Определение планеты -Definition of planet

Фотография полумесяца планеты Нептун (вверху) и ее спутника Тритона (в центре), сделанная космическим аппаратом Вояджер-2 во время его пролета в 1989 году.

Определение планеты , так как слово было придумано в древних греков , включил в свой объем широкий круг небесных тел. Греческие астрономы использовали термин asteres planetai (ἀστέρες πλανῆται), «блуждающие звезды», для звездоподобных объектов, которые, по-видимому, двигались по небу. На протяжении тысячелетий этот термин включал множество различных объектов, от Солнца и Луны до спутников и астероидов .

В современной астрономии есть две основные концепции «планеты». Не обращая внимания на часто противоречивые технические детали, это то, является ли астрономическое тело динамически доминирующим в своей области (то есть контролирует ли оно судьбу других меньших тел в его окрестностях) или находится ли оно в гидростатическом равновесии (то есть, смотрит ли оно вокруг) . Их можно охарактеризовать как определение динамического доминирования и геофизическое определение .

Проблема четкого определения планеты стала актуальной в январе 2005 года с открытием транснептунового объекта Эрида , тела более массивного, чем самая маленькая из тогда принятых планет, Плутон . В своем ответе в августе 2006 года Международный астрономический союз (МАС), признанный астрономами мировой организацией, ответственной за решение проблем номенклатуры , опубликовал свое решение по этому вопросу во время встречи в Праге . Это определение, которое применяется только к Солнечной системе (хотя вопрос об экзопланетах был рассмотрен в 2003 году), гласит, что планета - это тело, вращающееся вокруг Солнца, достаточно массивное, чтобы его собственная сила тяжести заставляла его вращаться , и « очистила свои окрестности». "меньших объектов, приближающихся к его орбите. Согласно этому формализованному определению, Плутон и другие транснептуновые объекты не считаются планетами. Решение МАС не разрешило все споры, и, хотя многие астрономы приняли его, некоторые ученые-планетологи категорически отвергли его, предложив вместо этого геофизическое или подобное определение.

История

Планеты в древности

Философ Платон

Хотя знание планет предшествует истории и является общим для большинства цивилизаций, слово « планета» восходит к древней Греции . Большинство греков считали, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной в соответствии с геоцентрической моделью, и что объекты в небе, и даже само небо, вращаются вокруг нее (исключением был Аристарх Самосский , который выдвинул ранний вариант гелиоцентризма ). Греческие астрономы использовали термин asteres planetai (ἀστέρες πλανῆται), «блуждающие звезды», чтобы описать те звездные огни на небе, которые двигались в течение года, в отличие от asteres aplaneis (ἀστέρες ἀπλανεῖς), « неподвижных звезд ». , которые оставались неподвижными относительно друг друга. Пять тел, которые в настоящее время называются «планетами», которые были известны грекам, были видимыми невооруженным глазом: Меркурий , Венера , Марс , Юпитер и Сатурн .

Греко-римская космология обычно рассматривала семь планет, среди которых считались Солнце и Луна (как в современной астрологии ); однако в этом вопросе есть некоторая двусмысленность, поскольку многие древние астрономы отделили пять звездообразных планет от Солнца и Луны. Как отмечал в своей работе « Космос» немецкий натуралист XIX века Александр фон Гумбольдт ,

Из семи космических тел, которые своим постоянно меняющимся относительным положением и расстоянием друг от друга с глубокой древности отличались от «блуждающих сфер» небесных «неподвижных звезд», которые, судя по всему, сохраняют свое относительное положение и расстояния неизменны, только пять - Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн - имеют вид звезд - " cinque stellas errantes " - в то время как Солнце и Луна, исходя из размера их дисков, их важности для человека и места присвоенные им в мифологических системах, были классифицированы отдельно.

Планеты в понимании до принятия гелиоцентрической модели

В своем « Тимее» , написанном примерно в 360 г. до н.э., Платон упоминает «Солнце, Луну и пять других звезд, которые называются планетами». Его ученик Аристотель делает подобное различие в своей работе « О небесах» : «Солнце и луна движутся меньше, чем некоторые планеты». В своих « Феноменах» , которые представляют собой стихи из астрономического трактата, написанного философом Евдоксом примерно в 350 г. до н.э., поэт Арат описывает «те пять других сфер, которые смешиваются с [созвездиями], и колесо, блуждающее по обе стороны от двенадцати фигур неба. Зодиак ".

