Гипотетические планеты за Нептуном

Введение

После открытия планеты Нептун в 1846 году возникло множество предположений о возможном существовании другой планеты за её орбитой. Поиски начались в середине XIX века и продолжились в начале XX века с поиском Планеты X, предпринятым Персивалем Лоуэллом. Лоуэлл выдвинул гипотезу о Планете X, чтобы объяснить кажущиеся нестыковки в орбитах гигантских планет, особенно Урана и Нептуна.

Открытие Плутона Клайдом Томбо в 1930 году, казалось, подтвердило гипотезу Лоуэлла, и Плутон был официально признан девятой планетой. Однако в 1978 году было окончательно установлено, что Плутон слишком мал, чтобы его гравитация могла оказывать влияние на гигантские планеты, что привело к кратковременным поискам десятой планеты. Эти поиски были в значительной степени прекращены в начале 1990-х годов, когда анализ данных, полученных космическим аппаратом «Вояджер-2», показал, что наблюдаемые отклонения в орбите Урана были вызваны незначительной переоценкой массы Нептуна. После 1992 года открытие многочисленных небольших ледяных тел с орбитами, схожими с орбитой Плутона или даже более удалёнными, вызвало дискуссию о том, следует ли сохранить за Плутоном статус планеты или же ему и его соседям, подобно астероидам, следует присвоить отдельную классификацию. Хотя некоторые из более крупных объектов этой группы первоначально описывались как планеты, в 2006 году Международный астрономический союз (МАС) переклассифицировал Плутон и его крупнейших спутников как карликовые планеты, оставив Нептун самой далёкой известной планетой Солнечной системы. Несмотря на то, что астрономическое сообщество в целом соглашается с тем, что Планета X в первоначальном понимании не существует, идея о пока не обнаруженной планете была возрождена рядом астрономов для объяснения других аномалий, наблюдаемых во внешней Солнечной системе. По состоянию на март 2014 года наблюдения с помощью телескопа WISE исключили возможность существования объекта размером с Сатурн (95 масс Земли) на расстоянии до 10 000 а.е., а также объекта размером с Юпитер (≈318 масс Земли) или больше на расстоянии до 26 000 а.е. В 2014 году, основываясь на сходстве орбит группы недавно обнаруженных транснептуновых объектов с экстремальными параметрами, астрономы предположили существование суперземли или ледяного гиганта, масса которого в 2–15 раз превышает массу Земли и находится на расстоянии более 200 а.е., возможно, с сильно наклоненной орбитой около 1500 а.е. В 2016 году дальнейшие исследования показали, что эта неизвестная далёкая планета, вероятно, движется по наклонной, эксцентрической орбите, минимальное расстояние до Солнца составляет около 200 а.е., а максимальное – около 1200 а.е. Предполагается, что её орбита антивыровнена относительно скопления транснептуновых объектов с экстремальными параметрами.

Clyde Tombaugh's discovery of Pluto in 1930 appeared to validate Lowell's hypothesis, and Pluto was officially named the ninth planet. In 1978, Pluto was conclusively determined to be too small for its gravity to affect the giant planets, resulting in a brief search for a tenth planet. The search was largely abandoned in the early 1990s, when a study of measurements made by the Voyager 2 spacecraft found that the irregularities observed in Uranus's orbit were due to a slight overestimation of Neptune's mass. After 1992, the discovery of numerous small icy objects with similar or even wider orbits than Pluto led to a debate over whether Pluto should remain a planet, or whether it and its neighbours should, like the asteroids, be given their own separate classification. Although a number of the larger members of this group were initially described as planets, in 2006 the International Astronomical Union (IAU) reclassified Pluto and its largest neighbours as dwarf planets, leaving Neptune the farthest known planet in the Solar System. While the astronomical community widely agrees that Planet X, as originally envisioned, does not exist, the concept of an as yet unobserved planet has been revived by a number of astronomers to explain other anomalies observed in the outer Solar System. As of March 2014, observations with the WISE telescope have ruled out the possibility of a Saturn sized object (95 Earth masses) out to 10,000 AU, and a Jupiter sized (≈318 Earth masses) or larger object out to 26,000 AU. In 2014, based on similarities of the orbits of a group of recently discovered extreme trans Neptunian objects, astronomers hypothesized the existence of a super Earth or ice giant planet, 2 to 15 times the mass of the Earth and beyond 200 AU with possibly a highly inclined orbit at some 1,500 AU. In 2016, further work showed this unknown distant planet is likely to be on an inclined, eccentric orbit that goes no closer than about 200 AU and no farther than about 1,200 AU from the Sun. The orbit is predicted to be anti aligned to the clustered extreme trans Neptunian objects.

