Na tropie 9 planety. W mrokach Układu Słonecznego czai się coś olbrzymiego

Choć mogłoby się wydawać, że po wiekach obserwacji niebo nie ma przed nami większych tajemnic, to astronomowie od lat poważnie rozważają istnienie nieznanego obiektu: tajemniczej Dziewiątej Planety. I nie chodzi tu o romantyczne mrzonki rodem z science fiction, lecz o próbę wyjaśnienia bardzo konkretnych anomalii w ruchu ciał niebieskich krążących daleko za Neptunem.

Kiedy słyszysz o Dziewiątej Planecie lub tajemniczej Planecie X, możesz pomyśleć, że to jedno i to samo. I rzeczywiście, oba te terminy są czasem używane zamiennie, jednak ich pochodzenie, historia i znaczenie są zupełnie inne.

Jeden z nich ma ponad sto lat, drugi powstał w XXI wieku i jest wynikiem nowoczesnej analizy astronomicznej. To, co je łączy, to idea: gdzieś tam, daleko za Neptunem, może krążyć jeszcze jedna, nieodkryta planeta, która skrywa się przed naszym wzrokiem.

Zgodnie z tymi hipotezami Dziewiąta Planeta nieśmiało czai się na lodowych, zewnętrznych obrzeżach naszego Układu Słonecznego, kryjąc się w ciemnościach. Jednocześnie jednak dyskretnie pociąga za sznurki za kulisami: wydłuża orbity odległych ciał niebieskich, a może nawet przechyla cały Układ Słoneczny na jedną stronę.

Termin Planeta X pojawił się na początku XX wieku dzięki amerykańskiemu astronomowi Percivalowi Lowellowi. W 1915 r. zasugerował on, że coś dziwnego dzieje się z orbitą Urana. Grawitacyjne zaburzenia w jego ruchu sugerowały istnienie niewidocznej planety, której oddziaływanie mogło tłumaczyć te anomalie.

Nazwano ją właśnie Planetą X. I tu warto zaznaczyć, że „X” oznaczało nie cyfrę rzymską dziesięć, ale literę, symbol nieznanej wartości, jak w matematyce.

Lowellowi nie udało się odnaleźć tej planety, ale jego prace zainspirowały dalsze poszukiwania. W 1930 r. młody astronom Clyde Tombaugh odkrył Plutona, który przez lata był uważany za ową mityczną Planetę X.

Problem w tym, że Pluton okazał się zbyt mały, by wywoływać wspomniane zaburzenia. Późniejsze, dokładniejsze pomiary ujawniły, że owe anomalie były wynikiem błędnych danych, a nie działania jakiegoś ukrytego ciała niebieskiego. Innymi słowy, Planeta X w ujęciu Lowella nigdy nie istniała.

Przez dekady Pluton dumnie nosił miano dziewiątej planety Układu Słonecznego. Aż do 2006 r., kiedy Międzynarodowa Unia Astronomiczna (IAU) zaktualizowała definicję planety. W nowej klasyfikacji Pluton, ze względu na swoją niewielką masę i nietypową orbitę, został zdegradowany do rangi planety karłowatej.

Dziesięć lat później, w 2016 r., astronomowie z California Institute of Technology (Caltech): Konstantin Batygin i Michael Brown zaprezentowali nową hipotezę. Na podstawie analizy orbity obiektów z Pasa Kuipera doszli do wniosku, że za dziwnym ich zachowaniem może stać nieodkryta jeszcze planeta.

Nazwali ją Planet Nine, Planetą Dziewięć, by podkreślić, że zajęłaby ona miejsce opuszczone przez Plutona. Tym razem nie chodziło o historyczne spekulacje, lecz o konkretne dane i modele matematyczne.

Wyniki ówczesnych badań opublikowano w Astronomical Journal. Pokazują one w jaki sposób Planeta Dziewiąta pomaga wyjaśnić szereg tajemniczych cech pasma lodowych obiektów i odłamków za Neptunem, znanego jako Pas Kuipera.

Wszystko zaczęło się od obserwacji tzw. ekstremalnych obiektów transneptunowych (ETNOs) - to ciała, które krążą wokół Słońca w odległości ponad 250 jednostek astronomicznych (AU), czyli więcej niż 250 razy dalej niż Ziemia.

Dla porównania Neptun, oficjalnie ostatnia planeta w Układzie Słonecznym, znajduje się średnio około 30 AU od Słońca. ETNOs są więc niesamowicie odległe, ale mimo tej kosmicznej pustki wykazują coś bardzo dziwnego: ich orbity są zaskakująco do siebie podobne.

Co ciekawe, orbity wielu tych obiektów są nachylone względem płaszczyzny Układu Słonecznego o około 20 stopni. Niektóre poruszają się wręcz w kierunku przeciwnym do reszty planet. A ich peryhelia, czyli najbliższe punkty orbity względem Słońca, są zaskakująco zgodne. Takie zgrupowanie nie powinno występować naturalnie, chyba że coś je w ten sposób „ustawia”. I właśnie tu pojawia się Dziewiąta Planeta.