В своем Альмагесте, написанном во 2 веке, Птолемей упоминает «Солнце, Луну и пять планет». Гигин прямо упоминает «пять звезд, которые многие называют блуждающими и которые греки называют Планетой». Марк Манилий , латинский писатель, живший во времена Цезаря Августа и чья поэма « Астрономика» считается одним из основных текстов современной астрологии , говорит: «Теперь додекатемария разделена на пять частей, поскольку так много звезд, называемых странниками, которые преходящим блеском сияй на небесах ".

Единый вид семи планет можно найти в « Сне Сципиона» Цицерона , написанном где-то около 53 г. до н.э., где дух Сципиона Африканского провозглашает: «Семь из этих сфер содержат планеты, по одной планете в каждой сфере, которые все движутся в противоположном направлении. к движению неба ". В своей « Естественной истории» , написанной в 77 году нашей эры, Плиний Старший упоминает «семь звезд, которые из-за их движения мы называем планетами, хотя никакие звезды не блуждают меньше, чем они». Нонн , греческий поэт V века, говорит в своей книге « Дионисия» : «У меня есть предсказания истории на семи таблицах, и на таблицах указаны названия семи планет».

Планеты в средние века

Джон Гауэр

Писатели средневековья и эпохи Возрождения считали идею семи планет общепринятой. Стандартное средневековое введение в астрономию, Сакробоско «s De Sphaera , включает Солнце и Луну среди планета, более продвинутый теорикон planetarum представляет„теория семи планет“ , в то время как инструкции для таблиц Alfonsine показать , как«найти по средства таблиц - средние девизы солнца, луны и остальных планет ». В своем « Confessio Amantis» поэт XIV века Джон Гауэр , говоря о связи планет с искусством алхимии , пишет: «Plantes ben begonne / Золото наклонено к Сонне / Мон Селвера играет свою роль ... . », что указывает на то, что Солнце и Луна были планетами. Даже Николай Коперник , отвергнувший геоцентрическую модель, неоднозначно относился к вопросу о том, являются ли Солнце и Луна планетами. В своем De Revolutionibus Коперник четко разделяет «солнце, луну, планеты и звезды»; однако в своем Посвящении труда Папе Павлу III Коперник говорит о «движении солнца и луны ... и пяти других планет».

Земля

Николай Коперник

В конце концов, когда гелиоцентрическая модель Коперника была принята вместо геоцентрической , Земля была помещена среди планет, а Солнце и Луна были переклассифицированы, что потребовало концептуальной революции в понимании планет. Как отметил историк науки Томас Кун в своей книге «Структура научных революций» :

Коперниканцы, которые отрицали традиционное название «планета» для солнца ... меняли значение слова «планета», чтобы оно продолжало проводить полезные различия в мире, где все небесные тела ... рассматривались иначе, чем они сами. видели раньше ... Посмотрев на Луну, сторонник коперника ... говорит: «Я когда-то считал Луну (или видел Луну) планетой, но я ошибался».

Коперник косвенно называет Землю планетой в De Revolutionibus, когда он говорит: «Приняв, таким образом, движения, которые я приписываю Земле позже в этой книге, долгим и интенсивным изучением я наконец обнаружил, что если движения других планет являются соотносится с орбитой Земли ... " Галилей также утверждает, что Земля является планетой в Диалоге о двух главных мировых системах :" [Т] Земля, не меньше, чем Луна или любая другая планета, должна быть пронумерована среди естественных тел, которые движутся по кругу ".