Ранние предположения

В 1840-х годах французский математик Урбен Ле Верье использовал ньютоновскую механику для анализа возмущений на орбите Урана и предположил, что они вызваны гравитационным притяжением еще не открытой планеты. Ле Верье предсказал положение этой новой планеты и отправил свои расчеты немецкому астроному Иоганну Готфриду Галле. 23 сентября 1846 года, в ночь после получения письма, Галле и его ученик Генрих д’Аррест обнаружили Нептун, точно в том месте, которое предсказал Ле Верье. В орбитах гигантских планет оставались небольшие расхождения. Это указывало на существование еще одной планеты, обращающейся вокруг Нептуна. Еще до открытия Нептуна некоторые предполагали, что одной планеты недостаточно для объяснения этих расхождений. 17 ноября 1834 года британский астроном-любитель, преподобный Томас Джон Хасси, сообщил о разговоре с французским астрономом Алексисом Буваром Джорджу Бидделлу Эйри, британскому королевскому астроному. Хасси рассказал, что когда он предположил Бувару, что необычное движение Урана может быть вызвано гравитационным влиянием не открытой планеты, Бувар ответил, что эта идея приходила ему в голову, и что он переписывался по этому вопросу с Питером Андреасом Хансеном, директором обсерватории Зиберга в Готе. Хансен считал, что одного тела недостаточно для адекватного объяснения движения Урана, и предположил существование двух планет за его пределами. В 1848 году Жак Бабине высказал возражение против расчетов Ле Верье, утверждая, что наблюдаемая масса Нептуна оказалась меньше, а его орбита – больше, чем первоначально предсказывал Ле Верье. Он предположил, основываясь в основном на простом вычитании из расчетов Ле Верье, что за Нептуном должна существовать еще одна планета, масса которой примерно в 12 раз превышает массу Земли, и которую он назвал «Гиперионом». В 1900 и 1901 годах директор обсерватории Гарвардского колледжа Уильям Генри Пикеринг возглавил два поиска транснептуновых планет. Первый был начат датским астрономом Хансом Эмилем Лау, который, изучив данные об орбите Урана за период с 1690 по 1895 год, пришел к выводу, что одной транснептуновой планеты недостаточно для объяснения расхождений в его орбите, и предположил существование двух планет, которые, по его мнению, были ответственны за эти расхождения. Второй поиск был начат после того, как Габриэль Далле предложил, что одна транснептуновая планета, находящаяся на расстоянии 47 а.е., может объяснить движение Урана. Пикеринг согласился изучить пластины на предмет подозрительных планет. В обоих случаях ничего не было обнаружено. В 1909 году Томас Джефферсон Джексон Си, астроном, известный своим эгоцентричным нонконформизмом, предположил, что «за Нептуном, безусловно, есть одна, скорее всего, две и, возможно, три планеты». Предварительно назвав первую планету «Океаном», он указал их соответствующие расстояния от Солнца: 42, 56 и 72 а.е. Он не предоставил никаких указаний на то, как он определил их существование, и никаких известных поисков для их обнаружения не проводилось. Кэтакар предположил, что Уран, Нептун и его гипотетические транснептуновые планеты также находятся в лапласовском орбитальном резонансе. Это неверно; Уран и Нептун, хотя и находятся в почти 2:1 резонансе, не находятся в полном резонансе. Его расчеты предсказывали среднее расстояние для Брахмы – 38,95 а.е. и орбитальный период – 242,28 земных года (резонанс 3:4 с Нептуном). Когда Плутон был открыт 19 лет спустя, его среднее расстояние – 39,48 а.е. и орбитальный период – 248 земных лет оказались близки к предсказанию Кэтакара (Плутон на самом деле находится в резонансе 2:3 с Нептуном). Кэтакар не делал никаких прогнозов относительно других орбитальных элементов, кроме среднего расстояния и периода. Неясно, как Кэтакар пришел к этим цифрам, а его вторая планета, Вишну, так и не была обнаружена.

In the 1840s, the French mathematician Urbain Le Verrier used Newtonian mechanics to analyse perturbations in the orbit of Uranus, and hypothesised that they were caused by the gravitational pull of a yet undiscovered planet. Le Verrier predicted the position of this new planet and sent his calculations to German astronomer Johann Gottfried Galle. On 23 September 1846, the night following his receipt of the letter, Galle and his student Heinrich d'Arrest discovered Neptune, exactly where Le Verrier had predicted. There remained some slight discrepancies in the giant planets' orbits. These were taken to indicate the existence of yet another planet orbiting beyond Neptune. Even before Neptune's discovery, some speculated that one planet alone was not enough to explain the discrepancy. On 17 November 1834, the British amateur astronomer the Reverend Thomas John Hussey reported a conversation he had had with French astronomer Alexis Bouvard to George Biddell Airy, the British Astronomer Royal. Hussey reported that when he suggested to Bouvard that the unusual motion of Uranus might be due to the gravitational influence of an undiscovered planet, Bouvard replied that the idea had occurred to him, and that he had corresponded with Peter Andreas Hansen, director of the Seeberg Observatory in Gotha, about the subject. Hansen's opinion was that a single body could not adequately explain the motion of Uranus, and postulated that two planets lay beyond Uranus. In 1848, Jacques Babinet raised an objection to Le Verrier's calculations, claiming that Neptune's observed mass was smaller and its orbit larger than Le Verrier had initially predicted. He postulated, based largely on simple subtraction from Le Verrier's calculations, that another planet of roughly 12 Earth masses, which he named "Hyperion", must exist beyond Neptune. In 1900 and 1901, Harvard College Observatory director William Henry Pickering led two searches for trans Neptunian planets. The first was begun by Danish astronomer Hans Emil Lau who, after studying the data on the orbit of Uranus from 1690 to 1895, concluded that one trans Neptunian planet alone could not account for the discrepancies in its orbit, and postulated the positions of two planets he believed were responsible. The second was launched when Gabriel Dallet suggested that a single trans Neptunian planet lying at 47 AU could account for the motion of Uranus. Pickering agreed to examine plates for any suspected planets. In neither case were any found. In 1909, Thomas Jefferson Jackson See, an astronomer with a reputation as an egocentric contrarian, opined "there is certainly one, most likely two and possibly three planets beyond Neptune". Tentatively naming the first planet "Oceanus", he placed their respective distances at 42, 56 and 72 AU from the Sun. He gave no indication as to how he determined their existence, and no known searches were mounted to locate them. Ketakar suggested that Uranus, Neptune and his hypothetical trans Neptunian planets were also locked in Laplace like resonances. This is incorrect; Uranus and Neptune, while in a near 2:1 resonance, are not in full resonance. His calculations predicted a mean distance for Brahma of 38.95 AU and an orbital period of 242.28 Earth years (3:4 resonance with Neptune). When Pluto was discovered 19 years later, its mean distance of 39.48 AU and orbital period of 248 Earth years were close to Ketakar's prediction (Pluto in fact has a 2:3 resonance with Neptune). Ketakar made no predictions for the orbital elements other than mean distance and period. It is not clear how Ketakar arrived at these figures, and his second planet, Vishnu, was never located.

