Научные аргументы в пользу того, почему Плутон нужно (снова) сделать планетой

В 2006 году Международный астрономический союз впервые дал определение термина «планета», исключив из него Плутон и все другие карликовые планеты. Не настало ли в 2026 году время для пересмотра этого решения?

Плутон, запечатлённый на композитной мозаике, снятой телескопом «Хаббл», вместе с пятью своими спутниками. Харон, самый крупный из них, пришлось снимать вместе с Плутоном с использованием совершенно другого фильтра из-за чрезвычайной разницы в яркости этих двух небесных тел по сравнению с остальными спутниками Плутона. Четыре меньших спутника обращаются вокруг этой двойной системы; их снимали с выдержкой, увеличенной в 1000 раз, иначе их было не разглядеть. Никс и Гидра были открыты в 2005 году, Кербер — в 2011 году, а Стикс — в 2012 году. Эти пять спутников, вероятно, образовались в результате древнего столкновения, а не на месте и не в результате гравитационного захвата.

В 2006 году Международный астрономический союз (МАС) — глобальный руководящий орган, курирующий многие официальные астрономические инициативы, включая присвоение названий и классификацию, — предпринял шаг, которого никогда раньше не предпринималось: он официально дал определение термину «планета». Этот спорный шаг, предпринятый при участии лишь небольшой части членов и, что примечательно, без вклада многих ведущих планетологов и астрономов-планетологов, установил три критерия для определения того, что является «планетой», а что — нет.

Объект должен вращаться вокруг Солнца, а не вокруг какого-либо другого тела.
Объект должен быть достаточно массивным, чтобы достичь гидростатического равновесия: то есть его форма определяется в основном силой тяжести и вращением.
Он должен очистить свою орбиту, не оставляя на ней значительного количества остаточного первичного материала, образовавшегося при формировании Солнечной системы.

С одной стороны, есть много веских причин одобрять и поддерживать это определение, поскольку оно проводит чёткое различие между восемью объектами — крупными планетами, — которые достигают статуса планет в нашей Солнечной системе, и всеми остальными. Однако существует множество чрезвычайно интересных объектов, которые:

находятся в гидростатическом равновесии,
являются карликовыми планетами,
являются спутниками других планет или других карликовых планет,
существуют в поясе астероидов, поясе Койпера или облаке Оорта,
или находятся полностью за пределами Солнечной системы,

и при этом находятся далеко за пределами орбит наших восьми классических планет. Многие планетологи в профессиональной литературе часто используют термин «планета» для обозначения всех этих объектов: как в совокупности, так и по отдельности. И вот научные аргументы, появившиеся спустя 20 лет после принятия первоначального определения МАС, в пользу признания Плутона (и целого ряда других небесных тел) планетами: на этот раз в официальном смысле.

Четыре крупнейших астероида, представленные на этом снимке, были сфотографированы в ходе миссии НАСА «Dawn» и с помощью прибора SPHERE Европейской южной обсерватории (ESO). Церера, самый крупный астероид, является самым маленьким из известных тел, находящихся в гидростатическом равновесии. Веста и Паллада к ним не относятся, а Гигея, имеющая меньшую массу, но гораздо меньшую плотность, возможно, всё же относится; её статус пока не определён. Источник: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA; ESO

Объект на снимке выше — Церера — показан рядом с тремя следующими по величине и массе телами в поясе астероидов. Церера, хотя большинство людей не знает об этом, была первоначальной «восьмой планетой» Солнечной системы. Открытая Джузеппе Пьяцци в 1801 году, всего через 20 лет после открытия Урана, она сейчас известна как самое большое и массивное тело в поясе астероидов и единственное, о котором точно известно, что оно находится в гидростатическом равновесии. После открытия Пьяцци написал следующее письмо своему коллеге-астроному Барнабе Ориани, в котором выразил смесь надежды и тревоги по поводу того, что он увидел, отметив, что это не неподвижная звезда, а объект, меняющий своё положение из ночи в ночь:

«Я объявил эту звезду кометой, но поскольку она не сопровождается никакой туманностью и, кроме того, поскольку её движение настолько медленно и довольно равномерно, мне несколько раз приходило в голову, что это может быть нечто большее, чем комета. Но я старался не высказывать это предположение публично».