Z modeli Batygina i Browna wynika, że hipotezowana planeta miałaby masę 5 do 10 razy większą niż Ziemia, co czyniłoby ją tzw. superziemią. To ciekawe, bo właśnie tego typu planety, większe od Ziemi, ale mniejsze od Neptuna, są, póki co najczęściej spotykanymi planetami w innych układach gwiazdowych.

A nasz Układ Słoneczny? Wygląda trochę jak wyjątek od reguły. Gdyby istnienie Planety Dziewięć się potwierdziło, uczyniłoby nasz system bardziej „typowym” w skali galaktyki.

Jej orbita? Gigantyczna. Początkowo szacowano, że krąży gdzieś między 400 a 800 AU od Słońca, czyli setki miliardów kilometrów od nas.

W kolejnych latach dane uległy korektom. W 2021 r. wyliczono, że jej orbita może mieć półosię główną 380 AU (z marginesem błędu +140/−80 AU). W 2022 r. poprawiono tę wartość do 460 AU, a najnowsze szacunki z 2025 r. mówią już o 290±30 AU. To oznacza, że Dziewiąta Planeta, jeśli istnieje, może znajdować się znacznie bliżej, niż wcześniej przypuszczano. A mimo to, wciąż nikt jej nie widział.

Hipotez jest kilka, a każda z nich brzmi intrygująco. Konstantin Batygin i Michael Brown, astronomowie z Caltech, sugerują, że Dziewiąta Planeta to jądro gazowego olbrzyma, które w młodości Układu Słonecznego zostało wyrzucone przez Jowisza na obrzeża systemu.

Planeta Dziewiąta powstać miała dużo bliżej Słońca, być może w pobliżu Jowisza lub Saturna, ale została wyrzucona w kosmiczną dzicz w wyniku bliskiego spotkania z którymś z gazowych olbrzymów. Mówimy tutaj o czasach, kiedy Układ Słoneczny dopiero się kształtował, a planety dosłownie walczyły o przetrwanie.

To wyrzucenie nie oznacza jednak końca historii. Gdy Planeta Dziewiąta została „wypchnięta” na peryferie, grawitacja sąsiedniej gwiazdy lub opór resztek gazu z mgławicy słonecznej mogły zmniejszyć ekscentryczność jej orbity. W praktyce: zamiast pędzić w przestrzeń międzygwiezdną, planeta została uwięziona na bardzo odległej, ale stabilnej orbicie, poza zasięgiem reszty planet. Szansa na taki scenariusz? Zaledwie kilka procent. Ale przy odpowiednich warunkach możliwa.

Nie brakuje też głosów, że Planeta Dziewiąta mogła powstać tam, gdzie dziś się znajduje, czyli daleko za Neptunem. To tzw. hipoteza in situ. Problem polega na tym, że do jej powstania potrzebny byłby olbrzymi dysk pyłu i gazu rozciągający się na setki jednostek astronomicznych.

A nawet jeśli taki dysk istniał, to życie w początkowej gromadzie gwiazd, w jakiej znajdowało się nasze Słońce, nie było spokojne. Bliskie przeloty innych gwiazd i promieniowanie mogłyby zniszczyć taki dysk zanim planeta zdołałaby urosnąć.

Mimo to, prawdopodobieństwo, że Planeta Dziewiąta mogła się tam uformować i przetrwać w ekscentrycznej orbicie, wynosi około 10 proc. To nadal całkiem sporo jak na realia astrofizyczne.

Planeta Dziewięć została zaproponowana również jako potencjalna pozostałość wczesnej ewolucji Układu Słonecznego. Zgodnie z modelem nicejskim wczesny Układ Słoneczny zawierał pięć planet olbrzymów: Jowisza, Saturna, Urana, Neptuna i piątego, obecnie zaginionego lodowego olbrzyma.

Symulacje modelu nicejskiego sugerują, że oddziaływania grawitacyjne między tymi planetami, w połączeniu z oddziaływaniami z dyskiem planetozymali, doprowadziły do ​​wyrzucenia piątego olbrzyma z Układu Słonecznego około 4 mld lat temu.

Najbardziej filmowa, ale wcale nie najmniej prawdopodobna hipoteza? Planeta Dziewiąta mogła pochodzić spoza Układu Słonecznego. Podczas bliskiego spotkania naszego Słońca z inną gwiazdą, mogło dojść do wymiany: jedna z planet orbitujących tamtą gwiazdę została „wyrwana” przez grawitację i przechwycona przez Słońce.

Jeśli taka planeta znajdowała się na odległej orbicie i w układzie nie było masywnego Jowisza, mogła zostać łatwiej schwytana i pozostać na ekscentrycznej ścieżce. Taka przechwycona planeta miałaby tylko 1–2 proc. szans na znalezienie się na orbicie podobnej do tej, jaką dziś przypisuje się Planecie Dziewiątej.

