№ 3

Сентябрь/2022

Russian Traveler 03/2022

Теперь мы знаем, что не так с орбитой Плутона

Фото: NASA's Marshall Space Flight Center / Flickr

Она отличается от орбит восьми планет Солнечной системы.

В 1930 году астроном Клайд Томбо открыл легендарную «девятую планету» во время работы в обсерватории Лоуэлла во Флагстаффе, штат Аризона. Существование этого тела было предсказано ранее на основании возмущений на орбитах Урана и Нептуна. Объект по предложению школьницы из Оксфорда Венеции Берни был назван Плутоном. Впрочем, этим титулом Плутон гордился недолго – в 2006 году Международный астрономический союз принял решение лишить Плутон статуса планеты и присвоил ему звание карликовой планеты. 

Но даже тогда это небесное тело не перестало быть предметом серьезных исследований и споров. Вызывает вопросы и природа орбиты Плутона, которая сильно эксцентрична и наклонена. 

Планеты Солнечной системы движутся почти по круговым орбитам примерно в одной плоскости, но Плутон сильно отличается от них. Ему требуется 248 лет, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца по высокоэллиптической орбите, наклоненной на 17° к плоскости эклиптики Солнечной системы. Эксцентричный характер его орбиты также означает, что Плутон проводит 20 лет в течение каждого оборота вокруг Солнца, находясь к нашей звезде ближе, чем Нептун. 

Природа орбиты Плутона – непреходящая загадка, о которой астрономы узнали вскоре после открытия карликовой планеты. С тех пор были предприняты многочисленные попытки смоделировать прошлое и будущее его орбиты, которые выявили удивительное свойство, защищающее Плутон от столкновения с Нептуном. Это состояние орбитального резонанса, известное как «резонанс среднего движения». 

Фото: Open University

Согласно новому исследованию, орбита Плутона относительно стабильна в более длительных временных масштабах, но подвержена хаотическим возмущениям и изменениям в коротких временных масштабах.

По словам исследовательницы, свой перигелий Плутон проходит высоко над плоскостью орбиты Нептуна. Такой резонанс назвали «колебанием vZLK» – в честь шведского астронома Хуго фон Цейпеля, советского ученого М. Л. Лидова и японского астронома Ёсихидэ Кодзаи, которые изучали этот феномен как часть «задачи трех тел».

В конце 1980-х годов с помощью более мощных компьютеров и численного моделирования ученые обнаружили еще одну особенность орбиты Плутона: она хаотична. Небольшие отклонения от изначальных значений ведут к экспоненциальному расхождению результатов расчета орбиты через десятки миллионов лет.

«Однако этот хаос имеет предел. В ходе численного моделирования было обнаружено, что два упомянутых выше особых свойства орбиты Плутона сохраняются в течение гигалетних временных масштабов, что делает его орбиту удивительно стабильной, несмотря на индикаторы хаоса», – говорит Малхотра.

Для своего исследования ученые провели численное моделирование орбиты Плутона на срок до пяти миллиардов лет в будущее нашей Солнечной системы. В частности, они надеялись ответить на нерешенные вопросы об особой орбите Плутона и других объектов размером с Плутон. 

Согласно гипотезе ученых, Плутон был втянут в свой нынешний резонанс среднего движения Нептуном, который мигрировал во время ранней истории Солнечной системы. Гипотеза позволила предположить, что и другие транснептуновые объекты находятся в «резонансе среднего движения». Наблюдения это подтвердили.

«Наклонение орбиты Плутона тесно связано с его колебанием vZLK. Поэтому мы пришли к выводу, что, если бы мы могли лучше понять условия для колебания Плутона vZLK, возможно, мы смогли бы разгадать тайну его наклона. Мы начали с исследования индивидуального влияния других планет-гигантов (Юпитера, Сатурна и Урана) на орбиту Плутона», – Рену Малхотра.

Для представления гравитационных сил Юпитера, Сатурна и Урана на Плутоне необходим 21 параметр. Это непомерно большое пространство параметров для исследования, говорят ученые. Чтобы упростить расчеты, исследователи объединили все параметры в один. Они представили каждую планету круглым кольцом одинаковой плотности, общей массой, равной массе планеты, и радиусом кольца, равным среднему расстоянию планеты от Солнца. 

Результаты указали на то, что в эпоху миграции планет условия для транснептуновых объектов изменились таким образом, что многие из них, включая Плутон, перешли в состояние колебаний vZLK, и что особенность орбиты Плутона возникла во время этой динамической эволюции. 

«Эти результаты, вероятно, будут иметь важное значение для будущих исследований внешней Солнечной системы и ее орбитальной динамики», – пишут ученые.