Церера, по сути, изначально считалась планетой, хотя вскоре к ней присоединились и другие объекты, расположенные примерно на том же расстоянии от Солнца. Палладу открыл в 1802 году Генрих Ольберс; Юнону и Весту открыли в 1804 и 1807 годах; Астрею — в 1845 году, и впоследствии темпы открытий ускорились. К 1850-м годам было известно уже несколько десятков астероидов. К 1868 году их число превысило 100. Термин «пояс астероидов» прижился в середине XIX века, и астрономы перестали называть эти объекты «планетами». К 1920-м годам было известно более 1000 астероидов, хотя Церера оставалась самым большим и самым массивным из них; на её долю приходится около 40% общей массы астероидного пояса. Однако в конце 1920-х годов произошло нечто, что заставило нас вновь изменить представление о Солнечной системе.

На этом двойном снимке представлены два последовательных изображения одного и того же участка неба, которые привели к открытию Плутона. С помощью устройства, известного как «мигающий компаратор», позволяющего переключаться между двумя изображениями в мгновение ока, можно было заметить невооружённым глазом любые различия между снимками. Клайд Томбо использовал это устройство и эти два снимка, чтобы впервые обнаружить Плутон в начале 1930 года. Источник: Клайд Томбо/Обсерватория Лоуэлла

Ещё в 1840-х годах загадка, связанная с движением Урана, привела к предсказанию о существовании за ним огромной планеты, которая, должно быть, оказывает на него гравитационное воздействие: Нептуна. Хотя эту планету искали многие конкурирующие теоретики и наблюдатели, именно Урбен Леверье в августе 1846 года дал верные предсказания, а Иоганн Галле и Генрих д’Аррест открыли её всего через месяц, используя данные Леверье: в сентябре 1846 года. Спустя десятилетия наблюдения за орбитой Нептуна выявили аналогичные аномалии, и многие астрономы начали задумываться о «девятой планете», которая могла бы существовать за пределами орбиты Нептуна. Именно благодаря обзору неба в предполагаемом районе нахождения такого объекта Клайд Томбо, используя мигающий компаратор (см. выше), смог в 1930 году обнаружить слабый, удалённый, движущийся объект, который сегодня мы знаем как Плутон.

На протяжении всего XX века мы уточняли свои знания о Плутоне и пришли к выводу, что он значительно меньше и легче, чем предполагалось изначально. Кроме того, более точные наблюдения за Нептуном показали, что нет необходимости в дополнительном массивном объекте, который бы на него воздействовал; он прекрасно подчинялся законам гравитации сам по себе. Плутон, возможно, был небольшим и маломассивным, но он оставался единственным известным объектом в Солнечной системе за пределами орбиты Нептуна в течение 48 лет: до открытия Харона, который является крупнейшим спутником Плутона. Только в 1992 году мы обнаружили транснептуновый объект, не входящий в систему Плутона: Альбион. В том же году мы также открыли наши первые экзопланеты: две планеты, вращающиеся вокруг пульсара PSR B1257+12, что ещё больше изменило наше представление о планетных системах.

Чёрные дыры и нейтронные звёзды ускоряют окружающую их материю и являются причиной явлений с очень высокой энергией; они возникают в результате гибели массивных звёзд. Эти звёздные остатки — последние сохранившиеся свидетельства предыдущих поколений звёзд, которые жили, умирали и обогащали межзвёздное пространство. Поэтому учёные были удивлены, когда в 1992 году были обнаружены первые экзопланеты, вращающиеся вокруг пульсирующей нейтронной звезды. Эти две планеты у пульсара сохранились с течением времени, что указывает на то, что планеты могут пережить гибель родительской звезды в виде сверхновой. Источник: Университет Кагосима — Чёрные дыры и нейтронные звёзды ускоряют окружающую их материю и являются причиной явлений с очень высокой энергией; они возникают в результате гибели массивных звёзд. Эти звёздные остатки — последние сохранившиеся свидетельства предыдущих поколений звёзд, которые жили, умирали и обогащали межзвёздное пространство. Поэтому учёные были удивлены, когда в 1992 году были обнаружены первые экзопланеты, вращающиеся вокруг пульсирующей нейтронной звезды. Эти две планеты у пульсара сохранились с течением времени, что указывает на то, что планеты могут пережить гибель родительской звезды в виде сверхновой.Источник: Университет Кагосима

