Ниц планета: гипотеза и критика

Ниц планета — гипотетическое небесное тело, существование которого предполагается за орбитой Нептуна для объяснения аномалий в движении транснептуновых объектов (ТНО). Гипотеза, выдвинутая в 2014—2016 годах астрономами Константином Батыгиным и Майклом Брауном (Калифорнийский технологический институт), предполагает наличие планеты с массой около 10 масс Земли, движущейся по вытянутой орбите с периодом обращения 10—20 тысяч лет. Название «Ниц» (от лат. Nix — снег, лёд) не является официальным и используется в научно-популярной литературе; в профессиональной среде объект чаще обозначают как «Планета Девять» (Planet Nine) или «Гипотетическая планета X». Гипотеза остаётся спорной: прямых наблюдений планеты не проведено, а аргументы в её пользу основаны на статистическом анализе орбит далёких ТНО.

История гипотезы

Предпосылки

Идея существования планеты за орбитой Нептуна восходит к XIX веку. После открытия Нептуна (1846) астрономы заметили расхождения между предсказанной и наблюдаемой орбитой Урана, что привело к поискам «планеты X». В 1930 году был открыт Плутон, но его масса оказалась недостаточной для объяснения аномалий. В 1990-х годах, с открытием пояса Койпера и рассеянного диска, стало ясно, что внешняя часть Солнечной системы населена множеством малых тел, орбиты которых подвержены гравитационным возмущениям.

Современная формулировка

В 2014 году астрономы Чедвик Трухильо и Скотт Шеппард (Обсерватория Джемини) опубликовали статью, в которой указали на необычное скучивание орбит нескольких далёких ТНО — объектов с большими полуосями более 250 а.е. Они предположили, что это может быть вызвано гравитационным влиянием массивной планеты. В 2016 году Константин Батыгин и Майкл Браун представили детальное моделирование, показавшее, что орбиты шести известных ТНО (включая Седну, 2012 VP113, 2004 VN112) выровнены в пространстве с вероятностью случайного совпадения около 0,007 %. Они предсказали параметры гипотетической планеты: масса 5–10 масс Земли, большая полуось 400–800 а.е., эксцентриситет 0,2–0,6, наклонение около 30°.

Последующие исследования

В 2017–2023 годах были проведены многочисленные поиски «Планеты Девять» в оптическом, инфракрасном и радиодиапазонах. Наиболее масштабные обзоры — Pan-STARRS (Гавайи), ZTF (Паломарская обсерватория), Subaru Telescope — не дали положительных результатов. В 2021 году группа под руководством Майкла Брауна опубликовала анализ данных, сузивший возможные параметры орбиты: планета, скорее всего, находится вблизи апогелия (наиболее удалённой точки орбиты) и имеет видимую звёздную величину слабее 22–23m. В 2023 году исследование с использованием данных космического телескопа «Уэбб» (JWST) не выявило кандидатов в предполагаемой области.

Аргументы в пользу гипотезы

Кластеризация орбит ТНО

Основной аргумент — статистически значимое группирование перигелиев (точек наибольшего сближения с Солнцем) далёких ТНО в узком диапазоне долгот. По состоянию на 2024 год известно около 15 объектов с большими полуосями > 250 а.е., у которых перигелии расположены в секторе 30–50° относительно плоскости эклиптики. Моделирование показывает, что без внешнего возмущения вероятность такого распределения составляет менее 0,1 %.

Наклонение орбит

Многие далёкие ТНО имеют высокие наклонения (до 30–40°), что трудно объяснить гравитационным влиянием известных планет-гигантов. Гипотетическая планета, движущаяся по наклонённой орбите, может «заметать» эти объекты, изменяя их наклонения.

Происхождение Седны и подобных объектов

Седна (открыта в 2003 году) имеет крайне вытянутую орбиту с перигелием 76 а.е. и афелием 937 а.е. Её происхождение необъяснимо в рамках стандартной модели эволюции пояса Койпера. «Планета Девять» может захватывать объекты из рассеянного диска и переводить их на орбиты типа Седны.

Критика и альтернативные объяснения

Отсутствие прямых наблюдений

Главная проблема гипотезы — отсутствие обнаружения планеты, несмотря на многолетние поиски. Если планета существует, её видимая звёздная величина должна быть около 22–24m, что доступно для крупных телескопов, но требует длительных экспозиций. Возможные причины ненаблюдения: планета находится вблизи Млечного Пути (где звёздный фон затрудняет поиск), имеет низкое альбедо (тёмная поверхность) или находится на очень удалённой орбите (более 1000 а.е.).

