В 2006 году Плутон был понижен в должности очень спорным решением. Если вы не будете игнорировать почти всю науку о планетах, она никогда больше не станет таковой.
Ключевые выводы
- Обнаруженный в 1929 году, Плутон был известен как 9-я планета Солнечной системы в течение почти 80 лет.
- В 2006 году Международный астрономический союз дал противоречивое определение слову «планета», навсегда исключив Плутон.
- Сегодня мы знаем намного больше о ближних и дальних мирах, и Плутон просто не соответствует всем параметрам, кроме одного.
С 1929 по 2006 год Плутон жил в воображении детей и взрослых как девятая и самая удаленная планета в нашей Солнечной системе. До 1978 года, когда был открыт его гигантский спутник Харон, это был единственный известный крупный объект в нашей Солнечной системе, который вращался за пределами досягаемости Нептуна. И все же на протяжении 1990-х и 2000-х годов было обнаружено огромное количество объектов, включая планеты, вращающиеся вокруг звезд, отличных от нашего Солнца, и большое разнообразие объектов пояса Койпера, больших и малых, что заставило нас переосмыслить, что это значит для объекта. считать планетой.
В 2006 году, когда присутствовала лишь небольшая часть генеральной ассамблеи, Международный астрономический союз выдвинул три критерия, которым должен соответствовать объект, чтобы считаться планетой:
- Он должен быть достаточно массивным, чтобы привести себя в гидростатическое равновесие, где гравитация и вращение определяют его общую форму.
- Он должен вращаться вокруг Солнца и только вокруг Солнца, исключая любые миры-спутники, такие как луны.
- Он должен «очистить свою орбиту», что означает, что во временных масштабах, подобных Солнечной системе, нет других объектов сопоставимой массы, которые разделяют его орбиту.
Вместо добавления дополнительных планет, таких как Церера и Эрида, этот шаг понизил Плутон, лишив его планетарного статуса. Это определение остается спорным даже сегодня, но все альтернативы, проводящие разделительную линию с Плутоном на другой стороне, научно необоснованны. Вот почему.
Области звездообразования, такие как эта в туманности Киля, могут образовывать огромное разнообразие звездных масс, если они могут коллапсировать достаточно быстро. Внутри «гусеницы» находится протозвезда, но она находится в завершающей стадии формирования, так как внешнее излучение испаряет газ быстрее, чем новообразующаяся звезда может его накапливать. Внутри также должно быть много молодых протопланет.)
Обычно дискуссии о том, что является планетой, а что нет, начинаются совершенно не с того места: с произвольного определения, основанного на некотором представлении о том, что такое определяющая «планетарная» характеристика. Вместо того, чтобы думать, что мы знаем что-то о планетах с самого начала - тип определения «я узнаю это, когда увижу это», - мы должны начать с того, что физически происходит, когда формируются звезды, планеты и все другие виды объектов. Чтобы раскрыть это, мы должны заглянуть внутрь областей, где на самом деле происходит этот тип формирования: в туманности, где активно формируются новые звезды.
Внутри этих массивных, пыльных и богатых газом регионов всегда происходит одна и та же серия событий. Сначала массивное облако материи начинает разрушаться под тяжестью собственной гравитации. По мере того, как происходит гравитационный коллапс, области, которые быстрее всего притягивают к себе наибольшее количество материи, начинают расти еще быстрее. Поскольку гравитация - это неуправляемый процесс, именно места с наибольшей плотностью собирают больше всего материи и растут быстрее всего, и, следовательно, они будут первыми местами, которые вызовут образование новых звезд. Из-за того, насколько велики эти области и сколько углового момента содержится внутри них, мы формируем не просто одну сверхмассивную звезду, а сотни, тысячи или даже большее количество звезд одновременно.
На изображении показана центральная область туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке. Молодое и плотное звездное скопление R136 можно увидеть в правом нижнем углу изображения. Это скопление содержит сотни тысяч новых звезд, в том числе сотни молодых голубых массивных звезд, среди которых самые тяжелые из когда-либо обнаруженных во Вселенной. Все эти звезды родились за очень короткое время: максимум 1-2 миллиона лет друг от друга.)
