Прошло почти три года с момента появления одного из наиболее интересных предположений, касающихся нашего собственного космического двора: что далеко за пределами орбиты Нептуна в нашей Солнечной системе может существовать ещё одна планета, ещё более массивная, чем Земля. В отличие от крохотных миров, обнаруженных ранее в поясе Койпера, типа Плутона или Эриды, это может быть мир больше Земли, с массой, вероятно, в десять раз превышающей земную, и отвечающий за придание видимым нам объектам странных орбит.
Как предположили Константин Батыгин и Майкл Браун, в пользу её существования должны говорить дополнительные доказательства, некоторые из которых начали проявляться. Однако большая часть учёных не согласна с этими доказательствами. Они утверждают, что эти данные предвзяты. И если учесть это, то никакая Девятая планета уже не нужна.
Пояс Койпера служит домом крупнейшему скоплению удалённых объектов из всех обнаруженных нами. При их изучении можно было бы ожидать случайной ориентации их орбит, наклон и точки минимального приближения должны быть одинаково распределены во всех направлениях.
Однако орбиты наиболее далёких объектов, согласно имеющимся наблюдениям, сдвинуты в одном определённом направлении, и наклонены в одном направлении. Если бы так вели себя один-два объекта, это можно было бы списать на случай, но у нас таких объектов шесть; шансы на случайное совпадение примерно равны 0,0001%. Астрономы Константин Батыгин и Майкл Браун предложили новую радикальную теорию: существование сверхудалённой девятой планеты, массивнее Земли, но легче Урана и Нептуна, которая выбрасывает эти объекты на их новые орбиты.
У этой потрясающей идеи, если она подтвердится, будет несколько интересных последствий. В частности, должно будет выполняться следующее:
- Должно появиться избыточное число объектов, орбиты которых сильно растянутся из-за гравитационных взаимодействий.
- Орбиты и орбитальные плоскости этих объектов под влиянием Девятой планеты будут наклонены определённым образом.
- Должно существовать небольшое, но ненулевое скопление объектов, орбиты которых строго противоположны орбитам этой избыточной популяции.
- Должна существовать и сама Девятая планета, ожидающая открытия.
Батыгин и Браун с появлением дополнительных исследований указывали на некоторые объекты – один тут, другой там, ещё пара в следующей работе – как свидетельства первых трёх пунктов. Но Девятая планета пока ускользает от прямого наблюдения.
И это не так уж удивительно! Даже если бы Девятая планета была реальной и большой, она была бы чрезвычайно тусклой, находясь на предсказанном расстоянии от Солнца. Вы могли бы решить, что если она в десять раз дальше Урана и имеет примерно схожий размер, она должна быть всего в 100 раз менее яркой, поскольку яркость обратно пропорционально квадрату расстояния. Но с нашей точки зрения солнечный свет страдает от этой проблемы дважды: солнечный свет, достигший такого удалённого мира, будет в 100 раз тусклее, чем свет, дошедший до более близкого мира, а потом он ещё и отражается, и ему приходится лететь обратно в два раза больше, прежде чем он достигнет Земли. И вместо убывания по закону 1/r2, по сути видимый нами свет убывает, как 1/r4, из-за чего такой далёкий мир невероятно сложно увидеть.
С теоретической точки зрения эта идея гениальна. Всегда очень интересно наблюдать за тем, как можно объяснить большой набор наблюдений, не имеющих смысла сами по себе, при помощи единственного нового объекта. Но, как и в случаях со многими гениальными идеями, сохраняется возможность того, что она окажется ложной. Их того, что шесть сверхдальних объектов ведут себя немножечко необычно, не следует, что там нет шести миллионов сверхдальних объектов, ведущих себя совершено нормально – но мы их пока ещё не видели.
Короче говоря, нам надо убедиться, что наблюдаемые нами свидетельства характерны для существующих там объектов – и на этом месте идея спотыкается.
Пока что приходится полагаться на непрямые свидетельства, выдвинутые Батыгиным и Брауном. Всего они заявили о десяти объектах, совпадающих с их предсказаниями. Это впечатляет, и представляет собой улучшение по сравнению с оригинальными шестью.
Однако они не использовали данные с обзоров всего неба для поисках этих объектов: подобные обзоры (как, например, Pan-STARRS) не заглядывают достаточно глубоко. Транснептуновые объекты и их странные орбиты, за которые отвечала бы Девятая планета, должны быть расположены в определённом месте неба. Если вы хотите найти эти объекты, есть определённые места, в которых их надо искать.
И это нормально, но теория Батыгина-Брауна основывается не просто на факте существования этих объектов, но на том, что они существуют, и их скопление вряд ли случайно.
