Czy w Układzie Słonecznym znajduje się nieznana nam planeta?

Być może Układ Słoneczny ma dziewięć planet. Dwóch naukowców z USA uważa, że rozmieszczenie orbit kilku obiektów poza orbitą Neptuna wskazuje na obecność dużej, nieznanej planety na krańcach naszego układu.

Hipotetyczna planeta może okrążać Słońce raz na 10-20 tysięcy lat, w odległości średnio dwudziestokrotnie dalszej niż Neptun. Jej masa byłaby 1. razy większa niż masa Ziemi.

Autorami artykułu, który ukazał się w środę w czasopiśmie _ „The Astronomical Journal” _ są Konstantin Batygin oraz Michael E. Brown z instytutu Caltech w Pasadenie (USA), specjaliści od badań dalekich obiektów w Układzie Słonecznym. Nowy potencjalny obiekt naukowcy nazwali Dziewiątą Planetą (_ Planet Nine _).

- To może być prawdziwa dziewiąta planeta. Od czasów starożytnych odkryto jedynie dwie prawdziwe planety w Układzie Słonecznym. Ta byłaby trzecia. Jest to dość znaczny fragment Układu Słonecznego, w którym ciągle można odkryć coś ciekawego - mówi Michael Brown.

Swoją hipotezę badacze opierają na analizie zgrupowania sześciu znanych obiektów krążących poza orbitą Neptuna. Według przeprowadzonych obliczeń, istnieje jedynie 0,00. proc. szansy (jedna na 15000), że obserwowane cechy orbit tych obiektów są przypadkową zbieżnością.

Wpisuje się to w trwające od ponad 10. lat poszukiwania tzw. Planety X, czyli dużego obiektu poza orbitą Neptuna, zaburzającego ruch Urana i Neptuna. Obserwacje doprowadziły do odkrycia Plutona w 1930 roku, ale wkrótce okazało się, że Pluton jest zbyt mały, aby wytłumaczyć zaburzenia. Mimo tego, że badania w drugiej połowie XX wieku pozwoliły uściślić masę Neptuna na tyle, że problem zaburzeń zniknął, to obiektów poza Neptunem nadal poszukiwano.

Obecnie wiadomo, że poza orbitą Neptuna znajduje się bardzo dużo małych ciał, podobnych do planetoid krążących pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza. Ten odpowiednik pasa planetoid zwany jest pasem Kuipera.

Rola Browna jako odkrywcy potencjalnej dziewiątej planety, kontrastuje z jego wcześniejszą rolą „detronizatora Plutona”, bowiem to odkrycie przez Browna w 200. roku planety karłowatej Eris było jednym z argumentów za pozbawieniem Plutona miana dziewiątej planety Układu Słonecznego. W 2006 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna ustaliła definicję planety w Układzie Słonecznym, według której posiada on osiem planet, od Merkurego do Neptuna, a Pluton i kilka innych obiektów przypisano do nowej kategorii, tzw. planet karłowatych, czyli ciał pośrednich pomiędzy planetoidami a planetami.

W roku 201. Chad Trujillo oraz Scott Sheppard opublikowali artykuł, w którym wskazali, że 13 odległych obiektów w pasie Kuipera ma zbliżone cechy orbitalne. Jako wyjaśnienie zbieżności proponowali istnienie małej planety. Brown uważał, że rozwiązanie planetarne jest mało prawdopodobne, ale zajął się problemem dokładniej.

Brown wspólnie z Batyginem przez półtora roku analizowali odległe obiekty w pasie Kuipera, podchodząc do problemu z dwóch różnych perspektyw. Brown jako obserwator patrzący z perspektywy tego, co można zobaczyć na niebie i Batygin jako teoretyk analizujący fizyczne rozwiązania w dynamice orbit obiektów w Układzie Słonecznym.

Okazało się, że sześć najbardziej odległych obiektów z grupy, którą zbadali Trujillo i Sheppard, ma orbity eliptyczne wskazujące ten sam kierunek w przestrzeni. Jest to szczególnie zaskakujące w kontekście tego, że obiekty te poruszają się na krańcach Układu Słonecznego i z różnymi okresami.

