Карликовой планетой называют небесный объект, который вращается вокруг Солнца, имеет достаточную массу, чтобы стать почти круглым, но не может очистить свой орбитальный путь. Если коротко, то так именуют любой объект с планетарной массивностью, но не выступающим планетой или луной. Но тело должно вращаться вокруг Солнца и обладать сферической формой.
Чтобы тело приобрело округленную форму, ему должно хватать массы, противостоящей собственной гравитации. Тогда внутреннее давление формирует поверхностный слой, гарантируя пластичность, заполняющую возвышения и углубления. С астероидами подобное не случается. Для тел с диаметром в пару километров наиболее значимой силой является гравитация, поэтому они вытягиваются в виде картофеля. Чем крупнее объект, тем выше уровень внутреннего давления, пока оно не достигнет точки внутреннего баланса. Но на внешний вид может также влиять осевой оборот. Если его нет, то получим сферу. Чем выше скорость, тем заметнее уровень приплюснутости. В итоге объект впадает в крайности, как Хаумеа, которая вдвое длиннее по линии главной оси. Приливные силы замыкают объекты, заставляя показывать лишь одну сторону. Это видно в связи Плутон-Харон.
МАС не предоставили верхнюю и нижнюю границу массы. Но нижняя выводится как точка, позволяющая достигнуть гидростатического баланса. Размер и масса основываются на составе и тепловой истории. К примеру, силикатные астероиды достигают баланса при диаметре 600 километров и массе – 3.4х1020 килограмм. Если в объекте меньше жесткого водяного льда, то предел составит 320 километров и 1019 килограмм. Получается, что нет стандарта по размеру или массе. Поэтому в основе пока лежит форма.
Многие ученые настаивали на том, чтобы к гидростатическому балансу прибавил способность очистить пространство вокруг себя. В общем, это умение планет устранять меньшие тела рядом с собою, притягивая или отталкивая их. У карликовых просто не хватит массы.
Чтобы определять это, Алан Стерн и Гарольд Левисон представили параметр – лямбда. Ученые вроде Стивена Сотера пользуются им, чтобы отделять карликовые планеты от обычных. Также он выдвинул параметр – планетарный дискриминант, определяемый при делении массы тела на массу других объектов, с которыми разделяет орбиту.
В списке числятся Плутон, Макемаке, Эрида, Хаумеа и Церера. Споров не вызывают лишь первая и последняя. В МАСе определили, что среди транс-нептунианских объектов (ТНО) карликовыми становятся лишь с диаметром от 838 километров и ярче 1.
Среди претендентов: Орк, 2002 MS4, Актея, Квавар, 2007 OR10 и Седна. Все они проживают в поясе Койпера или Рассеянном диске. Выделяется Седна, которая стоит в отдельном классе. Полагают, что может быть еще 40 известных объектов, которые следует перевести в категорию карликовых планет. Но существует еще более двух сотен в поясе Койпера, а общее число способно перевалить за 1000.
Когда в МАС приняли новые критерии, многие ученые не согласились и завязался спор. Майк Браун (открывший Эриду) согласился с новыми правилами и уменьшением официального числа планет до 8. А вот Алан Стерн выступил с серьезной критикой. Он говорил, что Марс, Юпитер, Нептун и Земля также не полностью очистили пространство вокруг себя. С нашей планетой вокруг Солнца вращаются еще 10000 околоземных астероидов, а у Юпитера – 100000 троянцев. Поэтому Стерн упрямо считал Плутон планетой, а Цереру и Эриду – дополнительными.
Также возникают проблемы для классификации экзопланет. Мы можем выделять характеристики лишь косвенно, поэтому не знаем, очистилась ли орбита. Из-за этого появились критерии насчет минимальных массы и размера.
Есть также споры насчет самого процесса принятия решения. Дело в том, что результаты голосования основываются на небольшом проценте (меньше 5%). Само собрание провели в последний день 10-дненого мероприятия, когда многие участники давно уехали. Но сторонники настаивают на статически высоком результате. Многие заявляют, что просто не смогли побывать на голосовании в Праге, поэтому считают процесс недействительным. В итоге, в МАС заявили, что будут рассматривать этот вопрос и выдвинут более четкие требования к планетам. Но пока все остается по-прежнему. И чем дальше мы углубляемся в пространство, тем сложнее разобраться.
