Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов

Рис. 3.9. Сравнительные размеры Земли, Луны и самых крупных транснептуновых объектов, включая пару Плутон/Харон. У некоторых других занептунных тел тоже установлено наличие спутников

Рис. 3.10. Как космический телескоп «Хаббл» видит карликовые планеты: Седна, Макемаке и Эрида со своим спутником Дисномия

Те транснептуновые объекты, на движение – т. е. на орбиты – которых тем или иным способом повлияла последняя из планет (Нептун, разумеется), относят к так называемому поясу Койпера. Некоторые из этих замерзших кусков состоят в разнообразных резонансах с Нептуном. Те, которые устроились в резонансе 3: 2, называются плутино (мн. ч.) по той причине, что именно в таком резонансе с Нептуном пребывает и сам Плутон, который относится не к «настоящим», а к карликовым планетам и по характеру своего движения тоже представляет собой плутино (ед. ч.). По мере удаления от Солнца встречаются тела и в других резонансных соотношениях, наиболее широко из которых представлены 5: 3 и (еще дальше от Солнца) 2: 1. А между ними (в интервале больших полуосей примерно от 42 до 48 а.е.) лежат орбиты большинства нерезонансных обитателей пояса Койпера: они «просто» летают, не приближаясь слишком сильно к Нептуну, который поэтому оказывает на них эпизодическое, нерегулярное воздействие. По этой причине параметры их орбит – если смотреть на весь этот класс в целом – распределены довольно хаотическим образом. А из-за того, что суммарная масса объектов пояса Койпера очень невелика – всего около 2 % массы Земли, друг на друга они влияют слабо. В целом в транснептуновом мире картина орбит, большие полуоси которых лежат в пределах 100 а.е., понятна в том отношении, что так или иначе отражает известное нам влияние больших планет Солнечной системы.

Тела на орбитах, проходящих еще дальше от Солнца, за пределами пояса Койпера, распределены более редко и составляют так называемый рассеянный диск; они максимально приближаются к Солнцу на расстояния в интервале от 30 до 38 а.е., но их наибольшее удаление составляет многие десятки и первые сотни астрономических единиц. Карликовые планеты, кстати, встречаются в разных категориях: например, Хаумеа и Макемаке относятся к поясу Койпера, Эрида – представитель рассеянного диска, а Седна лежит в отдельном подклассе «обособленных объектов» – тех, которые даже при своем максимальном приближении к Солнцу остаются на расстоянии не менее 40 а.е. от него. Кроме обособленных объектов, имеется и «смешанный класс» тел, названных по этому поводу кентаврами: их орбиты сильно вытянуты, из-за чего они время от времени ныряют в область влияния планет (на расстояния около 30 а.е. от Солнца), но потом надолго уходят очень далеко, до расстояний, измеряемых первыми тысячами астрономических единиц. Эти обособленные и «почти обособленные» объекты – встречающиеся, хотя и не очень широко распространенные в далекой занептунщине – и оказались главными свидетелями в развивающейся детективной истории.

Обособленные объекты и отчасти кентавры имеют «незагрязненные» орбиты: воздействие Нептуна на них слишком слабо и для того, чтобы установить резонансы, и для того, чтобы «хаотизировать» общую картину орбит, которые в резонанс не попали. Поэтому если в орбитах обособленных объектов удается усмотреть какую-то регулярность, то стоит задуматься о ее причине. В 2016 г. – когда гипотезы о неизвестных телах, оказывающих влияние на занептунщину, уже несколько лет обсуждались научным сообществом – Браун (среди прочего первооткрыватель Седны) и Батыгин собрали вместе несколько наблюдаемых примеров таких регулярностей и предложили им единое объяснение. Вообще-то все эти орбиты имеют только один гарантированно общий элемент – Солнце в фокусе – и при этом раскиданы в пространстве самыми разными способами: они вовсе не лежат в плоскости эклиптики, линии пересечения орбит с плоскостью эклиптики имеют различные ориентации, а каждый эллипс в большей или меньшей степени «повернут на бок» в своей плоскости по отношению к плоскости эклиптики. Однако шесть транснептуновых объектов (Седна, 2012 VP113, 2004 VN112, 2010 GB174, 2007 TG422 и 2013 RF98) – достаточно далеких, летающих по вытянутым эллипсам с большими полуосями не менее 250 а.е. – демонстрируют интригующую согласованность: если плоскость каждой орбиты мысленно совместить с плоскостью эклиптики, поворачивая вокруг линии пересечения двух плоскостей, то неожиданно близкими друг к другу окажутся направления от Солнца на перигелии – точки максимального приближения каждого тела к светилу. И это не все! Эллипсы, по которым летают объекты из частично другой шестерки (Седна, 2012 VP113, 2004 VN112, 2010 GB174, 2000 CR105 и 2010 VZ98), сходны в том, в какой степени они «повернуты на бок» по отношению к плоскости эклиптики: двигаясь от точки пересечения с эклиптикой до перигелия, каждое из этих тел совершает поворот на примерно один и тот же угол, если смотреть от Солнца. Конечно, никто еще не видел эти объекты в перигелиях (для этого пришлось бы ждать сотни или даже тысячи лет), но, как только несколько последовательных наблюдений позволяют определить эллипс, большого выбора не остается – мы знаем про этот эллипс все, в том числе и скорость движения по нему. Имеются, кроме того, и другие признаки сходства между рядом орбит, включая их наклонение к плоскости эклиптики.

Некоторые транснептуновые орбиты организованы неожиданно регулярно

Беспричинные совпадения такого рода не просто маловероятны; например, концентрация направлений на перигелии не может сохраняться даже в течение времени в одну десятую возраста Солнечной системы: за такой период времени перигелии «разбредутся» кто куда по всем 360 градусам из-за прецессии. Прецессия орбиты – это (медленный) поворот самого эллипса, в данном случае вызванный наличием больших планет в Солнечной системе. Да, планеты оказывают на обособленные объекты только усредненное воздействие, но создаваемая ими добавка к притяжению Солнца, пусть численно и небольшая, качественно меняет движение: кеплеровы эллипсы начинают поворачиваться[51]. Скорость поворота каждого эллипса зависит от того, каков в точности этот эллипс, поэтому для каждого тела скорость «ухода» перигелия получается своя собственная, и за время существования Солнечной системы от концентрации перигелиев, если она когда-то и имела место, не останется и следа – если только тут нет какого-то постоянно действующего механизма, поддерживающего эту концентрацию. И еще одна загадка обособленных тел связана с их орбитами как таковыми: как они, эти орбиты, получились такими «обособленными»? Наши представления об образовании и эволюции Солнечной системы подсказывают, что сформироваться эти тела должны были не там, где они находятся сейчас, а ближе к Солнцу, но в таком случае какое-то гравитационное взаимодействие должно было «закинуть» их