К 2006 году — когда МАС предложил новое определение — было сделано много дополнительных открытий. С помощью метода радиальной скорости (или колебания звезды) было обнаружено более 100 экзопланет, а НАСА готовилось к миссии «Кеплер», которая должна была стартовать в 2009 году и обнаружить тысячи новых экзопланет. Миссия «Кассини», запущенная в 1997 году, достигла Сатурна в 2004 году, принеся беспрецедентные новые открытия о Сатурне, его лунах и системах колец. Были обнаружены сотни новых объектов Солнечной системы за пределами Нептуна, в том числе Эрида, Хаумеа, Кваоар и Макемаке, а также дополнительные спутники Плутона — Никс и Гидра. (Кербер и Стикс будут открыты только в 2011 и 2012 годах соответственно.)

А космический аппарат «Новые горизонты», отправленный на Плутон с амбициозной миссией по облёту, был запущен в январе 2006 года при полном осознании того, что на достижение его основной цели — последней и самой удалённой (на тот момент) из девяти планет Солнечной системы — уйдёт девять лет.

МАС рассмотрел несколько определений и критериев, касающихся ключевых характеристик планеты. Может ли он вращаться вокруг другой планеты и при этом оставаться самостоятельной планетой? Достаточно ли одного лишь достижения гидростатического равновесия? Будут ли включены какие-либо экзопланеты? Имеют ли значение состав или местоположение? В конце концов, МАС, причём в последний день заседания присутствовала лишь небольшая часть членов ассамблеи, выбрал три критерия, которые теперь всем нам хорошо известны:

она должна достичь гидростатического равновесия,
она должна вращаться вокруг Солнца, а не вокруг какого-либо другого тела (и не может сама быть звездой),
а также (и этот пункт вызывает споры), она должна очистить свою орбиту, то есть на том же расстоянии от Солнца не должно быть других объектов с аналогичной массой.

При размерах, не превышающих 10 000 километров, объекты в нашей Солнечной системе выглядят круглыми, находясь в гидростатическом равновесии благодаря совместному действию собственной гравитации и вращения. Однако при радиусах планет менее ~800 километров гидростатическое равновесие и даже округлость уже не являются несомненными. В нашей Солнечной системе насчитывается более 100 объектов, находящихся в гидростатическом равновесии, включая астероиды, спутники, планеты, карликовые планеты, а также объекты пояса Койпера и облака Оорта. Автор: Эмили Лакдавалла; данные предоставлены NASA/JPL, JHUAPL/SwRI, SSI и UCLA/MPS/DLR/IDA — При размерах, не превышающих 10 000 километров, объекты в нашей Солнечной системе выглядят круглыми, находясь в гидростатическом равновесии благодаря совместному действию собственной гравитации и вращения. Однако при радиусах планет менее ~800 километров гидростатическое равновесие и даже округлость уже не являются несомненными. В нашей Солнечной системе насчитывается более 100 объектов, находящихся в гидростатическом равновесии, включая астероиды, спутники, планеты, карликовые планеты, а также объекты пояса Койпера и облака Оорта.Автор: Эмили Лакдавалла; данные предоставлены NASA/JPL, JHUAPL/SwRI, SSI и UCLA/MPS/DLR/IDA

Существует множество аргументов, которые можно привести против любого из этих критериев, и аналогичные аргументы в пользу выбора альтернативных критериев. Однако главная проблема заключается в том же, с чем мы всегда сталкиваемся, когда пытаемся провести «разграничительную линию» для любого набора категорий в любом языке: то, как вы объясняете людям использование термина, редко влияет на то, как они его используют на самом деле.

