Исследования автоматической станцией New Horizons системы Плутон-Харон, вероятность открытия Планеты Х и обнаружение (прежде всего космическим телескопом Kepler) более тысячи экзопланет вызвали повышенный интерес ученых к изучению небесных тел за пределами орбиты Нептуна. Один из самых актуальных вопросов современной астрономии — классификация планет и карликовых планет. Оказывается, это напрямую связано с происхождением небесных тел в Солнечной системе.
Определение планеты, предлагаемое Международным астрономическим союзом (МАС), применяется только к небесным телам в Солнечной системе: планетой считается округлый массивный спутник Солнца, доминирующий на своей орбите. МАС насчитывает восемь планет и официально признает существование пяти карликовых планет: Церера находится в астероидном поясе (между орбитами Марса и Юпитера), тогда как другие (Плутон, Эрида, Макемаке и Хаумеа) — дальше орбиты Нептуна.
Самая крупная и массивная планета — Юпитер, самая маленькая и легкая — Меркурий. Самой большой и тяжелой карликовой планетой считается Плутон. Между тем крупнейшие спутники газовых гигантов Юпитера и Сатурна (Ганимед и Титан соответственно) немного крупнее самой малой планеты Солнечной системы, зато почти вдвое легче ее. Очевидно, что наблюдаемые свойства небесных тел должны быть отображены в их классификации, которая учитывала бы все значимые параметры объектов.
Карлики остаются карликами
Астроном Жан-Люк Марго из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) предложил количественный критерий, который позволяет проверить статус планеты у спутника звезды. Для этого достаточно трех параметров: массы звезды, массы спутника и периода его обращения вокруг светила. Метод Марго учитывает время, за которое небесное тело расчищает свою орбиту вокруг материнской звезды, и применим к экзопланетам.
Метод позволяет классифицировать как планеты 99 процентов планет и экзопланет (которых около пяти тысяч). В Солнечной системе подход Марго оставляет за Церерой, Плутоном и Эридой статус карликовых планет. «Разрыв между планетами и непланетами поражает. Резкое различие предполагает фундаментальное расхождение в том, как эти тела формировались, а сам факт их классификации демонстрирует нечто глубокое в наших знаниях о природе», — поделился своими впечатлениями планетолог Марго.
Делим надвое
Астрономы Эмми Барр (Планетологический институт, город Тусон, штат Аризона, США) и Меган Швамб (Национальный университет Тайваня, город Тайбэй, КНР) пошли дальше Марго и предложили разделить карликовые планеты Солнечной системы на две группы — в зависимости от средних плотностей и соотношения размеров небесных тел и их спутников.
К первой группе карликовых планет ученые отнесли Плутон (со спутником Харон) и Орк (с луной Вант). По мнению ученых, эти небесные тела образовались в результате столкновений на низких скоростях с другими объектами, в результате чего их средняя плотность почти не изменилась (и равна около 1,8 грамма на кубический сантиметр). Системы Плутон-Харон и Орк-Вант похожи друг на друга, поскольку их центры тяжести расположены вне самих небесных тел: размеры и массы карликовых планет сопоставимы с таковыми у своих спутников.
Ко второй группе карликовых планет ученые отнесли Эриду, Хаумею и Квавар, а также Тритон. Эти небесные тела в отличие от Плутона и Орка потеряли большое количество льда (до нескольких десятков процентов) от своей первоначальной массы в результате интенсивных столкновений со своими спутниками или другими объектами. Тритон, являющийся спутником Нептуна, отнесен учеными в этом исследовании к карликовым планетам, поскольку многими астрономами небесное тело считается захваченным планетой из пояса Койпера (расположенного на расстоянии от 30 до 55 астрономических единиц от Солнца).
Эксперты отмечают, что проведение более детальной классификации карликовых планет затрудняет недостаточная информация о параметрах небесных тел и их спутниках (плотности, размерах и взаимном расстоянии). В частности, точное соотношение масс Орка и Ванта до сих пор не известно. Это же мешает проведению компьютерного моделирования, которое бы воспроизвело рождение карликовых планет и их спутников.
Посчитать всех
Астрономы Цзинцзин Чен и Дэвид Киппинг из Колумбийского университета (город Нью-Йорк, США) решили классифицировать небесные тела, используя исключительно данные об их радиусе и массе. Созданная ими компьютерная модель позволяет прогнозировать массу небесного тела по ее радиусу — и наоборот. Построение выделяет четыре группы объектов: терраны, нептуны, иовианы и звезды. Модель ученых использует данные о 316 планетах, карликовых планетах, их спутниках, экзопланетах и звездах.