Долгое время мы знали только части этой истории. Мы могли видеть темные туманности, где располагалась эта нейтральная материя и где звезды будут формироваться в относительно недалеком космическом будущем. Во время активных стадий звездообразования мы могли видеть окружающий ионизированный (в основном водородный) газ, который излучает свет, когда внутри достаточное количество ультрафиолетового излучения от новых молодых звезд. И, наконец, когда достаточное количество этого материала испарится, мы сможем увидеть изнутри открытые новые звезды: эти рассеянные звездные скопления, заполненные сотнями, тысячами или даже большим количеством новых звезд.
С появлением многоволновой астрономии с высоким разрешением мы смогли заглянуть внутрь этих когда-то малоизвестных областей, чтобы пролить свет на то, что происходит в этих средах. Сегодня открылась богатая история. В каждой области звездообразования есть не только массивные, растущие глыбы, которые станут звездами с собственными солнечными системами, но и огромное количество несостоявшихся звезд и солнечных систем: регионы, где самый массивный объект никогда не становится достаточно тяжелым, чтобы зажечь ядерный синтез в его собственное ядро. Среди всех новых звезд находится еще большее количество коричневых карликов, а также менее массивные объекты, физический размер которых примерно равен Юпитеру (и меньше), которые просто не росли достаточно быстро, чтобы стать звездами сами по себе.
Знаменитые Столпы Творения внутри туманности Орла - это место, где формируются новые звезды в борьбе с испаряющимся газом. В видимом свете (слева) новые звезды в значительной степени затемнены, а инфракрасный свет позволяет нам смотреть сквозь пыль на вновь формирующиеся звезды и протозвезды внутри.)
Вокруг каждой из этих систем - как успешных звезд, так и неудавшихся - большое количество материала из окружающей туманности накапливается либо в виде диска, либо в виде серии дисков: мы называем их протопланетными дисками. Как и в большинстве систем, состоящих из большого количества частиц, в них быстро развиваются нестабильности, которые порождают самые ранние связанные сгустки материи: планетезимали. Эти планетезимали взаимодействуют, сталкиваются, разбивают друг друга на части и/или слипаются, а также гравитационно притягивают друг друга.
По прошествии относительно более длительных периодов времени некоторые сгустки станут «победителями», когда они пропылесосят всю окружающую их материю, а другие станут проигравшими, когда они либо:
- удалить из системы
- поглотить другой комок
- получить выстрел из рогатки в (одну из) центральной массы(ей)
- разорваться на части при столкновении или гравитационном столкновении
Со временем и центральная масса, и энергетический свет окружающих звезд сдуют большую часть протопланетного материала. Когда все будет сказано и сделано, у нас будет большое количество новых систем.
На этом изображении показаны молекулярные облака Ориона, цель исследования VANDAM. Желтые точки - это расположение наблюдаемых протозвезд на синем фоновом изображении, сделанном Гершелем. На боковых панелях показаны девять молодых протозвезд, полученные с помощью ALMA (синий цвет) и VLA (оранжевый цвет). Дж. Тобин; NRAO/AUI/NSF, С. Даньелло; Herschel/ESA)
Как выглядят эти системы? В большом количестве из них будет одна или несколько звезд, где вам нужно собрать достаточно массы (около 8% массы Солнца), чтобы зажечь ядерный синтез в ядре. Примерно половина систем, содержащих звезды, подобна нашей, с одной звездой и многочисленными планетами, в то время как примерно половина состоит из нескольких звездных элементов, а также, насколько мы можем судить, с планетными системами, которые вращаются вокруг одной или нескольких звезд.
Незвездные объекты, существующие в этих системах, могут быть похожи на Юпитер: массивные и богатые летучими веществами, демонстрирующие самосжатие. Они могут быть чуть менее массивными: по-прежнему богаты летучими газами, но без самосжатия, как Нептун. Или они могут вообще не иметь летучих веществ, и в этом случае они земные, как Земля.
Для каждой формирующейся звезды существует несколько формирующихся «неудавшихся звезд», каждая из которых также может обладать собственной орбитальной меньшей массой. Сюда входят коричневые карлики и их системы, «звезды» L и T Тельца, а также то, что мы могли бы по праву назвать «планетами-сиротами», или массы, которые возникли, вообще не имея родительских звезд.
