Este mês, novas evidências foram apresentadas para a existência de um corpo celeste previsto em 2016 por Konstantin Batygin e Michael Brown. "Attic" fala brevemente sobre as últimas notícias da corrida dos astrônomos pelo direito de inscrever seu nome na história secular do inventário de nosso sistema planetário.
“Existem oito planetas no sistema solar” - esta afirmação pode não ser mais verdade em alguns anos. Os astrônomos estão ganhando cada vez mais evidências circunstanciais da existência de um nono planeta muito além da órbita de Netuno.
A hipótese da existência de outro planeta no sistema solar foi proposta repetidamente desde a descoberta de Urano em 1781. Em 1846, Netuno foi descoberto, e em 1930 foi confirmada a presença de Plutão (na condição de planeta até 2006, hoje planeta anão), e nas duas vezes os cientistas identificaram um corpo celeste por seu efeito nas órbitas de planetas já conhecidos. Durante todo o tempo subsequente, as pesquisas por vários tipos de anomalias no movimento dos planetas e asteróides foram realizadas de forma bastante ativa, mas no final do século 20, o interesse no "planeta X" diminuiu.
Na década de 1990, o modelo do sistema solar foi complementado pelo cinturão de Kuiper, juntamente com um disco espalhado além da órbita de Netuno. Planetas terrestres, o cinturão de asteróides, gigantes gasosos, o cinturão de Kuiper e, possivelmente, a ainda mais extensa e rarefeita nuvem de Oort - nesse modelo, como muitos começaram a acreditar, não havia lugar para outros planetas.
Perto e invisível
Em 2016, os astrônomos americanos Konstantin Batygin e Michael Brown levantaram a hipótese de que existe outro, nono planeta atrás do cinturão de Kuiper. Sua suposição foi baseada na análise de várias órbitas particularmente distantes de objetos no cinturão de Kuiper, como Sedna, por exemplo, que por algum motivo se movem pelo céu no mesmo plano e em uma direção. Depois de muitos meses modelando e verificando os dados com os reais, os astrônomos chegaram a uma conclusão surpreendente até para eles próprios: muito além de Netuno há outro corpo celeste com uma massa de cerca de dez Terras e não se aproxima do Sol a menos de 280 unidades astronômicas. E é isso que estende e endireita as órbitas desses corpos "estranhos" do cinturão de Kuiper.
Diagrama mostrando a órbita do Planeta Nove (laranja) e as órbitas de alguns dos objetos transnetunianos conhecidos (rosa). Ilustração: MagentaGreen / Wikimedia.
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Em seu artigo, Batygin e Brown observaram que encontrar o nono planeta não seria a tarefa mais fácil. Devido à grande distância a este objeto hipotético, deve ser tão escuro que só possa ser visto por um telescópio com um espelho de diâmetro de vários metros - isso corresponde ao nível de um observatório decente, que, em regra, está carregado com outras tarefas. A busca por um planeta gigante na periferia do sistema solar acaba sendo tecnicamente mais difícil do que detectar exoplanetas a muitas dezenas de anos-luz da Terra, mas além das observações diretas, os cientistas também dispõem de métodos indiretos.
Um deles é a busca por novos objetos transnetunianos e a comparação de suas órbitas com as previsões do modelo Batygin-Brown. Os astrônomos argumentam que a influência gravitacional do nono planeta não apenas envia alguns corpos do cinturão de Kuiper em uma longa viagem ao redor do Sol, mas também leva a inclinações invulgarmente grandes das órbitas de vários outros objetos. Às vezes, de modo que eles começam a girar perpendicularmente à eclíptica do resto dos planetas de nosso sistema.