К терранам ученые отнесли планеты земной группы (Меркурий, Венеру, Землю и Марс), спутники всех планет и карликовые планеты (они считаются легкими терранами). Переход от терранов к нептунам происходит, когда небесное тело становится в два раза тяжелее Земли. В этом случае каменистые планеты переходят в газовые (без твердой поверхности). Больше всего небесных тел (в данном случае экзопланет) находится на границе нептунов и иовианов. В Солнечной системе к первым ученые относят Уран и Нептун, ко вторым — Юпитер и Сатурн.
Предложенная модель, по мнению Чена и Киппинга, позволяет проследить распределение скалистых планет, газовых гигантов и звезд на наглядной диаграмме. Кроме того, в таком описании отводится место и для пограничных на первый взгляд объектов: карликовых планет (промежуточных между планетами земной группы и астероидами, не включенными в классификацию), коричневых карликов (гиперпланет, или субзвезд, которые в несколько десятков раз тяжелее Юпитера). Ученые надеются, что хотя большинство открытых экзопланет являются газовыми гигантами, новые обнаруженные каменистые небесные тела также будут располагаться на диаграмме.
Помериться диаметрами
В настоящее время Плутон считается самой крупной карликовой планетой. Его диаметр, согласно полученным New Horizons при помощи инструмента LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) в июле 2015 года данным, составляет 2370 километров (с погрешностью в 20 километров). По словам астрономов, им удалось окончательно определить размеры карликовой планеты. Ранее самой крупной карликовой планетой Солнечной системы считалась Эрида, расположенная в поясе Койпера, диаметр которой оценивался в 2336 километров. Диаметр Харона подтвердился — как и предполагалось, он составляет 1208 километров.
Третье место по размерам недавно занял (225088) 2007 OR10 — один из крупнейших объектов пояса Койпера и кандидат в карликовые планеты. Диаметр (225088) 2007 OR10 (считавшийся покрытым чистым водяным льдом и потому названный Белоснежкой) примерно равен 1535 километрам. Исследование отражательной способности небесного тела позволило предположить низкую скорость вращения карликовой планеты вокруг своей оси (с периодами 44,8 или 22,4 часа) и ее геометрическую форму (эллипсоид Маклорена). Ученые не исключили наличие вблизи небесного тела газообразных азота и метана.
Об открытии (225088) 2007 OR10 официально было объявлено в 2009 году, ранее небесное тело находилось в первой десятке крупнейших транснептуновых объектов. В пятерку крупнейших по величине карликовых планет входит Макемаке (с диаметром 1478 километров) и Хаумеа (имеющая вытянутую форму и средний радиус 718 километров). Размеры карликовых планет постоянно уточняются. Высока вероятность открытия новых небесных тел, которые окажутся больше уже известных крупнейших карликовых планет.
Все только начинается
К настоящему времени астрономы обнаружили более 40 кандидатов в карликовые планеты. Оценки ученых показывают, что в Солнечной системе может быть более двух тысяч карликовых планет, из которых 200 находятся в пределах пояса Койпера, а остальные — вне его. В связи с возможным открытием Планеты Х резко вырос интерес ученых к поясу Койпера. Совсем недавно ученые обнаружили два кандидата в карликовые планеты.
В конце февраля 2016 года астрономы Чад Трухильо, Скотт Шеппард и Дэвид Толен подтвердили обнаружение небесного тела 2015 KH162, находящегося на расстоянии 9,3 миллиарда километров от Солнца (примерно в два раза дальше Плутона). Впервые 2015 KH162 заметили в мае 2015 года в созвездии Змеи при помощи телескопа Кека (штат Гавайи, США). Астрономам потребовалось несколько месяцев для уточнения полученных данных.
О втором кандидате в карликовые планеты в конце марта 2016 года сообщил Майкл Браун из Калифорнийского технологического института (США), выступая на конференции, организованной проектом SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence). Небесное тело перемещается по сильно вытянутой траектории и, как и другие карликовые планеты пояса Койпера, находится под воздействием тяготения Планеты X. Вероятность ошибки, связанной с обнаружением uo3L91, ученый оценил в 0,001 процента. Возможно, уже в ближайшие несколько лет в пределах ста астрономических единиц станет окончательно ясно строение Солнечной системы и будет обнаружено множество терранов в окрестностях других звезд.
