Ce mois-ci, de nouvelles preuves ont été présentées pour l'existence d'un corps céleste prédit en 2016 par Konstantin Batygin et Michael Brown. "Attic" raconte brièvement les dernières nouvelles de la race des astronomes pour le droit d'inscrire leur nom dans l'histoire séculaire de l'inventaire de notre système planétaire.
«Il y a huit planètes dans le système solaire» - cette affirmation pourrait ne plus être vraie dans quelques années. Les astronomes obtiennent de plus en plus de preuves circonstancielles de l'existence d'une neuvième planète bien au-delà de l'orbite de Neptune.
L'hypothèse de l'existence d'une autre planète dans le système solaire a été proposée à plusieurs reprises depuis la découverte d'Uranus en 1781. En 1846, Neptune a été découverte, et en 1930 la présence de Pluton (dans le statut de planète jusqu'en 2006, maintenant une planète naine) a été confirmée, et les deux fois les scientifiques ont identifié un corps céleste par son effet sur les orbites de planètes déjà connues. Toutes les fois suivantes, les recherches de divers types d'anomalies dans le mouvement des planètes et des astéroïdes ont été menées assez activement, mais à la fin du 20e siècle, l'intérêt pour la «planète X» s'est calmé.
Dans les années 1990, le modèle du système solaire a été complété par la ceinture de Kuiper, couplée à un disque dispersé au-delà de l'orbite de Neptune. Les planètes terrestres, la ceinture d'astéroïdes, les géantes gazeuses, la ceinture de Kuiper et, peut-être, le nuage d'Oort encore plus étendu et ténu - dans ce modèle, comme beaucoup ont commencé à le croire, il n'y avait pas de place pour d'autres planètes.
Proche et invisible
En 2016, les astronomes américains Konstantin Batygin et Michael Brown ont émis l'hypothèse qu'il existe une autre neuvième planète derrière la ceinture de Kuiper. Leur hypothèse était basée sur l'analyse de plusieurs orbites particulièrement éloignées d'objets dans la ceinture de Kuiper, comme Sedna, par exemple, qui pour une raison quelconque se déplacent à travers le ciel dans le même plan et dans une direction. Après plusieurs mois de modélisation et de vérification des données avec les données réelles, les astronomes sont arrivés à une conclusion étonnante même pour eux-mêmes: très loin au-delà de Neptune, il y a un autre corps céleste avec une masse d'une dizaine de Terres et ne s'approchant pas du Soleil à plus de 280 unités astronomiques. Et c'est cela qui étire et redresse les orbites de ces "étranges" corps de la ceinture de Kuiper.
Schéma montrant l'orbite de la planète neuf (orange) et les orbites de certains des objets trans-neptuniens connus (rose). Illustration: MagentaGreen / Wikimedia.
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Dans leur article, Batygin et Brown ont noté que trouver la neuvième planète ne serait pas la tâche la plus facile. En raison de la grande distance par rapport à cet objet hypothétique, il devrait être si sombre qu'il ne puisse être vu à travers un télescope qu'avec un diamètre de miroir de plusieurs mètres - cela correspond au niveau d'un observatoire décent, qui, en règle générale, est chargé d'autres tâches. La recherche d'une planète géante à la périphérie du système solaire s'avère techniquement plus difficile que la détection d'exoplanètes à plusieurs dizaines d'années-lumière de la Terre, mais en plus des observations directes, les scientifiques disposent également de méthodes indirectes.
L'un d'eux est la recherche de nouveaux objets trans-neptuniens et la comparaison de leurs orbites avec les prédictions du modèle Batygin-Brown. Les astronomes affirment que l'influence gravitationnelle de la neuvième planète envoie non seulement certains corps de la ceinture de Kuiper lors d'un long voyage autour du Soleil, mais conduit également à des inclinaisons inhabituellement grandes des orbites d'un certain nombre d'autres objets. Parfois pour qu'ils commencent à tourner perpendiculairement à l'écliptique du reste des planètes de notre système.