Планета Х

В 1894 году, при поддержке Уильяма Пикеринга, Персиваль Лоуэлл (зажиточный житель Бостона) основал обсерваторию Лоуэлла во Флагстафе, штат Аризона. В 1906 году, будучи уверенным, что он сможет разрешить проблему орбиты Урана, он начал масштабный проект по поиску транснептуновой планеты.

Первые поиски Лоуэлла были сосредоточены на эклиптике – плоскости, охватываемой зодиаком, где расположены другие планеты Солнечной системы. Используя 5-дюймовую фотокамеру, он вручную изучил более 200 трехчасовых экспозиций с помощью лупы и не обнаружил ни одной планеты. В то время Плутон находился слишком высоко над эклиптикой, чтобы быть зафиксированным на снимках обзора. После пересмотра своих прогнозируемых возможных местоположений, Лоуэлл провел второй поиск с 1914 по 1916 год, предполагая, что Планета X будет крупным объектом с низкой плотностью и высоким альбедо, подобно планетам-гигантам. В результате, она должна была представлять собой диск диаметром около одной угловой секунды и иметь звездную величину от 12 до 13 – достаточно яркую, чтобы ее можно было заметить. Отдельно, в 1908 году Пикеринг объявил, что, анализируя возмущения на орбите Урана, он обнаружил свидетельства существования девятой планеты. Его гипотетическая планета, которую он назвал «Планетой О» (поскольку она следовала за «N», то есть Нептуном), имела средний орбитальный радиус 51,9 а. е. и орбитальный период 373,5 года. Неизвестно Пикерингу, что четыре фотографические пластины, сделанные в 1919 году астрономами обсерватории Маунт-Уилсон в ходе поисков «Планеты О», запечатлели изображения Плутона, однако это было осознано лишь спустя годы. Вдова Лоуэлла, Констанс, вступила в судебную тяжбу с обсерваторией из-за наследия Лоуэлла, что приостановило поиски Планеты X на несколько лет. В 1925 году обсерватория получила стеклянные диски для нового широкоугольного телескопа, предназначенного для продолжения поисков и построенного на средства Эбботта Лоуэлла, брата Персиваля. Фотография, сделанная 21 января, подтвердила движение объекта. Решение назвать объект Плутоном было принято отчасти в честь Персиваля Лоуэлла, поскольку его инициалы составляли первые две буквы этого слова. После открытия Плутона Томбо продолжил поиск других далеких объектов в области эклиптики. Он обнаружил сотни переменных звезд и астероидов, а также две кометы, но больше не нашел ни одной планеты.

Lowell's first search focused on the ecliptic, the plane encompassed by the zodiac where the other planets in the Solar System lie. Using a 5 inch photographic camera, he manually examined over 200 three hour exposures with a magnifying glass, and found no planets. At that time Pluto was too far above the ecliptic to be imaged by the survey. After revising his predicted possible locations, Lowell conducted a second search from 1914 to 1916.—and a mean distance from the Sun of 43 AU. He assumed Planet X would be a large, low density object with a high albedo, like the giant planets. As a result, it would show a disc with diameter of about one arcsecond and an apparent magnitude between 12 and 13—bright enough to be spotted. Separately, in 1908, Pickering announced that, by analysing irregularities in Uranus's orbit, he had found evidence for a ninth planet. His hypothetical planet, which he termed "Planet O" (because it came after "N", i. e. Neptune), possessed a mean orbital radius of 51.9 AU and an orbital period of 373.5 years. Unbeknownst to Pickering, four of the photographic plates taken in the search for "Planet O" by astronomers at the Mount Wilson Observatory in 1919 captured images of Pluto, though this was only recognised years later. Lowell's widow, Constance, engaged in a legal battle with the observatory over Lowell's legacy which halted the search for Planet X for several years. In 1925, the observatory obtained glass discs for a new wide field telescope to continue the search, constructed with funds from Abbott Lawrence Lowell, Percival's brother. A lesser quality photograph taken on January 21 confirmed the movement. The decision to name the object Pluto was intended in part to honour Percival Lowell, as his initials made up the word's first two letters. After discovering Pluto, Tombaugh continued to search the ecliptic for other distant objects. He found hundreds of variable stars and asteroids, as well as two comets, but no further planets.