Объекты в нашей Солнечной системе — планеты, луны, астероиды, объекты пояса Койпера, объекты облака Оорта и т. д. — сформировались примерно в то же время, что и наше Солнце: из вещества той же предсолнечной туманности. Эти объекты сформировались в результате гравитационных нестабильностей, развившихся в веществе, окружавшем Солнце, причём их плотность и состав зависели от их начального расстояния от молодого Солнца.

Вполне вероятно, что некоторые планеты были выброшены из системы. Вполне вероятно, что другие столкнулись друг с другом или были сброшены в Солнце. Некоторые спутники образовались в результате гигантских столкновений, другие — из околопланетного диска, окружавшего их родительскую планету, а третьи — в других местах и позже были захвачены гравитацией. Возможно, самое главное — и мы наткнулись на эту гипотезу только в 2011 году — заключается в том, что планеты, вероятно, значительно мигрировали на протяжении истории Солнечной системы, и их нынешние положения не обязательно совпадают с положениями на момент образования.

В течение длительных периодов времени гравитационное взаимодействие как с пролетающими крупными объектами, так и с другими скоплениями материи, такими как планеты или планетезимали, в пределах звёздной системы может приводить к разрушению и даже выбросу крупных тел из звёздных и планетных систем, включая целые планеты. Примерно в 1% симуляций развития нашей Солнечной системы на ближайшие 5 миллиардов лет одна или более внутренних планет выбрасываются из-за этих гравитационных нестабильностей, в то время как симуляции ранней Солнечной системы указывают на то, что когда-то существовала пятая гигантская планета, которая была выброшена из системы давным-давно. Источник: С. Басу, Е.И. Воробьёв и А.Л. ДеСуза, Материалы конференции AIP, 2012

Эта ситуация вызвала множество жалоб со стороны людей, чьё мнение должно иметь огромное значение в дискуссии о том, как определять планету: учёных, изучающих сами планеты, в том числе планетных астрономов, планетных геологов и планетологов. Краткий (неполный) список таких жалоб включает следующее:

Почему имеет значение текущее местоположение объекта? Планета — это тело с определённым набором свойств, и внутренние/сущностные свойства не меняются в зависимости от её местоположения.
Почему объект, который когда-то считался планетой, должен лишиться своего статуса планеты, если он попадает под гравитационное влияние другой планеты или выбрасывается из своей родной системы? Если бы в ранней Солнечной системе существовал пятый газовый гигант, который был выброшен из системы давным-давно, перестал бы он каким-то образом считаться планетой, если бы нам удалось его обнаружить?
Почему карликовые планеты, которые достигают гидростатического равновесия и демонстрируют многие из тех же важных свойств, что и крупные планеты, не считаются планетами? Альтернативное предложение, выдвинутое перед МАС, включало бы карликовые планеты в число планет, и таким образом Церера стала бы пятой планетой от Солнца, вставленной между Марсом и Юпитером.
И почему очистка орбиты считается важной? Если бы вы заменили систему Земля-Луна только Луной, она всё равно очистила бы орбиту Земли; если бы вы переместили Меркурий на расстояние Нептуна, он не очистил бы свою орбиту. Тем не менее, планета, похожая на Меркурий, даже на расстоянии Нептуна, была бы чрезвычайно интересной.

Чем более детально мы исследуем тела в нашей Солнечной системе, тем более неудовлетворительным становится это определение.

Карликовая планета Церера, изображённая на этом снимке, является крупнейшим небесным телом в поясе астероидов и единственным, о котором с уверенностью известно, что оно находится в гидростатическом равновесии. Открытая в 1801 году Джузеппе Пьяцци, она изначально классифицировалась как планета — тогда восьмая в Солнечной системе — и, как известно сегодня, составляет около 40 % от общей массы пояса астероидов. Источник: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Мы посетили многие небесные тела нашей Солнечной системы, рассмотрев их вблизи, и это во многом изменило картину, которая была известна в 2006 году.