Термин «карликовая планета» приобрел неслыханную популярность за последние пару лет. В рамках трехсторонней категоризации объектов, вращающихся вокруг Солнца, этот термин был принят на вооружение в 2006 году из-за открытия объектов за орбитой Нептуна, сопоставимых по размерам с Плутоном. С тех пор он стал использоваться для описания многих объектов в Солнечной системе, перевернув старую систему классификации, в которой было девять планет.
Также этот термин породил путаницу и противоречия, в частности, связанные с применением его в отношении тел вроде Плутона. Тем не менее Международный астрономический союз (МАС) признает пять тел в пределах нашей Солнечной системы карликовыми планетами, еще шесть будут определены в ближайшие годы и порядка 200 таких тел может быть в пределах пояса Койпера.
Согласно определению, принятому МАС в 2006 году, карликовая планета – это «небесное тело на орбите звезды, которое достаточно массивно, чтобы округляться за счет собственной гравитации, но не очищать ближайший регион от планетезималей, и не является спутником. Кроме того, оно должно обладать достаточной массой для преодоления предела прочности на сжатие и достижения гидростатического равновесия».
В сущности, этот термин означает любой объект с планетарной массой, не являющийся ни планетой, ни естественным спутником, который отвечает двум базовым критериям. Во-первых, он должен быть на прямой орбите Солнца и не являться луной вокруг другого тела. Во-вторых, он должен быть достаточно массивным, чтобы обрести сферическую форму под действием собственной силы тяжести. И, в отличие от планеты, он не должен очищать окрестности вокруг своей орбиты.
Для того чтобы тело округлилось, оно должно быть достаточно массивным, чтобы гравитация стала доминирующей силой, влияющей на форму тела. Порожденное этой массой внутреннее давление приведет к тому, что поверхность станет пластичной, будет сглаживать высокие подъемы и заполнять впадины. С мелкими телами размером менее километра в диаметре такого не происходит (вроде астероидов), ими управляют силы за пределами их собственных гравитационных сил, которые, как правило, поддерживают неправильные формы.
Между тем, тела в несколько километров поперечником – когда сила тяжести существенная, но не доминирующая – принимают форму сфероида или «картошки». Чем больше тело, тем выше его внутреннее давление, пока не станет достаточным, чтобы преодолеть внутреннюю силу сжатия и достичь гидростатического равновесия. В этот момент тело становится настолько круглым, насколько вообще может быть, учитывая его вращение и приливные эффекты. Это определение предела карликовой планеты.
Тем не менее вращение также может повлиять на форму карликовой планеты. Если тело не вращается, оно будет сферой. Чем быстрее оно вращается, тем более вытянутым или разносторонним оно станет. Экстремальный пример такого – это Хаумеа, которая почти в два раза длиннее на основной оси, чем на полюсах. Приливные силы также приводят к тому, что вращение тела постепенно становится приливно заблокированным, и тело остается обращенным к компаньону одной стороной. Крайний пример такой системы – Плутон – Харон, оба тела приливно заблокированы между собой.
Верхние и нижние пределы размера и массы карликовых планет МАС не определяет. И хотя нижняя граница определяется достижением равновесной гидростатической формы, размер или масса, при которой этот объект достигает такой формы, зависит от его состава и термической истории.
В дополнение к гидростатическому равновесию, многие астрономы настояли о проведении черты между планетами и карликовыми планетами на основе их неспособности «очищать окрестности своей орбиты». Короче говоря, планеты могут убирать меньшие тела рядом со своими орбитами путем столкновения, захвата или гравитационного возмущения, тогда как карликовые планеты не обладают необходимой массой, чтобы достичь этого.
Для расчета вероятности того, что планета очистит свою орбиту, планетологи Алан Штерн и Гарольд Левинсон представили параметр, который они обозначают буквой «лямбда». Этот параметр выражает вероятность столкновения в зависимости от заданного отклонения орбиты объекта. Значение этого параметра в модели Штерна пропорционально квадрату массы и обратно пропорционально времени и может быть использовано для оценки потенциала тела очищать окрестности своей орбиты.