Плутон лишился титула Планеты Икс

К удивлению и разочарованию обсерватории, Плутон не показал видимого диска; он выглядел как точка, неотличимая от звезды, и, имея звездную величину всего 15, был в шесть раз тусклее, чем предсказывал Лоуэлл, что указывало на то, что он либо очень мал, либо очень тёмен. Это давало оценку массы Плутона, не превышающую 70% массы Земли. Почти сразу же некоторые астрономы подвергли сомнению статус Плутона как планеты. Едва через месяц после объявления об открытии, 14 апреля 1930 года, в статье в The New York Times Армин О. Лейшнер предположил, что тусклость Плутона и высокая эксцентричность его орбиты делают его более похожим на астероид или комету: «Результаты Лоуэлла подтверждают возможную высокую эксцентричность, о которой мы сообщали 5 апреля. Среди возможностей — крупный астероид, орбита которого сильно возмущена из-за близкого прохождения к крупной планете, такой как Юпитер, или это может быть один из многих долгопериодических планетарных объектов, которые ещё предстоит открыть, или яркий кометарный объект». В 1931 году, изучив структуру остатков долготы Урана с помощью тригонометрической формулы, Эрнест В. Браун заявил (в согласии с Э. С. Бауэром), что предполагаемые нерегулярности в орбите Урана не могут быть вызваны гравитационным воздействием более далёкой планеты, и, следовательно, предполагаемое предсказание Лоуэлла было «чистой случайностью». На протяжении середины XX века оценки массы Плутона постоянно пересматривались в сторону уменьшения. В 1931 году Николсон и Мейолл рассчитали его массу, основываясь на предполагаемом влиянии на гигантские планеты, примерно равной массе Земли; значение, несколько согласующееся с 0,91 массы Земли, рассчитанной в 1942 году Ллойдом Р. Уайли в Военно-морской обсерватории США, используя те же предположения. В 1949 году измерения диаметра Плутона, выполненные Джераром Койпером с помощью 200-дюймового телескопа в обсерватории Маунт-Паломар, привели его к выводу, что он находится примерно посередине по размеру между Меркурием и Марсом, и что его масса, скорее всего, составляет около 0,1 массы Земли. В 1973 году, основываясь на сходстве периодичности и амплитуды изменений яркости с Тритоном, Деннис Роулинс предположил, что масса Плутона должна быть сопоставима с массой Тритона. Ретроспективно, это предположение оказалось верным; его выдвинули астрономы Вальтер Бааде и Э. С. Бауэр ещё в 1934 году. Однако, поскольку тогда считалось, что масса Тритона составляет примерно 2,5% от системы Земля-Луна (более чем в десять раз больше её фактического значения), оценка Роулинса для массы Плутона также была неверной. Тем не менее, это было достаточно низкое значение, чтобы он пришёл к выводу, что Плутон не является Планетой X. В 1976 году Дейл Крюикшанк, Карл Пилчер и Дэвид Моррисон из Университета Гавайев проанализировали спектры поверхности Плутона и определили, что она должна содержать метанный лёд, который обладает высокой отражающей способностью. Это означало, что Плутон, вопреки распространённому мнению, был на самом деле исключительно ярким, и, следовательно, его масса, вероятно, не превышает 1/100 массы Земли. + Оценки массы Плутона Год Масса Примечания 1931 1 Земля Nicholson & Mayall 2006 0,00218 (1/459 Земли) Buie et al. Размер Плутона был окончательно определён в 1978 году, когда американский астроном Джеймс У. Кристи обнаружил его спутник Харон. Это позволило ему, совместно с Робертом Саттоном Харрингтоном из Военно-морской обсерватории США, непосредственно измерить массу системы Плутон-Харон, наблюдая за орбитальным движением Харона вокруг Плутона.

To the observatory's disappointment and surprise, Pluto showed no visible disc; it appeared as a point, no different from a star, and, at only 15th magnitude, was six times dimmer than Lowell had predicted, which meant it was either very small, or very dark. This would have given Pluto an estimated mass of no more than 70% that of Earth. Almost immediately, some astronomers questioned Pluto's status as a planet. Barely a month after its discovery was announced, on April 14, 1930, in an article in The New York Times, Armin O. Leuschner suggested that Pluto's dimness and high orbital eccentricity made it more similar to an asteroid or comet: "The Lowell result confirms the possible high eccentricity announced by us on April 5. Among the possibilities are a large asteroid greatly disturbed in its orbit by close approach to a major planet such as Jupiter, or it may be one of many long period planetary objects yet to be discovered, or a bright cometary object." In 1931, after examining the structure of the residuals of Uranus' longitude using a trigonometric formula, Ernest W. Brown asserted (in agreement with E. C. Bower) that the presumed irregularities in the orbit of Uranus could not be due to the gravitational effect of a more distant planet, and thus that Lowell's supposed prediction was "purely accidental". Throughout the mid 20th century, estimates of Pluto's mass were revised downward. In 1931, Nicholson and Mayall calculated its mass, based on its supposed effect on the giant planets, as roughly that of Earth; a value somewhat in accord with the 0.91 Earth mass calculated in 1942 by Lloyd R. Wylie at the US Naval Observatory, using the same assumptions. In 1949, Gerard Kuiper's measurements of Pluto's diameter with the 200 inch telescope at Mount Palomar Observatory led him to the conclusion that it was midway in size between Mercury and Mars and that its mass was most probably about 0.1 Earth mass. In 1973, based on the similarities in the periodicity and amplitude of brightness variation with Triton, Dennis Rawlins conjectured Pluto's mass must be similar to Triton's. In retrospect, the conjecture turns out to have been correct; it had been argued by astronomers Walter Baade and E. C. Bower as early as 1934. However, because Triton's mass was then believed to be roughly 2.5% of the Earth–Moon system (more than ten times its actual value), Rawlins's determination for Pluto's mass was similarly incorrect. It was nonetheless a meagre enough value for him to conclude Pluto was not Planet X. In 1976, Dale Cruikshank, Carl Pilcher, and David Morrison of the University of Hawaii analysed spectra from Pluto's surface and determined that it must contain methane ice, which is highly reflective. This meant that Pluto, far from being dark, was in fact exceptionally bright, and thus was probably no more than 1/100 Earth mass. + Mass estimates for PlutoYear MassNotes1931 1 Earth Nicholson & Mayall20060.00218 (1/459 Earth) Buie et al. Pluto's size was finally determined conclusively in 1978, when American astronomer James W. Christy discovered its moon Charon. This enabled him, together with Robert Sutton Harrington of the U. S. Naval Observatory, to measure the mass of the Pluto–Charon system directly by observing the moon's orbital motion around Pluto.