Но какова на самом деле вероятность такого скопления? Она сильно зависит от пары факторов, например, где именно вы делаете наблюдения, и с какой чувствительностью. Если большую часть времени вы смотрите туда, где ожидаете найти скопление объектов, конечно же, вы найдёте их больше; вы просто дольше туда смотрите и в целом обнаружите там больше всего. Это не значит, что происходит что-то необычное, типа необычного скопления.
На самом деле, существует большая вероятность того, что там не происходит ничего необычного; скорее всего, вы стали жертвой предвзятости наблюдения.
Десять объектов, определённые Батыгиным и Брауном, определены по результатам различных наблюдений различной глубины, и, что важно, при этом ни разу не оценивался возможный эффект предвзятости наблюдения. Представьте, что у вас есть телескоп, расположенный близ экватора Земли, и каждую ночь вы смотрите на ночное небо, пытаясь рассмотреть как можно больше и как можно глубже. Если у вас будет чистое и тёмное небо с хорошей видимостью 365 дней в году, вы сможете в равной мере изучить всё небо. Однако такого не бывает. Вместо этого:
- Некоторые периоды в году сильнее подвержены влиянию плохой погоды.
- В некоторые периоды чаще встречается атмосферная турбулентность и плохие условия.
- Некоторые части неба, например, галактическая плоскость, загрязнены, и не позволяют обнаружить ТНО.
И так далее. Суть в том, что если вы отдаёте предпочтение двум определённым участкам неба, где, как вы ожидаете, должны скапливаться объекты, вы обнаружите там скопление объектов. Возможно, вы находите их просто потому, что ищете.
Разумеется, команда Батыгина и Брауна на сегодня открыла уже 10 объектов, демонстрирующих скопление. Но являются ли они свидетельствами в пользу существования Девятой планеты?
Существует прямолинейный способ проверить реальность эффекта: провести специальное наблюдение, лишённое этой предвзятости, или, хотя бы, численно его оценивающее. Сейчас проходит крупное наблюдение за мирами за пределами Нептуна в Солнечной системе: Outer Solar System Origins Survey (OSSOS). В его рамках уже обнаружено более 800 объектов, причём поиск проводился в четырёх определённых участках неба в течение четырёх лет. (Столько времени уходит на поиски ощутимого движения и измерения орбитальных параметров миров, так сильно удалённых от Солнца!) И из сотен этих объектов восемь имеют свойства долгой периодичности, свидетельствующие в пользу или против Девятой планеты.
Результаты определённые и неутешительные. До исследования проводились симуляции, с наличием или при отсутствии массивной девятой планеты за пределами Нептуна, из которых следует, какие результаты должны говорить в пользу существования планеты, а какие – против. Вот что было обнаружено для восьми таких объектов:
- У восьми открытых OSSOS объектов орбиты расположены под различными углами.
- Наблюдаемые орбиты статистически совпадают со случайными.
- OSSOS не обнаружил закономерностей предыдущей выборки.
- Один из объектов движется под нужными углами к двум предполагаемым скоплениям.
- Орбиты не так сильно сближены.
Что самое важное, их открытия соответствовали тому, что Девятой планеты нет, и что доводы за её существование были ослаблены их исследованием. В частности, скопления ориентаций орбит в космосе (определяемое многими переменными, ω и Ω), замеченное в ранних исследованиях, например Батыгина с Брауном и Трухильо с Шепардом, просто не существует в этом новом, непредвзятом исследовании.
В выборке OSSOS мы не обнаружили никаких свидетельств для скопления ω, бывшего основой гипотезы наличия дополнительной планеты.
Авторы этого исследования от 2017 года предполагают, что предыдущее исследование склонялось в пользу существования такого мира из-за предвзятости наблюдения. Однако тщательное определение предвзятости, обнаруженной в исследовании OSSOS, поясняет, откуда взялись эти корреляции и почему их не видно в новых данных:
Мы предполагаем, что это скопление явилось результатом комбинации предвзятости наблюдения и статистики по небольшой выборке, хотя мы не можем проверить это без публикации характеристик наблюдений, обнаруживших эти ТНО.
Конечно, этого исследования недостаточно для опровержения гипотезы Девятой планеты; она всё равно может существовать. В качестве контраргумента Майкл Браун предположил, что иная стратегия наблюдений может стать определяющий, а OSSOS просто был не очень подходящим наблюдением для поиска Девятой планеты. Однако, как гласит пословица, “дыма без огня не бывает”, то есть у наблюдаемого эффекта должна быть какая-то причина.
Если вы внезапно обнаружили, что то, что принимали за дым, является лишь плодом вашего воображения, это не означает, что огня не было – но это определённо делает гипотезу о наличии огня менее убедительной. Исследование OSSOS не исключает наличия Девятой планеты, но вызывает сомнения в идее о том, что она нужна Солнечной системе. Если только более глубокое, улучшенное наблюдение не выявит чего-то другого, или мы не обнаружим Девятую планету по счастливой случайности, мы должны по умолчанию считать, что её не существует.