Астрономы вроде Стивена Сотера, ученого Нью-Йоркского университета и научного сотрудника Американского музея естественной истории, предлагают использовать этот параметр для проведения черты между планетами и карликовыми планетами. Сотер также предложил параметр, который он называет планетарным дискриминантом – обозначается буквой «мю» – который рассчитывается путем деления массы тела на общую массу тел других объектов на той же орбите.
В настоящее время есть пять карликовых планет: Плутон, Эрис, Макемаке, Хаумеа и Церера. Только Церера и Плутон наблюдались достаточно, чтобы быть бесспорно вписанными в эту категорию. МАС постановил, что безымянные транснептуновые объекты (ТНО) с абсолютной величиной ярче, чем +1 (и математически ограниченные минимальным диаметром в 838 километров) должны быть причислены к карликовым планетам.
Возможные кандидаты, которые находятся в настоящее время под рассмотрением, включают Орк, 2002 MS4, Салацию, Квавар, 2007 OR10 и Седну. Все эти объекты расположены в поясе Койпера; за исключением Седны, которая рассматривается отдельно – отдельным классом динамических ТНО во внешней Солнечной системе.
Вполне возможно, что в Солнечной системе есть еще 40 объектов, которые могут быть справедливо обозначены карликовыми планетами. По оценкам, до 200 карликовых планет могут найти в поясе Койпера после его изучения, а за пределами этого пояса их число может превзойти 10000.
Сразу после решения МАС касательно определения планеты, ряд ученых выразил свое несогласие. Майк Браун (лидер группы Калтеха, которая обнаружила Эрис) соглашается с сокращением числа планет до восьми. Тем не менее ряд астрономов вроде Алана Штерна высказали критику по поводу определения МАС. Штерн утверждает, что, подобно Плутону, Земля, Марс, Юпитер и Нептун тоже не полностью очищают свои орбитальные зоны. Земля вращается вокруг Солнца с 10000 околоземных астероидов, которые по оценке Штерна противоречат очищению орбиты Земли. Юпитер, между тем, сопровождается 100000 троянских астероидов на своем орбитальном пути.
В 2011 году Штерн ссылался на Плутон как на планету и считал другие карликовые планеты вроде Цереры и Эрис, а также крупные луны, дополнительными планетами. Тем не менее другие астрономы утверждают, что хотя крупные планеты и не расчищают свои орбиты, они полностью контролируют орбиты других тел в пределах своей орбитальной зоны.
Другое спорное применение нового определения планет касается планет за пределами Солнечной системы. Методы выявления внесолнечных объектов не позволяют определить напрямую, «очищает ли объект орбиту», только косвенно. В результате в 2001 году МАС утвердил отдельные «рабочие» определения для внесолнечных планет, включающие такой сомнительный критерий: «Минимальные масса/размер, необходимые для того, чтобы считать внесолнечный объект планетой, должны соответствовать параметрам, принятым для Солнечной системы».
Несмотря на то, что за принятие такого определения планет и карликовых планет высказались далеко не все члены МАС, NASA недавно объявило, что будет использовать новые руководящие принципы, установленные МАС. Тем не менее споры о решении 2006 года пока не прекращаются, и мы вполне можем ожидать дальнейшего развития событий на этом фронте, когда будет обнаружено и определено больше «карликовых планет». По меркам МАС довольно просто определить карликовую планету, но вписать Солнечную систему в трехуровневую систему классификации будет все сложнее по мере расширения нашего понимания Вселенной.
Подавляющее большинство людей не знают, что Плутон теперь карликовая планета Солнечной системы. Если вы не знаете, то их теперь несколько. Из пяти официально признанных, Плутон даже не самый большой. Про них есть множество интересных фактов, которые можно найти ниже.
Малые спутники планет Солнечной системы и астероиды в большинстве своём далеки от сферической формы. А шарообразный Плутон, согласно определению, вполне мог бы и дальше числиться девятой планетой Солнечной системы. Но астрономическое сообщество решило отнести его к карликовым планетам. Произошло это как раз тогда, когда астрономы с помощью наземных и космических телескопов начали успешно изучать Плутон, стремясь узнать о нём и его спутниках как можно больше.