Дальнейшие поиски Планеты Икс

После 1978 года ряд астрономов продолжили поиски Планеты X Лоуэлла, будучи убежденными, что поскольку Плутон больше не являлся жизнеспособным кандидатом, невидимая десятая планета должна была возмущать орбиты внешних планет. Он вычислил, что любая Планета X находилась бы примерно в три раза дальше от Солнца, чем Нептун; ее орбита была бы сильно эксцентричной и заметно наклонена к эклиптике — орбита планеты отклонялась бы примерно на 32 градуса от плоскости орбит других известных планет. Эта гипотеза вызвала неоднозначную реакцию. Известный скептик Планеты X, Брайан Г. Марсден из Центра малых планет, указал, что эти расхождения составляли лишь сотую часть тех, что заметил Ле Верье, и вполне могли быть вызваны ошибками наблюдений. В 1972 году Джозеф Брэди из Лоуренсовской национальной лаборатории изучил нерегулярности в движении кометы Галлея. Брэди предположил, что они могли быть вызваны планетой размером с Юпитер, находящейся за Нептуном на расстоянии 59 а.е. и движущейся по ретроградной орбите вокруг Солнца. Однако Марсден и сторонник Планеты X, П. Кеннет Зайдельманн, опровергли эту гипотезу, показав, что комета Галлея случайным образом и непредсказуемо выбрасывает струи вещества, изменяя свою орбиту, и что столь массивный объект, как Планета X Брэди, серьезно повлиял бы на орбиты известных внешних планет. Хотя целью миссии не были поиски Планеты X, космическая обсерватория IRAS в 1983 году ненадолго попала в заголовки газет из-за обнаружения "неизвестного объекта", который первоначально описывался как "возможно, такой же большой, как планета-гигант Юпитер, и, возможно, настолько близкий к Земле, что является частью этой Солнечной системы". Дальнейший анализ показал, что из нескольких неидентифицированных объектов девять оказались далекими галактиками, а десятый — "межзвездной пылью"; ни один из них не был обнаружен как тело Солнечной системы. В 1988 году А. А. Джексон и Р. М. Киллен изучили стабильность резонанса Плутона с Нептуном, используя тестовые "Планеты X" с различными массами и на разных расстояниях от Плутона. Орбиты Плутона и Нептуна находятся в резонансе 3:2, который предотвращает их столкновение или даже сближение, независимо от их разделения по оси z. Было установлено, что масса гипотетического объекта должна превышать 5 масс Земли, чтобы нарушить резонанс, а область параметров достаточно велика, и множество объектов могли существовать за Плутоном, не нарушая резонанс. Четыре тестовые орбиты трансплутонической планеты были проинтегрированы на четыре миллиона лет вперед, чтобы определить влияние такого тела на стабильность резонанса 3:2 Нептуна и Плутона. Планеты за Плутоном с массами 0,1 и 1,0 массы Земли на орбитах на 48,3 и 75,5 а.е. соответственно, не нарушают резонанс 3:2. Тестовые планеты с массой 5 масс Земли и с большими полуосями 52,5 и 62,5 а.е. нарушают четырехмиллионную либрацию аргумента перигелия Плутона.

After 1978, a number of astronomers kept up the search for Lowell's Planet X, convinced that, because Pluto was no longer a viable candidate, an unseen tenth planet must have been perturbing the outer planets. He calculated that any Planet X would be at roughly three times the distance of Neptune from the Sun; its orbit would be highly eccentric, and strongly inclined to the ecliptic—the planet's orbit would be at roughly a 32 degree angle from the orbital plane of the other known planets. This hypothesis was met with a mixed reception. Noted Planet X skeptic Brian G. Marsden of the Minor Planet Center pointed out that these discrepancies were a hundredth the size of those noticed by Le Verrier, and could easily be due to observational error. In 1972, Joseph Brady of the Lawrence Livermore National Laboratory studied irregularities in the motion of Halley's Comet. Brady claimed that they could have been caused by a Jupiter sized planet beyond Neptune at 59 AU that is in a retrograde orbit around the Sun. However, both Marsden and Planet X proponent P. Kenneth Seidelmann attacked the hypothesis, showing that Halley's Comet randomly and irregularly ejects jets of material, causing changes to its own orbital trajectory, and that such a massive object as Brady's Planet X would have severely affected the orbits of known outer planets. Although its mission did not involve a search for Planet X, the IRAS space observatory made headlines briefly in 1983 due to an "unknown object" that was at first described as "possibly as large as the giant planet Jupiter and possibly so close to Earth that it would be part of this Solar System". Further analysis revealed that of several unidentified objects, nine were distant galaxies and the tenth was "interstellar cirrus"; none were found to be Solar System bodies. In 1988, A. A. Jackson and R. M. Killen studied the stability of Pluto's resonance with Neptune by placing test "Planet X es" with various masses and at various distances from Pluto. Pluto and Neptune's orbits are in a 3:2 resonance, which prevents their collision or even any close approaches, regardless of their separation in the z axis. It was found that the hypothetical object's mass had to exceed 5 Earth masses to break the resonance, and the parameter space is quite large and a large variety of objects could have existed beyond Pluto without disturbing the resonance. Four test orbits of a trans Plutonian planet have been integrated forward for four million years in order to determine the effects of such a body on the stability of the Neptune–Pluto 3:2 resonance. Planets beyond Pluto with masses of 0.1 and 1.0 Earth masses in orbits at 48.3 and 75.5 AU, respectively, do not disturb the 3:2 resonance. Test planets of 5 Earth masses with semi major axes of 52.5 and 62.5 AU disrupt the four million year libration of Pluto's argument of perihelion.

Планета Х опровергнута

Харрингтон умер в январе 1993 года, так и не обнаружив Планету X. За шесть месяцев до этого Э. Майлз Стендиш использовал данные, полученные аппаратом "Вояджер-2" во время пролета мимо Нептуна в 1989 году, которые снизили оценку общей массы планеты на 0,5% – величина, сопоставимая с массой Марса. Когда в Эфемеридах развития Лаборатории реактивного движения (JPL DE) была использована вновь определенная масса Нептуна, предполагаемые неточности в орбите Урана, а вместе с ними и необходимость в Планете X, исчезли. Сегодня большинство астрономов сходятся во мнении, что Планета X, в понимании Лоуэлла, не существует.

