального существования планеты в 90 %.
Используя аналитическую теорию возмущений и компьютерное моделирование, Батыгин и Браун показали, что подобное выравнивание орбит может быть объяснено наличием одной массивной планеты массой порядка 10 , с большой полуосью порядка 400— а. е. и эксцентриситетом порядка 0,5—0,8. Кроме того, эта модель планеты-пастуха позволила объяснить другие особенности орбит объектов пояса Койпера. Например, почему Седна и , которые никогда не подходят близко к Нептуну, имеют такой большой эксцентриситет. Более того, эта модель предсказывает, что существуют объекты в поясе Койпера с орбитами, перпендикулярными плоскости эклиптики. За последние годы было найдено несколько таких объектов: , , , , , . Гипотеза о существовании Девятой планеты удовлетворяет критерию Поппера, то есть приводит к предсказаниям, которые могут быть проверены вне зависимости от непосредственного наблюдения данной планеты.
Гипотезы об истории образования
В Солнечной системе
Формирование Девятой планеты зависело от её строения. Если она похожа на газовую планету, то, по самой реалистичной на данный момент теории, это означает, что она наращивала газовую оболочку на твёрдом скалистом ядре. В другом случае, если эта планета — суперземля, то она, как и другие планеты земной группы, слипалась из мелких осколков, астероидов и планетезималей, постепенно обретая массу.
Но есть одна проблема: по словам Брауна и Батыгина, Солнечная туманность должна быть «слишком исключительной, чтобы могла сформироваться планета на такой далёкой и эксцентричной орбите», и они полагают, что она сформировалась ближе к Солнцу, а затем была выкинута Юпитером или Сатурном во время небулярной эпохи во внешние края Солнечной системы, по механизму, напоминающему выталкивание пятой планеты-гиганта в последних вариантах модели Ниццы. По текущим оценкам Батыгина, это могло произойти в период между тремя и десятью миллионами лет после формирования Солнечной системы и не повлияло на позднюю тяжёлую бомбардировку, для которой, как считает Батыгин, потребуется другое объяснение.
Она может быть прямым подтверждением моделирования истории передвижения орбит планет в Солнечной системе, в том числе нерешённой проблемы миграции Юпитера, который, согласно результатам моделирования, должен был выйти на устойчивую орбиту гораздо ближе к Солнцу. Согласно компьютерному моделированию Дэвида Несворны из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере (США) и Алессандро Морбиделли из Обсерватории Лазурного берега (Франция), при добавлении пятого газового гиганта шанс образования сегодняшнего вида Солнечной системы увеличивается больше чем в 20 раз по сравнению с ситуацией без него и с большим количеством планетезималей.
Согласно этой теории, Юпитер должен был постепенно перемещаться вовнутрь Солнечной системы — вернуться на современную орбиту он мог только скачком, вытолкнув с орбиты у Солнца достаточно массивный объект. Но так как Уран и Нептун всё же находятся на круговых и устойчивых орбитах, они не могли послужить толчком для Юпитера. Следовательно, он должен был выбросить неизвестную ранее планету, которой, судя по вытянутости орбиты, может быть Девятая планета. Однако по модели Несворны пятая планета-гигант была выброшена из Солнечной системы навсегдаNola Taylor. Our early solar system may have been home to a fifth giant planet , Aug. 11, 2015.
Если Юпитер выкинул Девятую планету на вытянутую орбиту на достаточно ранних стадиях миграции планет, можно узнать дополнительные факты об истории Солнечной системы. В частности, в начале марта 2016 года группа учёных из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и университета Мичигана на основе моделирования методом Монте-Карло предположила, что за 4,5 миллиарда лет существования и развития Солнечной системы была 10—15-процентная вероятность вылета Девятой планеты за пределы Солнечной системы при условии близкого прохождения другой звезды. Это значит, что за всю историю планетарной системы она сама не приближалась достаточно близко к массивным объектам.