Плутон открыл в 1930 году американский астроном Клайд Томбо, а имя ему придумала одиннадцатилетняя девочка по имени Венеция Бёркни, победившая в конкурсе на лучшее название новой планеты. Самый большой спутник Плутона – Харон – открыл в 1978 году американский астрофизик Джеймс Кристи. Он увидел его на снимке, полученном в Военно-морской обсерватории США в Аризоне. Систему Плутон – Харон можно назвать двойной планетой (диаметр Плутона – 2284 километров, Харона – примерно вдвое меньше, а масса спутника лишь в 6–8 раз меньше массы его планеты). Впрочем, двойной планетой нередко называют и систему Земля – Луна (средний диаметр Земли – 12742 километров, Луны – 3475 километров; масса Луны в 81 раз меньше массы Земли).
В мае 2005 года с помощью космического телескопа им. Э.Хаббла у Плутона открыли ещё два маленьких спутника. Их назвали Никс (размер около 40 километров) и Гидра (примерно 160 километров). В греческой мифологии Никс (Nyx), мать Харона, – богиня ночи. Но поскольку астероид с таким именем уже был, спутник Плутона назвали Nix, воспользовавшись эквивалентом слова Nyx в древнеегипетской мифологии. А Гидра (Hydra) в греческих мифах – это девятиглавое чудовище, обитающее в реке царства мёртвых, по которой паромщик Харон перевозил души умерших. Имена Никс и Гидра даны этим спутникам ещё и потому, что N и H – первые буквы слов в названии американской автоматической межпланетной станции «New Horizons» («Новые горизонты»), запущенной к Плутону 19 января 2006 года. В июле 2015 года она должна приблизиться к нему и впервые произвести подробную картографическую съёмку поверхности Плутона, Харона и, возможно, других его спутников. Впрочем, у астрономов уже есть фотографии системы Плутона и его поверхности, полученные крупными наземными телескопами.
С 2008 года астрономы стали называть карликовые планеты, среднее расстояние которых от Солнца больше, чем у Нептуна, плутоидами. Нептун – восьмая, самая дальняя, планета Солнечной системы. Это одна из четырёх планет-гигантов, у неё открыто 13 спутников. Среднее расстояние Нептуна от Солнца – почти 30 астрономических единиц (а.е.). Для сравнения: Плутон обращается вокруг Солнца на среднем расстоянии около 40 а.е., делая один оборот почти за 250 лет. (Напомним, что астрономической единицей называется среднее расстояние от Земли до Солнца, составляющее 149,6 миллионов километров). Среди карликовых планет есть такие, которые по размеру и массе не уступают Плутону и даже превосходят его. Познакомимся с наиболее крупными объектами, которые могут быть отнесены к этому классу.
За орбитой Нептуна расположен пояс Койпера (расстояние от Солнца 30 а.е. – 55 а.е.). Именно в нём находится карликовая планета Плутон и другие плутоиды.
Плутон
Один из самых маленьких объектов Солнечной системы, радиусом всего 1153 километров. Период обращения по орбите вокруг Солнца составляет 90613 суток (около 248 лет), а оборот вокруг своей оси занимает 6,4 земных суток. Несколько десятилетий с момента открытия в 1930 году считался девятой планетой, пока в 2006 году астрономы не пришли к выводу, что его всё-таки стоит причислить к карликовым планетам в поясе Койпера, получившим своё название после открытия в 2005 году нескольких подобных Плутону объектов. Спутников, сопровождающих его, на данный момент известно 5 – Харон, крупнейший из них, Кербер, Никта, Стикс и Гидра. Орбита этой карликовой планеты эллиптическая, вытянута довольно сильно. Лишь несколько лет назад учёным удалось измерить температуру на поверхности этого небесного тела. 14 июля 2015 года космический аппарат Новые Горизонты совершил близкий пролет вблизи Плутона и передал множество данных и фотографий о нем.
