Невідомий об’єкт як людство йшло до відкриття Планети Х
Небесна механіка: круті повороти
Класична небесна механіка — це розділ астрономії, який застосовує закони механіки вивчення небесних тіл. Вона з'явилася ще в античній Греції, а у загальноприйнятому значенні сформувалася у XVIII столітті. Довгий час небесна механіка мала справу лише з невеликим набором об'єктів – планетами Сонячної системи, які легко описуються як плоска конструкція з орбіт, близьких до кругових. Це дозволяло вченим, не маючи серйозних обчислювальних потужностей, робити висновки про поведінку об'єктів Сонячної системи на великих проміжках часу.
Після запуску перших космічних апаратів стало відомо, що обмежуватися вивченням порівняно найпростіших змін небесних об'єктів більше не можна. Космічні апарати літають із будь-якими відхиленнями від кругової траєкторії. Знань, якими володіли традиційні небесні механіки, не вистачало для розрахунку їх орбіт, потрібна була революція у підходах та методах. Приводом для такої революції стало відкриття в середині 1990-х планет у інших зірок — так званих екзопланет. Нині їх відомо вже понад дві тисячі, вони утворюють близько тисячі планетних систем. Екзопланетні системи — міцний горішок для небесних механіків: у більшості таких систем немає жодної подібності до Сонячної. Орбіти там химерні, з великими способами: іноді одні планети обертаються в один бік, інші в протилежний.
Втім, і в Сонячній системі у небесних механіків в останні десятиліття значно побільшало роботи: відіграв свою роль розвиток методів спостереження малих астрономічних об'єктів. У середині 80-х років було відомо лише 20 тис. астероїдів, а зараз уже понад 600 тис.
Нові горизонти
Для того щоб з'явилися роботи, подібніроботі Батигіна і Брауна, крім відмовитися від старих концепцій, потрібен був розвиток спеціального математичного апарату. Зокрема, знадобилося побудувати теорію резонансних ефектів в орбітальному русі небесних тіл — вона допомогла пояснити екзотичні зміни планетних систем.
Піонером у цій галузі був мій старший колега з Інституту прикладної математики імені Келдиша Михайло Львович Лідов. Наприкінці 1950-х років він виявив, що іноді біля орбіти, якою планета рухається навколо зірки, можна спостерігати коливання способу та ексцентриситету (ексцентриситет характеризує відмінність орбіти від кола). Приблизно у ті роки такий ефект незалежно від Лідова відкрив японський небесний механік Йошида Козаї. Тому в науковій літературі це явище називається "ефектом (або резонансом) Козаї-Лідова". Вчені, які сьогодні займаються дослідженням екзопланетних систем, майже завжди намагаються з'ясувати: чи реалізується в якійсь конкретній системі цей резонанс.
Розвиток техніки також сприяв прогресу небесної механіки. З'явилися обчислювальні потужності для проведення комп'ютерного моделювання з неможливою передусім детальністю. Нові спостережні засоби дозволили фіксувати на небі те, що не вдавалося виявити насамперед за допомогою класичних фотопластинок. У 1990-і роки почалися відкриття об'єктів у Койперівському поясі — області, що знаходиться за межами Нептуна і тягнеться на відстань у 55 астрономічних одиниць (тобто відстаней від Землі до Сонця). Пізніше Браун відкрив великі об'єкти типу Еріди (друга за розміром карликова планета після Плутона), і тоді стало зрозуміло, що ми не можемо точно визначити, що таке Сонячна система і планети. Наприклад, Плутон до 2006 року вважався планетою, але як можна вважати йоготакий, якщо поруч літає Еріда, у якої маса більша? Довелося змінити класифікацію небесних об'єктів — запровадити особливий клас карликових планет, до якого були віднесені Плутон і Еріда.
Поза системою
Відразу за поясом Койпера починається область із такою низькою заселеністю, що її назвали розсіяним диском. І цей різкий перехід від великої кількості об'єктів до порожнечі здався вченим дивним. Неодноразово висловлювалися припущення, що на межі пояса Койпера знаходиться якийсь невідомий нам об'єкт, який формує його структуру. Браун і Батигін виділили сімейство об'єктів розсіяного диска, які рухаються стійкими орбітами, які у просторі якимось упорядкованим чином. Поява впорядкованості у розподілі об'єктів, на перший погляд ніяк не пов'язаних між собою, говорить про наявність ще якогось чинника. Як цей чинник наші американські колеги і запропонували розглянути ту саму Планету Х. Заради справедливості треба відзначити, що висновки їх роботи мають дуже приблизний характер. Акуратна оцінка маси планети, точні значення параметрів її орбіти у роботі Брауна та Батигіна відсутні. Область, в якій потрібно шукати планету, настільки широка, що поки що порівнювати прогноз планети Х з передбаченнями Левер'є та Адамса, на основі яких був відкритий Нептун, ніяк не можна. Але все одно це справжній прорив.
Важливу роль у зробленому відкритті відіграли попередні роботи Костянтина Батигіна, присвячені динаміці екзопланетних систем (зокрема, орбітальним резонансам). І це яскравий приклад того, що має робити сучасна освіта — формувати вченого, який не має стереотипів про те, що може, а чого не може відбуватися в Сонячній системі, який здатний відмовитися від колишніх моделей і запропонувати їмзаміну. Заява про існування Планети Х є сміливим науковим кроком. Можливо, своїм прикладом Браун і Батигін допоможуть вченим в інших галузях науки наважитися поставити під сумнів те, що всім здається очевидним і непорушним.