Par exemple, l'objet BP519 2015, alias «Cashew», décrit dans un article récemment publié par un groupe international d'astronomes, s'inscrit tout simplement dans le modèle Batygin-Brown. Elle a une inclinaison orbitale très élevée, ce qui, cependant, ne permet pas encore de dire avec certitude que la neuvième planète existe réellement. Les auteurs de cette découverte écrivent soigneusement sur "l'ajout de preuves indirectes en faveur d'une nouvelle planète", et Batygin et Brown peu de temps avant qui ont présenté un certain nombre de raffinements à l'hypothèse précédemment énoncée: une nouvelle modélisation de divers scénarios pour l'évolution de la ceinture de Kuiper a montré que l'influence de la neuvième planète conduit à l'émergence de nombreux objets trans-neptuniens avec des orbites très allongées - et cela est en bon accord avec les observations.
Un autre diagramme des orbites de la neuvième planète (cercle vert marqué P9) et de nombreuses orbites extrêmement allongées d'objets trans-neptuniens. Le cercle bleu allongé - Orbite de cajou. Chaque carré en arrière-plan - 100 unités astronomiques. Image: Tomruen / wikimedia commons.
Selon Konstantin Batygin, "l'objet nouvellement découvert, 2015 BP519, est exactement là où le modèle théorique de la neuvième planète le prédit." Dans un commentaire à Attic, il a noté que «c'est une confirmation fantastique de l'image que nous nous attendions à voir sur la base de la modélisation numérique», cependant, il est encore trop tôt pour parler de la découverte finale d'une nouvelle planète. La liste des preuves de son existence s'allonge littéralement sous nos yeux, mais seules quelques photographies avec un objet en mouvement marqué dessus mettront fin à ce problème. Batygin et Brown ont déjà obtenu du temps d'observation avec le grand télescope terrestre Subaru, qui, selon Batygin, est l'un des meilleurs instruments pour trouver la neuvième planète. En outre, des tentatives sont en cours pour utiliser des images du télescope spatial WISE,et depuis 2017, le projet Backyard Worlds: Planet 9 fonctionne, où tout le monde peut essayer de trouver ce corps céleste dans les images, donc il ne sera peut-être pas long à attendre.
Et alors?
L'absence relative de collisions constantes de la Terre avec des astéroïdes au cours des milliards d'années passées peut être attribuée aux géantes gazeuses. Ils, allant sur leurs orbites actuelles, ont «nettoyé» notre secteur du système planétaire de divers petits débris (selon des critères astronomiques). Mais si Jupiter ou même Neptune ont vraiment influencé la Terre au moins en se débarrassant des catastrophes planétaires régulières, qu'en est-il d'un corps dix fois plus éloigné?
L'astronome russe Vladimir Surdin dans son commentaire sur Attic a noté que la découverte de chaque nouvelle planète affecte notre compréhension du sort du système solaire, qui reste vague à ce jour. "En fait, la recherche ne fait que commencer", a déclaré le scientifique et ajouté que "à la périphérie du système solaire, dans l'obscurité, Dieu sait quoi". Ces corps qui reconstituent les catalogues d'astronomes par centaines se trouvent à une distance relativement faible du Soleil, mais même une planète géante derrière la ceinture de Kuiper a toutes les chances de se cacher des observateurs pendant très longtemps et de ne se donner que par des effets gravitationnels indirects.
Schéma: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Extérieurement, la neuvième planète, si elle existe, devrait être similaire aux deux géantes gazeuses les plus éloignées du Soleil. «Une planète avec une masse super-terrestre serait similaire à Uranus et Neptune, mais encore plus froide», dit Surdin. Ces deux corps célestes sont parfois appelés «géantes de glace» en raison de la présence supposée d'un noyau de glace rocheuse sans la couche d'hydrogène métallique attendue de Jupiter et de Saturne. Cependant, un seul vaisseau spatial, Voyager 2, a visité Uranus et Neptune dans toute l'histoire de l'humanité, de sorte que les scientifiques ont moins de données d'observation qu'ils ne le souhaiteraient.