Статистическая неопределённость

Критики, в том числе астрономы Кори Шенкман (Университет Виргинии) и Саманта Лоулер (Университет Регины), указывают, что выборка ТНО, используемая для доказательства кластеризации, мала и подвержена наблюдательной селекции. Большинство далёких ТНО были открыты в обзорах, нацеленных на определённые участки неба, что может создавать ложное впечатление группирования. В 2020 году исследование с использованием данных обзора OSSOS (Outer Solar System Origins Survey) показало, что при учёте наблюдательных смещений кластеризация может быть статистически незначимой.

Альтернативные модели

• Гравитационное влияние галактики: Приливные силы Млечного Пути могут возмущать орбиты далёких ТНО, особенно на расстояниях > 500 а.е. Однако моделирование показывает, что этот эффект слишком слаб для объяснения наблюдаемых аномалий.
• Прохождение звезды: Гипотеза о том, что около 1–2 миллиардов лет назад мимо Солнечной системы прошла другая звезда, могла бы объяснить необычные орбиты. Однако вероятность такого события мала, и оно не объясняет все особенности.
• Множество малых планет: Некоторые исследователи предполагают, что вместо одной массивной планеты может существовать рой из нескольких десятков карликовых планет (массой 0,1–0,5 массы Земли), чьё коллективное влияние создаёт наблюдаемый эффект. Это объяснение требует сложного моделирования и пока не получило подтверждения.

Физические ограничения

Если «Планета Девять» существует, её формирование на таком удалении от Солнца проблематично. Согласно современным теориям, планеты-гиганты формируются в протопланетном диске на расстояниях до 30–50 а.е. Для объяснения появления планеты на 400–800 а.е. требуются либо миграция из внутренних областей (что маловероятно из-за гравитационного рассеяния), либо захват из межзвёздного пространства (что также маловероятно).

Поиски и современное состояние

Методы поиска

• Оптический диапазон: Обзоры Pan-STARRS, ZTF, DECam (Тёмная энергетическая камера) сканируют небо в поисках медленно движущихся объектов. Планета должна иметь собственное движение около 1–2 угловых секунд в год.
• Инфракрасный диапазон: Космический телескоп «Уэбб» (JWST) способен обнаруживать объекты с температурой около 40–50 К (характерной для тел на таких расстояниях) в среднем инфракрасном диапазоне. Однако его поле зрения ограничено, что делает полный обзор неба непрактичным.
• Радиоизлучение: Планета может быть обнаружена по тепловому радиоизлучению (миллиметровый диапазон) с помощью ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). В 2022 году ALMA провела поиск в трёх областях, соответствующих предсказанным орбитам, но не обнаружила кандидатов.

Перспективы

В 2024–2025 годах ожидается ввод в строй Обсерватории Веры Рубин (LSST, Чили), которая будет проводить десятилетний обзор всего южного неба. Её чувствительность (до 24,5m) и широкое поле зрения (9,6 квадратных градусов) позволят либо обнаружить «Планету Девять», если она существует, либо наложить жёсткие ограничения на её параметры. Если планета не будет найдена в течение 5–10 лет после начала работы LSST, гипотеза, вероятно, будет отвергнута.

Культурное значение

Гипотеза «Ниц планеты» широко освещается в научно-популярной литературе и СМИ. Она стала темой документальных фильмов (например, «Планета Девять: поиски девятой планеты», 2018) и научно-фантастических произведений. В 2021 году астрономы из Калифорнийского технологического института провели онлайн-опрос, показавший, что около 60 % профессиональных астрономов считают гипотезу вероятной, но требующей подтверждения.

Источники

• Batygin, K., Brown, M. E. (2016). «Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System». The Astronomical Journal, 151(2), 22.
• Trujillo, C. A., Sheppard, S. S. (2014). «A Sedna-like Body with a Perihelion of 80 AU». Nature, 507, 471–474.
• Shankman, C., et al. (2017). «OSSOS. VI. Striking Biases in the Detection of Large Semimajor Axis Trans-Neptunian Objects». The Astronomical Journal, 154(2), 50.
• Brown, M. E., Batygin, K. (2021). «The Orbit of Planet Nine». The Astronomical Journal, 162(5), 219.
• Lawler, S. M., et al. (2021). «The Outer Solar System Origins Survey (OSSOS): A Review». Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 133(1025), 074201.