В качестве экзопланеты Александр Мастилл вместе с астрономами из Лунда и Бордо компьютерным моделированием показали, что Девятая планета могла сформироваться в другой звёздной системе, а при её прохождении возле Солнечной поменять свою родительскую звезду на Солнце. Исследование было опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters. Ирония в том, что астрономы обычно находят экзопланеты в сотнях световых годах от нас в других солнечных системах, и вот одна из них может прятаться у нас на заднем дворе.
Данное предположение может оказаться верным, если Девятая планета была захвачена Солнцем в ранние моменты формирования Солнечной системы, когда звёзды ещё не успели отдалиться друг от друга после своего образования в туманности. В то время у проходящей достаточно близко звезды могло не хватить гравитации для удержания планеты на своей орбите, и она перешла на более эксцентриситетичную орбиту молодому Солнцу:
Девятую планету могли вытолкнуть другие планеты, и когда она оказалась на орбите, которая была слишком вытянутой по отношению к звезде, наше солнце воспользовалось возможностью украсть и захватить девятую планету у другой звезды. Когда позже Солнце вышло из звёздного скопления, в котором родилось, Девятая планета уже осталась на орбите нашей звезды.
Однако для такого сценария требуется выполнение нескольких условий, которые были использованы в компьютерном моделировании: звёзды в кластере движутся с низкими скоростями (около 1 км/сек); Солнце должно проходить рядом с родительской звездой Девятой планеты около 150 а. е., чтобы избежать возмущений пояса Койпера; чтобы гравитация Солнца смогла преодолеть силу притяжения родительской звезды, Девятая планета должна находиться на орбите с радиусом примерно в 100 а. е.; после захвата Солнцем экзопланеты удаётся примерно воспроизвести текущую динамическую конфигурацию Солнечной системы.
В качестве первичной чёрной дыры В 2019 году астрономы Якуб Шольц () из Даремского университета и Джеймс Анвин () из Иллинойсского университета в Чикаго выдвинули теорию, благодаря которой объясняются траектории небесных тел и явления микролинзирования в направлении балджа Млечного Пути. Согласно их выкладкам, оба эффекта могла бы оказывать небольшая чёрная дыра с массой в пять земных и радиусом 4,5 сантиметра, сформировавшаяся в ранней Вселенной и захваченная гравитацией Солнца.
Параметры Варианты характеристик Девятой планетыРаботаБатыгинаи БраунаМоделированиеэволюции иатмосферыПервоеисследованиерезонансовВтороеисследованиерезонансов Публикация 20.01.2016 07.03.2016 02.06.2016 23.12.2016 Перигелий(в а. е.) ~ 280 Афелий(в а. е.) ~ 1120 ~ 948 Большая полуось(в а. е.) ~ 700 ~ 665 ~ 654 Эксцентриситет(e) ~ 0,6 ~ 0,45 Период обращения(в годах) ~ 15 000 ~ 17 117 ~ 16 725 Средняя аномалия(M) ~ 180° ~ 180° Наклонение(i) ~ 30° 18° при Ω = 101°48° при Ω = −5° ~ 30° Долгота восходящего угла(Ω) ~ 102° 101° при i = 18°-5° при i = 48° ~ 50° Аргумент перицентра(ω) ~ 150° ~ 150° Средний радиус(в км) 13 000 — 26 000 18 600 при 5 23 300 при 10 29 400 при 20 40 300 при 50 Средний радиус(в ) 2,04 — 4,08 2,92 при 5 3,66 при 10 4,62 при 20 6,32 при 50 Масса(в ) ~ 10 ~ 10 6 — 12 Альбедо ~ 0,4 Видимаязвёзднаявеличина >22 — >25 >24,3 при 5 >23,7 при 10 >23,3 при 20 >22,6 при 50 Абсолютнаязвёзднаявеличина 14,6 при 5 11,7 при 10 9,2 при 20 5,8 при 50 Температура(в ) -226
Орбита
Расчёты Брауна и Батыгина