Por exemplo, o objeto 2015 BP519, também conhecido como "Caju", descrito em um artigo publicado recentemente por um grupo internacional de astrônomos, apenas se encaixa no modelo Batygin-Brown. Tem uma inclinação orbital muito elevada, o que, no entanto, ainda não nos permite dizer com segurança que o nono planeta realmente exista. Os autores desta descoberta escrevem cuidadosamente sobre "adicionar evidências indiretas em favor de um novo planeta", e Batygin e Brown, pouco antes disso, apresentaram uma série de refinamentos à hipótese anteriormente declarada: a nova modelagem de vários cenários para a evolução do cinturão de Kuiper mostrou que a influência do nono planeta leva ao aparecimento de muitos objetos transnetunianos com órbitas muito alongadas - e isso está de acordo com as observações.
Outro diagrama das órbitas do nono planeta (círculo verde rotulado como P9) e muitas das órbitas extremamente alongadas de objetos transnetunianos. O círculo azul alongado - Órbita do caju. Cada quadrado no fundo - 100 unidades astronômicas. Imagem: Tomruen / wikimedia commons.
De acordo com Konstantin Batygin, "o objeto recém-descoberto, 2015 BP519, é exatamente onde o modelo teórico do nono planeta o prevê." Em um comentário ao Attic, ele observou que “esta é uma confirmação fantástica da imagem que esperávamos ver com base na modelagem numérica”, mas ainda é muito cedo para falar sobre a descoberta final de um novo planeta. A lista de evidências de sua existência está crescendo literalmente diante de nossos olhos, mas apenas algumas fotos com um objeto em movimento marcado nelas vão colocar um ponto final neste problema. Batygin e Brown já obtiveram tempo de observação no grande telescópio terrestre Subaru, que, segundo Batygin, é um dos melhores instrumentos para encontrar o nono planeta. Além disso, estão sendo feitas tentativas de usar imagens do telescópio espacial WISE,e desde 2017 está funcionando o projeto Backyard Worlds: Planet 9, onde todos podem tentar encontrar este corpo celeste nas fotos, então pode não demorar muito.
E daí?
A relativa ausência de colisões constantes da Terra com asteróides nos últimos bilhões de anos pode ser atribuída aos gigantes gasosos. Eles, entrando em suas órbitas atuais, "limparam" nosso setor do sistema planetário de vários pequenos detritos (de acordo com os critérios astronômicos). Mas se Júpiter ou mesmo Netuno realmente influenciou a Terra, pelo menos ao se livrar das catástrofes planetárias regulares, que tal um corpo dez vezes mais distante?
O astrônomo russo Vladimir Surdin, em seu comentário ao Attic, observou que a descoberta de cada novo planeta afeta nossa compreensão do destino do sistema solar, que permanece vago até hoje. "Na verdade, a pesquisa está apenas começando", disse o cientista e acrescentou que "na periferia do sistema solar, na escuridão, sabe Deus o quê." Esses corpos que reabastecem centenas de catálogos de astrônomos são encontrados a uma distância relativamente pequena do Sol, mas mesmo um planeta gigante atrás do cinturão de Kuiper tem todas as chances de se esconder dos observadores por muito tempo e se entregar apenas por efeitos gravitacionais indiretos.
Esquema: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Externamente, o nono planeta, se existir, deve ser semelhante aos dois gigantes gasosos mais distantes do sol. “Um planeta com uma massa super-terrestre seria semelhante a Urano e Netuno, mas ainda mais frio”, diz Surdin. Esses dois corpos celestes são às vezes chamados de "gigantes de gelo" devido à suposta presença de um núcleo rochoso de gelo sem a camada de hidrogênio metálico esperada de Júpiter e Saturno. No entanto, apenas uma espaçonave, a Voyager-2, visitou Urano e Netuno em toda a história da humanidade, então os cientistas têm menos dados observacionais do que gostariam.