Мы посетили Цереру и Весту в рамках миссии НАСА «Dawn», подтвердив, что Церера богата водой, обнаружив на её поверхности высокоотражающие солончаки, установив, что у Цереры есть ядро, генерирующее тепло, и обнаружив её разреженную, но богатую водяным паром атмосферу.

«Кассини» провёл лучшие в истории измерения спутника Сатурна Титана, одного из двух спутников (наряду с Ганимедом Юпитера), который на самом деле больше планеты Меркурий, и установил, что у него настолько плотная атмосфера, что атмосферное давление на его поверхности фактически превышает атмосферное давление на поверхности Земли, и состоит она в основном из азота и метана. Из всех земных миров в Солнечной системе только Венера имеет более плотную и густую атмосферу.

Миссия НАСА «Юнона», исследующая Юпитер с 2016 года, позволила изучить изменчивую вулканическую поверхность Ио, детали поверхности богатой льдом Европы, а также получить данные о магнитном поле огромного, богатого водой Ганимеда, совершив по крайней мере по одному близкому пролёту мимо этих трёх спутников.

А «Новые горизонты», пожалуй, наиболее известная миссия, пролетела мимо Плутона, подтвердив, что у него пять и только пять спутников, обнаружив снег, атмосферную дымку, разнообразные типы рельефа и намекнув на наличие густого подповерхностного океана под по крайней мере тремя различными видами текущего поверхностного льда, которые там присутствуют.

Другими словами, мы обнаружили, что многие из этих миров, ни один из которых в настоящее время не определяется как «планета», обладают огромным количеством интересных планетарных особенностей.

Это составное изображение Плутона и его крупнейшего спутника, Харона, создано на основе фотографий, сделанных миссией «Новые горизонты» во время пролёта мимо планетной системы Плутона в 2015 году. Внешний вид Харона значительно отличается от внешнего вида Плутона, однако оба небесных тела изображены с соблюдением правильных относительных размеров и альбедо. Особенности поверхности Плутона свидетельствуют о недавних изменениях, что указывает на то, что в следующий раз, когда мы посетим Плутон, чтобы сфотографировать его с такой же точностью, он может выглядеть совершенно иначе. Источник: NASA, APL, SwRI

Обладая достаточной гравитацией для достижения гидростатического равновесия — или для преодоления электромагнитных сил, которые в противном случае определяют «форму» более мелких объектов, — эти тела имеют гораздо больше общего с планетами и друг с другом, чем различий. Если объект, благодаря своим внутренним свойствам, может достичь гидростатического равновесия, то, как представляется, неизбежно, а возможно, даже повсеместно, следуют некоторые последствия:

У них будет планетарное ядро, состоящее из смеси горной породы и металла, которое опускается в центр объекта.
Это ядро будет в основном окружено остатками первичного материала, оставшегося после формирования Солнечной системы, который может представлять собой смесь горной породы и металла, льда и горной породы или смесь льда, горной породы и металла.
Поверхность может иметь чрезвычайно разнообразный рельеф, при этом жидкости, состоящие как минимум из одного вида летучих веществ (воды, углекислого газа, азота, водорода и т. д.), могут присутствовать либо на поверхности (при наличии достаточно плотной атмосферы), либо под поверхностью, в том числе и в случае, если поверхность покрыта льдом.
А если есть атмосфера, то на этом мире, скорее всего, будут наблюдаться какие-то погодные явления и осадки, которые могут варьироваться от дождей и снегопадов до кристаллических алмазов и драгоценных камней, а также определённых видов горных пород и пепла.

Это многие из свойств, которые изучают, пытаются измерить и понять планетологи, и они характерны практически для всех тел, достигающих гидростатического равновесия. Несмотря на то, что их состав и расположение чрезвычайно различаются, внутренние свойства крупных планет, карликовых планет и крупных спутников имеют много общего друг с другом.