Эрида
Впервые один из самых крупных объектов за пределами орбиты Нептуна удалось сфотографировать 21 октября 2003 года в Паломарской обсерватории. Но случилось так, что на снимках его обнаружили только 5 января 2005 года. Первооткрывателями стала группа астрономов NASA во главе с профессором Калифорнийского технологического института Майклом Брауном. Эрида получила название в честь древнегреческой богини раздора. По своим размерам она оказалась несколько больше Плутона. Эта самая большая из известных карликовых планет движется вокруг Солнца по сильно вытянутой орбите. В перигелии, когда планета находится ближе всего к Солнцу, расстояние между ними составляет примерно 38 а.е., а в афелии, то есть при наибольшем удалении от Солнца, – более 97 а.е. Поверхность Эриды, вероятно, покрыта метановым снегом. У неё обнаружен спутник, получивший имя Дисномия в честь дочери Эриды. Размер Дисномии – 150 километров, период обращения вокруг Эриды – 16 земных суток.
Макемаке
Плутоид, открытый 31 марта 2005 года также при участии группы Майкла Брауна, назван в честь одного из божеств острова Пасхи. По размерам этот плутоид меньше Плутона (1300–1900 километров). Макемаке находится в поясе Койпера на расстоянии от Солнца 42–48 а.е. – чуть дальше Плутона. С помощью космической обсерватории «Спитцер» удалось получить некоторую информацию о его поверхности: она красноватого цвета и покрыта льдом из метана.
Квавар
Открытие его также принадлежит группе астрономов во главе с Майклом Брауном. Произошло это 4 июня 2002 года в Паломарской обсерватории. Имя объекта связано с местом, где находится обсерватория, – Южной Калифорнией. В мифологии одного из здешних коренных народов кваваром зовётся великая созидающая сила. Квавар по размерам сходен с Хароном. Он движется вокруг Солнца по почти круговой орбите и совершает один оборот за 286 лет, приближаясь к нашему светилу в перигелии на расстояние 42 а.е. и удаляясь от него в афелии примерно на 45 а.е. Как и многие другие объекты пояса Койпера, Квавар состоит из каменных пород и водяного льда. В феврале 2007 года у него обнаружили спутник размером около 100 километров.
Плутоид Хаумеа
По размерам немного уступает Эриде и Плутону. Сутки на этом быстровращающемся объекте продолжаются всего около 4 часов, а год длится 285 лет. По форме Хаумеа напоминает мяч для регби. Расстояние от Солнца в перигелии – примерно 35 а.е., в афелии – 43 а.е. Поверхность плутоида покрыта в основном водяным льдом. Имя Хаумеа ему присвоено в честь гавайской богини плодородия и деторождения. У него два спутника: Хииака размером 350 километров и вдвое меньший Намака. Они названы именами дочерей богини Хаумеа.
Плутоид Седна
Открытый 14 ноября 2003 года тоже при непосредственном участии группы Майкла Брауна, интересен не столько своим размером (примерно 1500 километров), сколько очень сильно вытянутой орбитой: в перигелии он приближается к Солнцу на 76 а.е., а в афелии удаляется от него примерно на 940 а.е. Скорее всего, Седну можно считать самым далёким из известных нам объектов пояса Койпера. Оборот вокруг Солнца она совершает более чем за 10500 лет. Седна – имя эскимосской богини, повелительницы морских животных.
Как и все небесные тела Солнечной системы, карликовые планеты движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Ближайшая к центральному телу точка орбиты называется перигелий, а наиболее удалённая – афелий. Среднее расстояние небесного тела от Солнца – это размер большой полуоси его эллиптической орбиты, равный полусумме наибольшего и наименьшего расстояния между ними.
По таким орбитам, как у Седны, и даже более вытянутым движутся многие кометы. Время от времени они прилетают к Солнцу из далёкого облака Оорта и вновь возвращаются к нашему светилу уже через многие тысячи, а быть может, и миллионы лет. Такие небесные тела называют долгопериодическими. Они – свидетельство того, что громадное гравитационное воздействие Солнца простирается невообразимо далеко за пределы орбиты Плутона – бывшей девятой планеты Солнечной системы, а ныне представителя семейства карликовых планет. Иными словами, границы Солнечной системы находятся далеко-далеко за пределами нашей планетной системы, возможно, на расстоянии даже 100 тысяч а.е. от Солнца.
| 