Открытие новых транснептуновых объектов

После открытия Плутона и Харона больше не было обнаружено никаких транснептуновых объектов (ТНО) до 15760 Альбиона в 1992 году. С тех пор были обнаружены тысячи таких объектов. Большинство из них теперь признаны частью пояса Койпера – скопления ледяных тел, оставшихся после формирования Солнечной системы и вращающихся вблизи плоскости эклиптики сразу за Нептуном. Хотя ни один из них не был таким большим, как Плутон, некоторые из этих далёких транснептуновых объектов, такие как Седна, изначально в СМИ описывались как "новые планеты". В 2005 году астроном Майк Браун и его команда объявили об открытии (позже названного в честь греческой богини раздора и вражды) транснептунового объекта, который тогда считался лишь немного больше Плутона. Вскоре после этого пресс-релиз Лаборатории реактивного движения НАСА назвал этот объект "десятой планетой". Эрида никогда официально не классифицировалась как планета, а определение планеты, данное в 2006 году, определило и Эриду, и Плутон не как планеты, а как карликовые планеты, поскольку они не очистили окрестности своих орбит. Однако открытие Эриды не реабилитировало теорию Планеты X, так как она слишком мала, чтобы оказывать существенное влияние на орбиты внешних планет.

Впоследствии предложенные транснептуновые планеты

Хотя большинство астрономов признают, что планета X Лоуэлла не существует, немало ученых вновь обратились к идее о том, что большая невидимая планета может создавать наблюдаемые гравитационные эффекты во внешней Солнечной системе. Эти гипотетические объекты часто называют "Планетой X", хотя представление об этих объектах может существенно отличаться от предложенного Лоуэллом. Наиболее очевидным способом выяснить причину необычной орбиты Седны было бы обнаружение нескольких объектов в аналогичном регионе, различные конфигурации орбит которых могли бы пролить свет на их историю. Если орбита Седны была сформирована под воздействием транснептуновой планеты, то любые другие объекты, найденные в этой области, должны иметь схожий перигелий с Седной (около ).

Возбуждение орбит пояса Койпера

В 2008 году Тадаси Мукай и Патрик София Лыкавка предположили, что далекая планета размером с Марс или Землю, движущаяся по сильно вытянутой орбите между 100 и 200 а.е. с периодом обращения в 1000 лет и наклонением от 20° до 40°, является причиной формирования структуры пояса Койпера. Они предположили, что гравитационные возмущения, вызванные этой планетой, увеличили эксцентриситет и наклонение орбит транснептуновых объектов, ограничили планезимальный диск на расстоянии 48 а.е. и отделили орбиты объектов, подобных Седне, от влияния Нептуна. Предполагается, что во время миграции Нептуна эта планета была захвачена во внешний орбитальный резонанс с Нептуном и, вследствие механизма Козая, перешла на орбиту с большей перигелией, в то время как остальные транснептуновые объекты остались на стабильных орбитах.

Удлиненные орбиты группы объектов пояса Койпера

В 2012 году Родни Гомес смоделировал орбиты 92 объектов пояса Койпера и обнаружил, что шесть из этих орбит были значительно более вытянутыми, чем предсказывала модель. Он пришел к выводу, что наиболее простое объяснение – гравитационное воздействие далекого планетарного компаньона, например, объекта размером с Нептун, находящегося на расстоянии 1500 а.е. Этот объект размером с Нептун вызывал бы колебания перигелия объектов с большими полуосями более 300 а.е., приводя их к орбитам, пересекающим орбиты планет, как у 308933 и 87269, или к обособленным орбитам, подобным орбите Сёдны.

Девятая планета

В 2014 году астрономы объявили об открытии 2012 VP, крупного объекта с орбитой, подобной орбите Седны, периодом обращения в 4200 лет и перигелием около 80 а.е. Трухильо и Шеппард предположили, что орбитальное скопление аргументов перигелия и других чрезвычайно удаленных ТНО указывает на существование "суперземли" массой от 2 до 15 масс Земли, расположенной за 200 а.е. и, возможно, на наклонной орбите на расстоянии 1500 а.е. Последующие исследования показали, что эти данные достаточно надежны, однако, вместо связи с долготами восходящих узлов и аргументами перигелия, указателями могут служить большие полуоси и расстояния до узлов. Дополнительные исследования, основанные на уточненных орбитах 39 объектов, продолжают указывать на возможность присутствия более одного возмущающего тела, причем одно из них может обращаться вокруг Солнца на расстоянии 300–400 а.е. 20 января 2016 года Браун и Константин Батыгин опубликовали статью, подтверждающую первоначальные выводы Трухильо и Шеппарда, и предложили гипотезу о существовании "суперземли" (получившей название Планета Девять), основанную на статистическом скоплении аргументов перигелия (отмеченном ранее) вблизи нуля, а также восходящих узлов вблизи 113° для шести далеких транснептуновых объектов. Они оценили ее массу в десять масс Земли (около 60% массы Нептуна) при большой полуоси примерно 400–1500 а.е.