В системе, в которой доминирует одна протозвезда, будут основные регионы, определяемые несколькими линиями, включая линию сажи и линию инея. Помимо последней большой массивной планеты, можно также провести дополнительную линию, в которой все объекты вне ее имеют больше общего друг с другом, чем с любым другим классом объектов.
Если мы посмотрим только на системы, в которых есть хотя бы одна полноценная звезда, мы обнаружим, что в каждой системе существуют три отдельные «линии».
- Линия Сажи Самая внутренняя область любой Солнечной системы, ближайшая к родительской звезде, будет чрезвычайно горячей и подвержена воздействию больших количеств излучения. Независимо от того, насколько вы массивны, вы не можете удерживать какие-либо летучие вещества; они все выпарятся. Внутри линии Сажи могут существовать только открытые планетарные ядра.
- Линия Фроста Раньше, когда формировались планеты Солнечной системы, существовала линия: внутри нее водяной лед сублимировался в паровую фазу, находясь вне ее, вы могли бы образовать стабильный твердый лед. Эта линия соответствует тому месту, где в нашей Солнечной системе находятся астероиды: тела, в основном каменистые, но также содержащие лед.
- Линия Койпера Ладно, признаюсь: никто ее так не называет. Но за последним сформировавшимся большим, массивным телом, которое последним сметет все остальные объекты, находящиеся на его орбите, находится большое количество в основном ледяных тел различной массы. Эти объекты состоят почти исключительно из различных льдов и летучих веществ, и в нашей Солнечной системе они включают пояс Койпера и, кроме того, облако Оорта. Они могут быть такими же массивными, как Тритон на Нептуне, или маленькими, как объекты размером с пылинку.
Снимок, сделанный телескопом ALMA (слева), показывает кольцевую структуру диска GW Ori, при этом самое внутреннее кольцо отделено от остальной части диска. Наблюдения SPHERE, справа, показывают тень этого самого внутреннего кольца на остальной части диска. Подобные особенности в протопланетных дисках удалось разрешить только в самые последние годы.
Есть еще кое-что, о чем следует помнить. Когда мы смотрим на недавно формирующиеся солнечные системы - те, вокруг которых все еще есть протопланетные диски, - мы видим, что в этих дисках есть промежутки, и мы понимаем, что эти промежутки соответствуют вновь формирующимся, вероятно, довольно массивным планетам.
Мы знаем, что если вы хотите, чтобы ваш объект втянул себя в гидростатическое равновесие, чтобы его форма определялась гравитацией и угловым моментом, объект с «открытым ядром», который формируется в пределах линии Саута, должен быть примерно в 10 раз массивнее объекта, который формируется за пределами «линии Койпера» и состоит исключительно из летучих веществ.
Мы также знаем, что объект определенной массы очистит свою орбиту только в том случае, если он окажется достаточно близко к своей родительской звезде. Луна очистила бы нашу нынешнюю орбиту, если бы мы убрали Землю и оставили нашу Луну позади; это достаточно массивно. Но Марс и Меркурий перестали бы это делать, если бы мы переместили их на место Эриды. Точно так же Церера могла бы быть планетой, но только если бы она вращалась на расстоянии ~ 5% или меньше от расстояния Меркурий-Солнце. Когда дело доходит до рассмотрения того, что эти объекты разной массы могут делать по отношению к окружающей их среде, а также к их внутренним, физическим свойствам, мы игнорируем факт их местонахождения - в том числе и то, где они образовались - на свой страх и риск.
Под пределом размера 10 000 километров находятся две планеты, 18 или 19 лун, 1 или 2 астероида и 87 транснептуновых объектов, большинство из которых еще не имеют названий. Все они показаны в масштабе, учитывая, что размеры большинства транснептуновых объектов известны лишь приблизительно. Плутон, насколько нам известно, был бы 10-м по величине из этих миров.
Если иметь в виду все это - все многообразие факторов, приводящих к формированию объекта и свойств, которыми он обладает, - где полезно проводить разделительную линию между планетой и не планета?
Некоторые, такие как Кирби Раньон, Фил Мецгер и Алан Стерн, выступают за то, что они называют «чисто геофизическим» определением: ваша планетарность определяется только характеристикой гидростатического равновесия. Это одно из возможных определений, но оно игнорирует широкий спектр внутренних и внешних свойств, которые отличают, скажем, Хаумеа от Меркурия, от Титана до Нептуна. Каждый из этих четырех миров имеет свойства, которые он имеет из-за того, где и как он образовался, факт, который мы игнорируем на свой страх и риск.