O nono planeta, mesmo no periélio, será praticamente inacessível para sondas de pesquisa com motores de foguete. As Voyagers se afastaram do Sol em 117 e 140 UA. - apesar de terem sido lançados em 1977. Voando até um ponto de 200 UA. levará pelo menos meio século de nossa estrela, e reduzir esse período a alguns limites razoáveis obviamente exigirá tecnologias fundamentalmente novas, como uma vela solar. Mesmo combinando um reator nuclear com motores iônicos em uma configuração que lembra aproximadamente a instalação nuclear da classe megawatt da Rússia, não será possível atingir a meta em menos de uma década. E quando o planeta está em afélio, esse tempo aumenta significativamente.
Urano e Netuno, imagens da NASA. Como você pode ver, os gigantes de gelo são bem diferentes na aparência: por exemplo, uma pequena mistura de metano (cerca de 1%) torna Netuno muito mais azul.
A detecção direta do nono planeta confirmará a correção de Batygin e Brown, permitirá esclarecer a história do sistema solar, mas este próprio corpo celeste, mesmo com a introdução de uma nova geração de telescópios, dificilmente ficará mais do que um ponto nas fotografias. O nono planeta "no quintal" do sistema solar é paradoxalmente mais difícil de estudar do que qualquer Júpiter quente perto de outras estrelas, mas fornecerá uma melhor compreensão do comportamento daqueles objetos que são conhecidos há muito tempo.
De papel a computadores
Netuno foi o primeiro planeta descoberto "na ponta de uma pena" - com base em cálculos e análises do movimento de Urano, que se movia a uma velocidade variável devido à atração externa. Porém, quanto maior a distância entre os corpos celestes e quanto maior o número desses corpos, mais difícil é calcular sua trajetória. Físicos e matemáticos sabem que o problema de girar dois corpos em torno de um centro de massa comum é relativamente fácil de resolver e tem uma resposta na forma de uma equação com uma descrição precisa da órbita, mas uma combinação de três corpos é muito mais difícil de calcular. Em particular, um sistema de três ou mais corpos não possui solução analítica, ou seja, é impossível obter uma fórmula que descreva seu movimento ao longo de um tempo arbitrariamente longo.
A evolução do sistema solar segundo o modelo de Nice. Azul mostra a órbita de Urano, azul - Saturno, enquanto o laranja e o verde correspondem a Saturno com Júpiter. De acordo com esse modelo, Urano e Netuno trocaram de lugar e, ao longo do caminho, todos os planetas gigantes "limparam" o sistema planetário de pequenos objetos. O modelo tem várias modificações - por exemplo, sugerindo a presença de outro gigante gasoso, que foi completamente lançado no espaço interestelar. Figura: AstroMark / Wikimedia.
A modelagem do sistema solar é realizada apenas por métodos aproximados. Com um gasto suficientemente grande de recursos computacionais, é possível calcular o movimento dos elementos do sistema com uma precisão arbitrariamente necessária, mas às vezes desvios insignificantes das condições iniciais levam a um comportamento completamente diferente do modelo após algum tempo. Este efeito é conhecido pelo público em geral como "efeito borboleta". O movimento dos planetas e asteróides, bem como o comportamento das massas de ar, estão sujeitos a esse efeito, de modo que a reconstrução da história do sistema solar não é de forma alguma inferior em complexidade a uma previsão do tempo de muito tempo. E as tentativas de calcular um planeta hipotético são comparáveis à tarefa de prever todas as consequências de um furacão - aqui você tem que enfrentar a falta de informações precisas e a falta de capacidade de computação.
Antes do advento dos computadores modernos, calcular o movimento de muitos milhares de corpos ao mesmo tempo era um problema quase insolúvel. O surgimento do modelo de Nice, que descreve o comportamento de gigantes gasosos após sua formação a partir de um disco de gás e poeira, foi possibilitado por computadores. Os argumentos para um nono planeta também são baseados em cálculos que não podem ser feitos com papel e caneta. A descoberta do nono planeta, se ocorrer, não será apenas uma repetição da história de Netuno ou Plutão, mas uma nova história que teria sido impossível cem anos atrás.
Alexey Tymoshenko