Вероятность

Даже без гравитационных доказательств, Майк Браун, открыватель Седны, утверждал, что 12 000-летний период обращения Седны означает, что одна лишь вероятность предполагает существование объекта размером с Землю за Нептуном. Орбита Седны настолько эксцентрична, что она проводит лишь небольшую часть своего орбитального периода вблизи Солнца, где ее можно легко наблюдать. Это означает, что если ее открытие не было случайностью, то, вероятно, существует значительная популяция объектов примерно диаметра Седны, которые еще не обнаружены в ее орбитальной области. Майк Браун отметил, что Седна примерно три четверти размера Плутона. Если существует шестьдесят объектов, равных трем четвертям размера Плутона, то, вероятно, существует сорок объектов размером с Плутон. Если существует сорок объектов размером с Плутон, то, вероятно, существует десять объектов в два раза больше Плутона. Вероятно, есть три или четыре объекта в три раза больше Плутона, а самый крупный из них, вероятно, сопоставим по размеру с Марсом или Землей. Однако Браун отмечает, что даже если такой объект приблизится к Земле по размеру или превзойдет ее, он все равно будет классифицирован как "карликовая планета" согласно текущему определению, поскольку недостаточно очистил окрестности своей орбиты. Наличие объекта с массой, близкой к массе Марса, на круговой орбите приводит к популяции транснептуновых объектов, несовместимой с наблюдениями. Например, это значительно сократит популяцию плутино. Хотя некоторые астрономы, такие как Рену Малхотра и Дэвид Джуитт, осторожно поддержали эти утверждения, другие, такие как Алессандро Морбиделли, отвергли их как "надуманные". Малхотра и Волк (2017) Вскоре после выдвижения гипотезы, Лоренцо Иорио показал, что существование гипотетической планеты не может быть исключено данными радиолокации, полученными аппаратом "Кассини". Начиная с 2018 года, несколько обзоров обнаружили множество объектов, расположенных за обрывом Койпера. Некоторые из этих новых открытий находятся вблизи гелиопаузы (120 а.е.) или далеко за ее пределами (2018 VG, 2018 AG, 2020 BE, 2020 MK). Анализ данных об объектах ТНО, доступных до сентября 2023 года, показывает наличие разрыва примерно в 72 а.е., вдали от любых резонансов среднего движения с Нептуном. Такой разрыв мог быть вызван массивным возмутителем, расположенным на большем расстоянии.

Even without gravitational evidence, Mike Brown, the discoverer of Sedna, has argued that Sedna's 12,000 year orbit means that probability alone suggests that an Earth sized object exists beyond Neptune. Sedna's orbit is so eccentric that it spends only a small fraction of its orbital period near the Sun, where it can be easily observed. This means that unless its discovery was a freak accident, there is probably a substantial population of objects roughly Sedna's diameter yet to be observed in its orbital region. Mike Brown noted that
Sedna is about three quarters the size of Pluto. If there are sixty objects three quarters the size of Pluto [out there] then there are probably forty objects the size of Pluto If there are forty objects the size of Pluto, then there are probably ten that are twice the size of Pluto. There are probably three or four that are three times the size of Pluto, and the biggest of these objects is probably the size of Mars or the size of the Earth. However, Brown notes that even though it might approach or exceed Earth in size, should such an object be found it would still be a "dwarf planet" by the current definition, because it would not have cleared its neighbourhood sufficiently. The presence of an object with a mass similar to that of Mars in a circular orbit at leads to a trans Neptunian object population incompatible with observations. For instance, it would severely deplete the plutino population. Although some astronomers, such as Renu Malhotra and David Jewitt, have cautiously supported these claims, others, such as Alessandro Morbidelli, have dismissed them as "contrived". Malhotra & Volk (2017) Shortly after it was proposed, Lorenzo Iorio showed that the hypothetical planet's existence cannot be ruled out by Cassini ranging data. Starting in 2018, several surveys have discovered multiple objects located beyond the Kuiper Cliff. Some of these new discoveries are close to the heliopause (120 AU) or well beyond it (2018 VG, 2018 AG, 2020 BE, 2020 MK). An analysis of the TNO data available prior to September 2023 shows that there is a gap at about 72 AU, far from any mean motion resonances with Neptune. Such a gap may have been induced by a massive perturber located further away.