Однако мы не можем просто использовать определение Международного астрономического союза. В этом определении есть ужасный недостаток: оно применимо только к объектам, вращающимся вокруг Солнца, а это означает, что каждая экзопланета вокруг любой другой звезды во Вселенной не является планетой. К счастью, астрофизик Жан-Люк Марго еще в 2015 году расширил определение Международного астрономического союза на планеты за пределами нашей Солнечной системы, даже используя ряд измеримых прокси для точной оценки того, что нельзя измерить напрямую: «освободился ли объект от своей орбиты». или нет.
Научная граница между планетарным (вверху) и непланетарным (внизу) статусом для трех возможных определений явления очистки орбиты и звезды, равной массе нашего Солнца. Это определение может быть распространено на каждую экзопланетную систему, которую мы можем себе представить, чтобы определить, соответствует ли тело-кандидат критериям, как мы их определили, для того, чтобы быть классифицированным как настоящая планета или нет.
Что, вероятно, более важно, чем проведение другой, другой, столь же произвольной линии между «планетой» и «не планетой», так это понимание различных характеристик, которыми будут обладать объекты с совершенно разными историями.
- Объекты, образовавшиеся внутри линии сажи, будут более плотными и не будут содержать летучих веществ.
- Объекты, образовавшиеся между линиями сажи и инея, будут менее плотными, будут обладать способностью содержать летучие вещества и могут иметь самые разные массы.
- Объекты между линиями инея и Койпера будут еще менее плотными, будут богаты льдом и летучими веществами и снова могут иметь самые разные массы.
- Объекты за линией Койпера будут состоять в основном из летучих льдов, и все эти летучие вещества, скорее всего, быстро испарятся, если попадут внутрь линии инея.
Между тем, объекты, выброшенные из формирующейся или полностью сформировавшейся Солнечной системы, будут иметь другой состав и плотность по сравнению с объектами, сформировавшимися в месте, где никогда не было родительской звезды. Объекты, образовавшиеся из околопланетного диска, такие как Юпитер или большие спутники Сатурна, отличаются от объектов, которые мигрируют и захватываются гравитацией, например большой спутник Нептуна Тритон. Когда речь идет обо всех объектах менее массивных, чем звезды, история их расположения и формирования, а не просто масса и размер, являются жизненно важными факторами для понимания того, что делает объект важным или неважным в любом научном контексте.
Всего через 15 минут после прохождения мимо Плутона 14 июля 2015 года космический аппарат «Новые горизонты» сделал этот снимок, глядя на слабый серп Плутона, освещенный Солнцем. Ледяные особенности, в том числе несколько слоев атмосферной дымки, захватывают дух и завораживают, но весь мир имеет мало общего с тем, что мы обычно знаем и признаем планетой.
Всегда будет неразумно требовать, чтобы классификационная схема была универсально применимой, поэтому всегда будут противники и критики любой попытки ее создания. Тем не менее, гораздо более серьезное преступление - смягчить ранее полезное определение до точки универсальной бесполезности, чем исключить подмножество своих «любимых» объектов из обозначения, которое им было присвоено ранее.
Тем не менее, исходя из того, что мы можем наблюдать во Вселенной, факт остается фактом: Плутон совершенно ничем не примечателен в том, что касается объектов, обнаруженных за пределами «линии Койпера» его Солнечной системы. Он имеет совершенно нормальную массу, радиус, состав и историю формирования и является членом популяции объектов, которые имеют очень мало общего с такими объектами, как планеты земной группы, такие как Венера, ледяные планеты-гиганты, такие как Нептун, и газовые планеты-гиганты, такие как Юпитер.. Только в галактике Млечный Путь может быть до ~1017ледяных круглых объектов, большинство из которых не связаны с родительской звездой и никогда не были. Если только нельзя привести веские доводы в пользу того, почему все эти объекты должны быть отнесены к разряду планет, несмотря на то, насколько сильно они отличаются от того, что мы сегодня называем планетой, то «Плутон как планета», основанный на научных достоинствах, не должен даже быть на рассмотрении.