La neuvième planète, même au périhélie, sera pratiquement inaccessible pour les sondes de recherche avec des moteurs de fusée. Les voyageurs se sont éloignés du Soleil à 117 et 140 UA. - malgré le fait qu'ils aient été lancés en 1977. Voler même jusqu'à un point de 200 UA. il faudra au moins un demi-siècle à notre étoile, et réduire cette période à des limites raisonnables nécessitera évidemment des technologies fondamentalement nouvelles comme une voile solaire. Même la combinaison d'un réacteur nucléaire avec des moteurs ioniques dans une configuration rappelant à peu près l'installation nucléaire russe de classe mégawatt ne permettra pas d'atteindre l'objectif en moins d'une décennie. Et lorsque la planète est dans l'aphélie, ce temps augmente considérablement.
Uranus et Neptune, images de la NASA. Comme vous pouvez le voir, les géants de glace ont une apparence assez différente: par exemple, un petit mélange de méthane (environ 1%) rend Neptune beaucoup plus bleu.
La détection directe de la neuvième planète confirmera l'exactitude de Batygin et Brown, permettra de clarifier l'histoire du système solaire, mais ce corps céleste lui-même, même avec l'introduction d'une nouvelle génération de télescopes, ne restera guère plus qu'un point dans les photographies. La neuvième planète "dans l'arrière-cour" du système solaire est paradoxalement plus difficile à étudier que n'importe quel Jupiter chaud à proximité d'autres étoiles, mais elle permettra de mieux comprendre le comportement de ces objets connus depuis longtemps.
Du papier aux ordinateurs
Neptune a été la première planète découverte «au bout d'une plume» - basée sur des calculs et une analyse du mouvement d'Uranus, qui se déplaçait à une vitesse variable en raison de l'attraction externe. Cependant, plus la distance entre les astres est grande et plus le nombre de ces corps est important, plus il est difficile de calculer leur trajectoire. Les physiciens et les mathématiciens savent que le problème de la rotation de deux corps autour d'un centre de masse commun est relativement facile à résoudre et a une réponse sous la forme d'une équation avec une description précise de l'orbite, mais une combinaison de trois corps est beaucoup plus difficile à calculer. En particulier, un système de trois corps ou plus n'a pas de solution analytique, c'est-à-dire qu'il est impossible d'obtenir une formule décrivant leur mouvement sur un temps arbitrairement long.
L'évolution du système solaire selon le modèle niçois. Le bleu montre l'orbite d'Uranus, le bleu - Saturne, tandis que l'orange et le vert correspondent à Saturne avec Jupiter. Selon ce modèle, Uranus et Neptune ont changé de place et en cours de route, toutes les planètes géantes ont «nettoyé» le système planétaire de petits objets. Le modèle a un certain nombre de modifications - par exemple, suggérant la présence d'une autre géante gazeuse, qui a été complètement projetée dans l'espace interstellaire. Figure: AstroMark / Wikimedia.
La modélisation du système solaire n'est effectuée que par des méthodes approximatives. Avec une dépense suffisamment importante de ressources de calcul, il est possible de calculer le mouvement des éléments du système avec une précision arbitrairement nécessaire, mais des écarts parfois négligeables par rapport aux conditions initiales conduisent à un comportement complètement différent du modèle après un certain temps. Cet effet est connu du grand public sous le nom d '«effet papillon». Le mouvement des planètes et des astéroïdes, ainsi que le comportement des masses d'air, sont soumis à cet effet, de sorte que la reconstruction de l'histoire du système solaire n'est en aucun cas inférieure en complexité à une prévision météorologique de longue date. Et les tentatives de calcul d'une planète hypothétique sont comparables à la tâche de prédire toutes les conséquences d'un ouragan - ici, vous devez faire face à la fois à un manque d'informations précises et à un manque de puissance de calcul.
Avant l'avènement des ordinateurs modernes, calculer le mouvement de plusieurs milliers de corps en même temps restait une tâche presque impossible. L'apparition du modèle niçois, qui décrit le comportement des géantes gazeuses après leur formation à partir d'un disque de gaz et de poussières, a été rendue possible grâce aux ordinateurs. Les arguments en faveur d'une neuvième planète reposent également sur des calculs qui ne peuvent être effectués avec du papier et un stylo. La découverte de la neuvième planète, si elle a lieu, ne sera pas seulement une répétition de l'histoire de Neptune ou de Pluton, mais une nouvelle histoire qui aurait été impossible il y a cent ans.
Alexey Timochenko