Геологические особенности и научные данные, изученные и полученные аппаратом «Новые горизонты», указывают на наличие под поверхностью Плутона подземного океана, охватывающего всю планету. Возможно, там существует поведение, сходное с движением тектонических плит, когда различные области ледяной коры Плутона сталкиваются, а также, возможно, поднимаются и погружаются: это то, что он может иметь общего со многими мирами с большим количеством воды на поверхности и под поверхностью. Подповерхностный океан Плутона велик, но всё же не содержит столько жидкой воды, сколько Земля. Источник: J.T. Keane et al., Nature, 2016

Кроме того, сейчас мы знаем о экзопланетах гораздо больше, чем 20 лет назад, поскольку число известных экзопланет в настоящее время превышает 6200 в более чем 4600 планетных системах, и мы даже обнаружили небольшую, но растущую популяцию блуждающих планет (иногда называемых «сиротами»): планет без родительских звёзд, обнаруженных с помощью прямой визуализации, микролинзирования и транзитов.

Если настаивать на том, что местоположение, орбитальные свойства и очистка орбиты имеют значение для того, получает ли объект статус планеты, то каждая известная нам планета, если бы она была гравитационно выброшена из своей системы, полностью утратила бы свой статус планеты. Точно так же, если бы одна из этих блуждающих планет была захвачена пролетающей звездой, она получила бы «повышение» до статуса планеты только в том случае, если бы её захватили так, что она начала бы вращаться на орбите ниже определённого порогового значения расстояния.

Хотя верно, что сейчас мы понимаем нашу Солнечную систему гораздо лучше, чем ещё в 2006 году — когда мы и сформулировали это спорное определение планеты, — факт остаётся фактом: сообщество учёных, изучающих эти объекты, называет их все планетами, когда о них говорит: и крупные планеты, и карликовые планеты, и все спутники, достаточно большие и массивные, чтобы достичь гидростатического равновесия. Очевидно, что принятие этого определения, какими бы благими ни были намерения принимавших, не привело к тому, что учёные, изучающие эти объекты, стали его соблюдать.

Потенциальная блуждающая планета CFBDSIR2149, запечатлённая на инфракрасном снимке, представляет собой газовый гигант, излучающий инфракрасное излучение, но не имеющий звезды или другого гравитационного объекта, вокруг которого она вращается. Это одна из всего лишь нескольких десятков известных блуждающих планет, и её удалось обнаружить только благодаря достаточно большой массе, позволяющей ей излучать собственное инфракрасное излучение. Прямое изображение, микролинзирование и транзиты — это единственные методы, которые на сегодняшний день успешно используются для обнаружения блуждающих планет. Источник: ESO/P. Delorme

Недавно я приводил научные аргументы в пользу того, чтобы оставить Плутон в статусе карликовой планеты и не повышать его (или любую луну или карликовую планету) до статуса «планеты», оставив этот статус для восьми основных планет, которые нам хорошо знакомы. Конечно, в астрономическом и планетологическом сообществах есть много людей, которые вполне довольны нынешним определением и с удовольствием бы его сохранили.

Но многие также недовольны и предпочли бы определение, которое больше соответствовало бы тому, как этот термин фактически используется в литературе. Из данного текста следует, что тому существует множество причин — и вы можете самостоятельно оценить их достоинства — отклонить текущее определение МАС и рассматривать все объекты, находящиеся в гидростатическом равновесии, на равных: как планетарные объекты, которыми они по сути являются, или, короче говоря, «планеты».

Можно просто изменить определение таким образом, который, возможно, устроит всех: расширить нынешнее определение планеты, включив в него карликовые планеты, при этом то, что мы сегодня называем «планетой», станет особой категорией планет под названием «основные планеты» или «классические планеты», а все спутники и объекты Солнечной системы, достигающие гидростатического равновесия, также станут карликовыми планетами. Восемь объектов, которые мы сегодня называем планетами, действительно представляют собой особый подкласс планетных тел в нашей Солнечной системе, но с точки зрения возможностей для жизни во Вселенной остаётся вероятность того, что карликовые планеты составляют большинство мест, где когда-нибудь может быть обнаружена жизнь. Возможно, наше определение должно эволюционировать, чтобы соответствующим образом отражать наш постоянно растущий объём знаний.

ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/articles/1041892/