Как вообще в космосе находят планеты? Если начать с самого начала, то есть с Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, то их ещё в древние времена замечали как "блуждающие звёзды", то есть непосредственно и невооружённым глазом наблюдали, как они перемещаются по небу относительно других звёзд. Собственно, слово "планета" буквально и означает "блуждающая".
Планеты Венера, Уран, Земля и Марс, снятые с борта околосолнечного зонда Solar Orbiter. Фото © giphy
А вот, к примеру, Уран невооружённым глазом почти никогда не видно. Но, наблюдая в телескоп, Уильям Гершель в конце концов обнаружил, что один объект определённо сместился. Надо сказать, астрономы — люди очень внимательные: смещение было небольшое, Уран движется вокруг Солнца со скоростью один оборот за 84 года.
Уран на снимке космической обсерватории James Webb. Фото © giphy
А Нептун и вовсе — за почти 165 лет. Нептун ещё Галилей, по всей видимости, наблюдал, но принимал за звезду, потому что планета настолько медленно движется по небу, что никакого смещения он просто не мог заметить. И как планету Нептун открыли не глазами, а головой — его вычислили. И вычислили по поведению Урана: его реально наблюдаемая орбита отличалась от той, которая "должна быть", от расчётной. Значит, на Уран что-то своей гравитацией влияет. И по этому влиянию французский математик Урбен Леверье рассчитал, где должно было быть в небе это что-то в тот момент. Расчёты оказались верны — она оказалась именно там, куда он указывал.
Но на этом расследование не закончилось: притяжения Нептуна не хватило, чтобы объяснить аномалию движения Урана. Учёные поняли, что там есть ещё что-то. Ещё одна планета. И это в конце концов привело к тому, что 24-летний астроном-любитель Клайд Томбо путём скрупулёзного сравнения снимков неба всё-таки обнаружил еле-еле сместившийся объект — Плутон. Кстати, Плутон в своё время числился в розыске как Планета Х.
А теперь переходим к так называемым экзопланетам — планетам других звёзд. По большей части их обнаруживают в космосе вот таким манером.
Транзит планеты по диску звезды. Фото © giphy
Технически это в телескоп выглядит как регулярное, пунктуально повторяющееся и каждый раз совершенно одинаковое небольшое потускнение звезды. Вывод здесь один: это прохождение планеты по её диску. Транзит. Кстати, первые такие транзиты, которые видели астрономы, они видели в Солнечной системе — это были транзиты Венеры и Меркурия по диску Солнца. То есть для наблюдения транзита требуется, чтобы проходящая этим транзитом планета находилась между наблюдателем и звездой. Соответственно, транзиты Марса и всех прочих внешних (находящихся дальше Земли от Солнца) планет Солнечной системы мы видеть не в состоянии — они не проходят перед диском светила, а скрываются за ним.
Ещё можно понять присутствие планеты по небольшому "качанию" звезды — она тоже подвергается гравитационному воздействию планеты и немного "ходит": происходит вращение вокруг общего с планетой центра масс. Но всё-таки для этого нужно, чтобы планета была весьма увесистой и при этом находилась у звезды "перед самым носом", очень близко.
Небольшое смещение звезды под действием гравитации планеты. Фото © giphy
Таким образом, если предположить, что в Солнечной системе за Плутоном есть ещё одна неизвестная планета, то мы имеем следующее: заметить её смещение представляется практически невозможным из-за её медлительности, транзит, ясное дело, мы видеть не можем, и какое-либо "хождение" Солнца именно из-за неё тоже неразличимо из-за её дальности. И тем не менее астрономы как люди с математическим складом ума утверждают, что эта ещё одна неизвестная планета очень может быть, потому что на задворках Солнечной системы происходят некоторые подозрительные вещи.
Дело в том, что благодаря современной технике за Нептуном наблюдают не только Плутон и прочие карликовые планеты, но и огромное количество тел ещё более мелких. По их движению вычисляются их орбиты, и оказывается, что орбиты у них там самые разнообразные и по степени вытянутости, и по своему наклону к "общепринятой" плоскости вращения планет — эклиптике.
Как объясняют астрономы, чисто теоретически присутствие далёкой, но отнюдь не карликовой планеты должно приводить к существованию небольших тел с не сильно наклонёнными и очень вытянутыми орбитами. И больше дюжины таких тел действительно наблюдаются.
Необычные орбиты транснептуновых объектов как возможное свидетельство существования Планеты Х (Девятой планеты). Видео © Youtube / caltech
Во-первых, их орбиты вытянуты до такой степени, что это уже явно выходит из зоны действия Нептуна. Во-вторых, они вытянуты более или менее в одном и том же направлении. В-третьих, плоскости их орбит выровнены по отношению друг к другу.
Наконец, есть ещё одно интересное соображение. В пространстве между Юпитером и Нептуном обретается особая популяция астероидов под общим названием кентавры. Они все летают вокруг Солнца, но некоторые движутся ретроградно — не в том направлении, в котором движется большинство, а в обратном — "против течения". И астрономы отмечают, что этих "несогласных" как-то слишком много, и задаются вопросом, нет ли здесь опять же влияния неизвестного объекта.
Астероиды-кентавры (обозначены зелёным цветом), расположенные между Юпитером (обозначен буквой J) и Нептуном (N) внутри Пояса Койпера (обозначен голубым цветом). Фото © Wikipedia / WilyD
Сопоставив всё это, в 2019 году астрономы Константин Батыгин и Майкл Браун из Калифорнийского технологического института выдвинули смелую гипотезу о наличии в Солнечной системе неизвестной планеты, которая, по их расчётам, должна иметь массу ориентировочно в 6,6 Земли и находиться от Солнца раз в десять дальше Плутона как минимум — на среднем расстоянии около 550 астрономических единиц. Напомним, астрономическая единица — это расстояние от Земли до Солнца: около 150 миллионов километров.
Недавно учёные повторили свои вычисления и с помощью компьютерного моделирования посмотрели, как должна выглядеть Солнечная система при наличии этой Планеты Х и без неё, с учётом всех известных исходных условий в момент формирования самой системы 4,6 миллиарда лет назад. При этом они не забыли, что, скорее всего, Солнце родилось внутри звёздного скопления, а значит, какое-то влияние соседних звёзд могло присутствовать. Учли и то, что планеты, по текущим представлениям, не всегда были там, где они сейчас, и газовые гиганты мигрировали. Добавили к подсчётам и фактор гравитационного воздействия всей нашей галактики Млечный Путь — так называемый галактический прилив.
И, как учёные пишут, всё равно получается, что без Планеты Х не было бы этого загадочного поведения транснептуновых объектов, то есть наблюдаемая динамика гораздо лучше согласуется с наличием неизвестной планеты. Так что астрономов не покидает надежда совершить открытие и в этом смысле они очень рассчитывают на строящийся сейчас в Чили широкоугольный обзорный телескоп — Обсерваторию Веры Рубин.