Другие предполагаемые планеты

Тихея была гипотетическим газовым гигантом, который предположительно находится в облаке Оорта Солнечной системы. Впервые она была предложена в 1999 году астрофизиками Джоном Мэтисом, Патриком Уитманом и Дэниелом Уитмайром из Университета Луизианы в Лафайетте. Они утверждали, что свидетельства существования Тихеи можно увидеть в предполагаемой предвзятости в точках происхождения комет длительного периода. В 2013 году Мэтис и Уитмайр переоценили данные о кометах и отметили, что Тихея, если бы она существовала, была бы обнаружена в архиве данных, собранных телескопом NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). В 2014 году NASA объявило, что обзор WISE исключил любой объект с характеристиками Тихеи, указывая на то, что Тихея, как предполагали Мэтис, Уитман и Уитмайр, не существует. Теория олигархического формирования планет утверждает, что на ранних стадиях эволюции Солнечной системы были сотни объектов размером с планеты, известных как олигархи. В 2005 году астроном Юджин Чианг предположил, что хотя некоторые из этих олигархов стали планетами, которые мы знаем сегодня, большинство из них были бы выброшены наружу гравитационными взаимодействиями. Некоторые могли бы полностью покинуть Солнечную систему, чтобы стать свободно плавающими планетами, в то время как другие вращались бы вокруг Солнечной системы в гало, с орбитальными периодами в миллионы лет. Это гало располагалось бы между Солнцем и облаком Оорта, или между третью и тридцатую частью расстояния до облака Оорта. В декабре 2015 года астрономы в Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) обнаружили короткую серию импульсов в 350 ГГц, которые, по их мнению, должны были быть либо серией независимых источников, либо одним, быстро движущимся источником. Решив, что последнее наиболее вероятно, они рассчитали на основе его скорости, что, если бы он был связан с Солнцем, объект, который они назвали "Гна" в честь быстро движущейся богини-вестницы в скандинавской мифологии, находился бы на расстоянии около 12–25 а.е. и имел бы размер карликовой планеты диаметром от 220 до 880 км. Однако, если бы это была планета-изгой, не гравитационно связанная с Солнцем, и находящаяся на расстоянии до 4000 а.е., она могла бы быть намного больше. Статья так и не была официально принята и была отозвана до подтверждения обнаружения. Используя современные данные об аномальной прецессии перигелия Сатурна, Земли и Марса, Лоренцо Иорио пришел к выводу, что любая неизвестная планета с массой в 0,7 массы Земли должна быть дальше 350–400 а.е.; с массой в 2 массы Земли – дальше 496–570 а.е.; и, наконец, с массой в 15 масс Земли – дальше 970–1111 а.е. Более того, Иорио заявил, что современные эфемериды внешних планет Солнечной системы обеспечивают еще более строгие ограничения: небесное тело с массой в 15 масс Земли не может существовать ближе, чем 1100–1300 а.е. Однако работа другой группы астрономов, использующих более полную модель Солнечной системы, показала, что вывод Иорио был лишь частично верен. Их анализ данных Cassini об орбитальных остатках Сатурна показал, что наблюдения не согласуются с планетарным телом с орбитой и массой, аналогичными тем, что у Планеты Девять Батигина и Брауна, имеющей истинную аномалию от −130° до −110° или от −65° до 85°. Кроме того, анализ показал, что орбита Сатурна немного лучше объясняется, если такое тело расположено на истинной аномалии 117,8°. В этом месте оно находилось бы примерно в 630 а.е. от Солнца. Используя общедоступные данные об орбитах экстремальных транснептуновых объектов, было подтверждено, что существует статистически значимая (62σ) асимметрия между кратчайшими взаимными восходящими и нисходящими узловыми расстояниями; кроме того, были обнаружены несколько крайне маловероятных (p < 0,0002) коррелирующих пар орбит с взаимными узловыми расстояниями, такими как 0,2 а.е. на расстоянии 152 а.е. от барицентра Солнечной системы или 1,3 а.е. на расстоянии 339 а.е. Оба вывода предполагают, что массивные возмутители могут существовать на сотнях а.е. от Солнца и их трудно объяснить в контексте равномерного распределения орбитальных ориентаций во внешней Солнечной системе.

Tyche was a hypothetical gas giant proposed to be located in the Solar System's Oort cloud. It was first proposed in 1999 by astrophysicists John Matese, Patrick Whitman and Daniel Whitmire of the University of Louisiana at Lafayette. They argued that evidence of Tyche's existence could be seen in a supposed bias in the points of origin for long period comets. In 2013, Matese and Whitmire re evaluated the comet data and noted that Tyche, if it existed, would be detectable in the archive of data that was collected by NASA's Wide field Infrared Survey Explorer (WISE) telescope. In 2014, NASA announced that the WISE survey had ruled out any object with Tyche's characteristics, indicating that Tyche as hypothesized by Matese, Whitman, and Whitmire does not exist. The oligarch theory of planet formation states that there were hundreds of planet sized objects, known as oligarchs, in the early stages of the Solar System's evolution. In 2005, astronomer Eugene Chiang speculated that although some of these oligarchs became the planets we know today, most would have been flung outward by gravitational interactions. Some may have escaped the Solar System altogether to become free floating planets, whereas others would be orbiting in a halo around the Solar System, with orbital periods of millions of years. This halo would lie at between from the Sun, or between a third and a thirtieth the distance to the Oort cloud. In December 2015, astronomers at the Atacama Large Millimeter Array (ALMA) detected a brief series of 350 GHz pulses that they concluded must either be a series of independent sources, or a single, fast moving source. Deciding that the latter was the most likely, they calculated based on its speed that, were it bound to the Sun, the object, which they named "Gna" after a fast moving messenger goddess in Norse mythology, would be about 12–25 AU distant and have a dwarf planet sized diameter of 220 to 880 km. However, if it were a rogue planet not gravitationally bound to the Sun, and as far away as 4000 AU, it could be much larger. The paper was never formally accepted, and has been withdrawn until the detection is confirmed. Using modern data on the anomalous precession of the perihelia of Saturn, Earth, and Mars, Lorenzo Iorio concluded that any unknown planet with a mass of 0.7 times that of Earth must be farther than 350–400 AU; one with a mass of 2 times that of Earth, farther than 496–570 AU; and finally one with a mass of 15 times that of Earth, farther than 970–1,111 AU. Moreover, Iorio stated that the modern ephemerides of the Solar System outer planets has provided even tighter constraints: no celestial body with a mass of 15 times that of Earth can exist closer than 1,100–1,300 AU. However, work by another group of astronomers using a more comprehensive model of the Solar System found that Iorio's conclusion was only partially correct. Their analysis of Cassini data on Saturn's orbital residuals found that observations were inconsistent with a planetary body with the orbit and mass similar to those of Batygin and Brown's Planet Nine having a true anomaly of −130° to −110°, or −65° to 85°. Furthermore, the analysis found that Saturn's orbit is slightly better explained if such a body is located at a true anomaly of 117.8. At this location, it would be approximately 630 AU from the Sun. Using public data on the orbits of the extreme trans Neptunian objects, it has been confirmed that a statistically significant (62σ) asymmetry between the shortest mutual ascending and descending nodal distances does exist; in addition, multiple highly improbably (p < 0.0002) correlated pairs of orbits with mutual nodal distances as low as 0.2 AU at 152 AU from the Solar System's barycentre or 1.3 AU at 339 AU have been found. Both findings suggest that massive perturbers may exist at hundreds of AUs from the Sun and are difficult to explain within the context of a uniform distribution of orbital orientations in the outermost Solar System.