„To tak, jakby mieć sześć wskazówek zegara poruszających się w różnym tempie i w momencie spojrzenia na nie, wszystkie są w tym samym miejscu”. - tłumaczy obrazowo Brown. Szansa na taką sytuację jest jak 1 do 100, ale dodatkowo orbity tych sześciu obiektów są nachylone w takim samym stopniu – wskazują ten sam kierunek około 30 stopni w stosunku do płaszczyzny orbit ośmiu planet Układu Słonecznego. A szansa na to, to już zaledwie 0,007 proc, czyli raczej nie powinno się to zdarzać przypadkowo.

Pierwszym rozważane wytłumaczenie było następujące: być może istnieje wystarczająco dużo obiektów w pasie Kuipera, z których części jeszcze nie odkryto, aby wywierać wpływ grawitacyjny na omawianą grupę ciał. Ale szybko okazało się to raczej niemożliwe, bowiem wymagałoby to tego, aby w pasie Kuipera było 10. razy więcej masy niż jest to szacowane obecnie.

Pozostała zatem do sprawdzenia idea istnienia dodatkowej planety. W wyniku przeprowadzonych symulacji okazało się, że najlepiej sytuację tę tłumaczy obecność masywnej planety z orbitą położoną w taki sposób, że jej najbliższy do Słońca punkt (peryhelium) jest położony w miejscu przeciwnym o 18. stopni w stosunku do peryheliów innych planet oraz obiektów pasa Kuipera.

Jak tłumaczy Batygin, naturalną odpowiedzią na taki scenariusz byłoby: "taka geometria orbit nie jest możliwa". Nie mogą być stabilne przez dłuższy czas, gdyż spowodowałyby ewentualną kolizję obiektów. Ale mechanizm zwany rezonansem ruchu średniego może uchronić przed scenariuszem zderzenia. Przykładowo na każde cztery obiegi wokół Słońca w przypadku Planety Dziewiątej, odległy obiekt pasa Kuipera pokonuje dziewięć swoich orbit, a nigdy się nie zderzają.

Istnienie Dziewiątej Planety pomaga wyjaśnić nie tylko nachylenie orbit obiektów w pasie Kuipera. Pozwala także wyjaśnić zagadkowe orbity dwóch z nich. Sedna, obiekt odkryty przez Browna w 200. roku, nigdy nie zbliża się do Neptuna, w przeciwieństwie do obiektów wyrzuconych grawitacyjnie przez Neptuna, które potem powracają w jego pobliże. Oddziaływanie Dziewiątej Planety powoduje, że orbity obiektów takich jak dwa wspomniane mogą być w sposób naturalny powoli oddalane, powodując ich mniejszy związek z Neptunem. Obliczenia wskazują także, że w pasie Kuipera mogą występować obiekty o orbitach położonych pionowo w stosunku do płaszczyzny Układu Słonecznego. Okazuje się, że w ostatnich latach obserwatorzy zidentyfikowali cztery obiekty poruszające się pionowo w stosunku do ruchu Neptuna. Ich orbity są zgodne z przewidywaniami symulacji uwzględniających Dziewiątą Planetę.

Skąd może pochodzić Dziewiąta Planeta? Jeżeli powstały cztery olbrzymie planety gazowe, to nie ma powodu uważać, że nie mogła uformować się także piąta. Jeśli zbliżyła się za bardzo do Jowisza i Saturna, mogła zostać wyrzucona na daleką eliptyczną orbitę. Część specjalistów ma jednak wątpliwości i wskazuje, że statystyczna niepewność wyniku ciągle jest większa niż zazwyczaj przyjmowana w badaniach naukowych, a zmniejszenie grupy analizowanych obiektów z 13 do 6 osłabia wnioski. Batygin i Brown mówią z kolei, że zdają sobie sprawę, że ogół astronomów uzna istnienie Planety X dopiero wówczas, gdy nastąpi bezpośrednie obserwacyjne odkrycie obiektu, a aktualnie wciąż jest to tylko hipoteza. Astronomowie uzyskali czas obserwacyjny na dużym 10-metrowym teleskopie na Hawajach, aby poszukiwać tej planety.