Zupełnie inna wersja tej historii sugeruje, że Słońce kiedyś miało bliźniaka, gwiazdę o podobnej masie i razem krążyły wokół wspólnego środka masy. Jeśli to prawda, to w takiej konfiguracji szanse na przechwycenie Planety Dziewiątej z innego układu wzrastają aż dwudziestokrotnie.

Są też tzw. planety samotne – rogue planets, które wędrują przez przestrzeń międzygwiezdną bez żadnej gwiazdy. Teoretycznie mogłyby zostać przechwycone przez nasze Słońce. Ale szanse są tu minimalne - tylko 0,05 do 0,10 proc.

No dobrze, a może całkiem popuścimy wodze fantazji? W 2019 r. Jakub Scholtz i James Unwin zaproponowali, że za niewytłumaczone trajektorie obiektów ETNOs odpowiedzialna jest pierwotna czarna dziura przechwycona przez nasz układ. 

Ich analiza poparta została danymi soczewkowania grawitacyjnego zebranymi przez projekt OGLE. Twierdzą, że przechwycenie hipotetycznej pierwotnej czarnej dziury byłoby bardziej prawdopodobne niż przechwycenie swobodnie unoszącej się planety.

Może to również wyjaśniać, dlaczego obiekt odpowiedzialny za zakłócanie orbit, jeśli istnieje, jeszcze nie został zaobserwowany.

I tu dochodzimy do bardzo ważnego problemu. Choć mogłoby się wydawać, że tak masywny obiekt powinien być łatwy do zauważenia, to rzeczywistość jest bardziej skomplikowana.

Jeżeli Dziewiąta Planeta znajduje się akurat w najbardziej odległym punkcie swojej orbity (tzw. aphelium), może być ekstremalnie słaba, za słaba, by wykryły ją dotychczasowe teleskopy.

Misje takie jak WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), Pan-STARRS i NEOWISE przeczesywały niebo w poszukiwaniu nieznanych obiektów. Choć nie znalazły Dziewiątej Planety, nie można powiedzieć, że jej istnienie zostało wykluczone. Po prostu mogła znajdować się w miejscu, gdzie jej światło było zbyt słabe, by je wykryć.

Nadzieję daje m.in. japoński 8-metrowy teleskop Subaru, który systematycznie przeczesuje potencjalne sektory nieba, w których może znajdować się tajemniczy obiekt. Sukces nie jest wykluczony, zwłaszcza że najnowsze dane pozwalają zawęzić obszar poszukiwań.

Naukowcy Amir Siraj i Avi Loeb zaproponowali metodę, dzięki której uruchomione w ostatnich dniach Obserwatorium Very C. Rubin będzie mogło wykrywać rozbłyski pochodzące z dowolnej czarnej dziury o małej masie w zewnętrznym Układzie Słonecznym, w tym z prawdopodobnie pierwotnej czarnej dziury. Będzie to więc okazja do sprawdzenia tej, wydawać by się mogło, szalonej hipotezy.

Nie wszyscy naukowcy są przekonani, że zgrupowanie orbit ETNOs wymaga istnienia dodatkowej planety. Część badaczy wskazuje, że obserwacje tych obiektów są ekstremalnie trudne i prowadzone tylko przez krótki czas w ciągu roku. To mogłoby powodować tzw. bias obserwacyjny - iluzję, że coś jest bardziej uporządkowane, niż w rzeczywistości.

Alternatywne teorie zakładają, że zgrupowanie może być efektem statystycznym, przejściowym stanem dynamicznym, albo skutkiem nieznanych jeszcze procesów zachodzących na obrzeżach Układu Słonecznego, np. oddziaływania z tzw. dyskiem rozproszonym czy resztkami obłoku Oorta.

Czy Dziewiąta Planeta istnieje? Nie wiemy. Ale to właśnie czyni tę zagadkę tak ekscytującą. To trochę jak poszukiwanie nowego kontynentu na mapie nieba, może się okazać, że nic tam nie ma, ale równie dobrze możemy dokonać największego odkrycia w astronomii planetarnej od czasów odkrycia Neptuna w 1846 r.

Pewne jest jedno: naukowcy nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Nowe teleskopy, nowe algorytmy i nowe dane z obserwacji mogą w każdej chwili rzucić światło na ten kosmiczny cień. I być może wkrótce obudzimy się w Układzie Słonecznym, który zamiast ośmiu planet, znów będzie miał dziewięć, tylko że ta dziewiąta będzie bardzo, bardzo daleko.

Główna ilustracja: Artystyczna wizja ukazująca widok z Planety Dziewiątej w kierunku Słońca. Na ilustracji Dziewiąta Planeta została przedstawiona jako gazowy olbrzym, podobnie jak Uran i Neptun. Widać błyskawice rozświetlające nocną stronę planety. Źródło: Caltech/R. Hurt (IPAC)