Современные планеты

Уильям Гершель, первооткрыватель Урана

В 1781 году астроном Уильям Гершель искал в небе неуловимые звездные параллаксы , когда он наблюдал то, что он назвал кометой в созвездии Тельца . В отличие от звезд, которые оставались простыми точками света даже при большом увеличении, размер этого объекта увеличивался пропорционально используемой мощности. Гершелю просто не приходило в голову, что этот странный объект мог быть планетой; пять планет за пределами Земли были частью представления человечества о Вселенной с древних времен. Поскольку астероиды еще не были обнаружены, кометы были единственными движущимися объектами, которые можно было найти в телескоп. Однако, в отличие от кометы, орбита этого объекта была почти круговой и находилась в плоскости эклиптики. Перед тем, как Гершель объявил об открытии своей «кометы», его коллега, британский астроном Роял Невил Маскелин , написал ему: «Я не знаю, как это назвать. С такой же вероятностью это обычная планета, движущаяся по орбите. почти круглая по отношению к Солнцу, как комета, движущаяся по очень эксцентрическому эллипсису. Я еще не видел ни комы, ни хвоста ". «Комета» также была очень далеко, слишком далеко, чтобы простая комета могла рассосаться. В конце концов, она была признана седьмой планетой и названа Ураном в честь отца Сатурна.

Гравитационно-индуцированные неоднородности наблюдаемой орбиты Урана в конечном итоге привели к открытию Нептуна в 1846 году, а предполагаемые отклонения на орбите Нептуна впоследствии привели к поиску, в результате которого возмущающий объект не был обнаружен (позже выяснилось, что это математический артефакт, вызванный переоценкой Масса Нептуна), но обнаружил Плутон в 1930 году. Первоначально предполагалось, что масса Плутона примерно равна массе Земли, но наблюдения постепенно уменьшили расчетную массу Плутона, пока не выяснилось, что она составляет всего пять сотых от ее размера; слишком мал, чтобы вообще повлиять на орбиту Нептуна. В 1989 году космический корабль "Вояджер-2" определил, что причиной отклонений является завышенная оценка массы Нептуна.

Спутники

Галилео Галилей

Когда Коперник поместил Землю среди планет, он также поместил Луну на орбиту вокруг Земли, сделав Луну первым идентифицированным естественным спутником . Когда Галилей открыл свои четыре спутника Юпитера в 1610 году, они придали вес аргументу Коперника, потому что если у других планет могли быть спутники, то у Земли тоже. Однако оставалась некоторая путаница относительно того, были ли эти объекты «планетами»; Галилей называл их «четырьмя планетами, летающими вокруг звезды Юпитера с неравными интервалами и периодами с удивительной быстротой». Точно так же Христиан Гюйгенс , обнаружив в 1655 году самый большой спутник Сатурна Титан , использовал множество терминов для его описания, включая «планета» (планета), «стелла» (звезда), «луна» (луна) и более современный «спутник». (сопровождающий). Джованни Кассини , объявив о своем открытии спутников Сатурна Япета и Реи в 1671 и 1672 годах, назвал их Nouvelles Planetes autour de Saturn («Новые планеты вокруг Сатурна»). Однако, когда «Journal de Scavans» сообщил об открытии Кассини двух новых спутников Сатурна ( Дионы и Тетис ) в 1686 году, он назвал их строго «спутниками», хотя иногда Сатурн - «первичной планетой». Когда Уильям Гершель объявил о своем открытии двух объектов на орбите вокруг Урана в 1787 году ( Титания и Оберон ), он назвал их «спутниками» и «вторичными планетами». Во всех последующих отчетах об открытии естественных спутников использовался исключительно термин «спутник», хотя в книге «Иллюстрированная астрономия Смита» 1868 года спутники назывались «вторичными планетами».

Малые планеты

Джузеппе Пиацци, первооткрыватель Цереры

Одним из неожиданных результатов открытия Урана Уильямом Гершелем было то, что он, казалось, подтвердил закон Боде , математическую функцию, которая определяет размер большой полуоси планетных орбит . Астрономы считали этот «закон» бессмысленным совпадением, но Уран упал почти на то точное расстояние, которое он предсказал. Поскольку закон Боде также предсказал наличие тела между Марсом и Юпитером, которое в тот момент еще не наблюдалось, астрономы обратили свое внимание на этот регион в надежде, что оно может быть подтверждено снова. Наконец, в 1801 году астроном Джузеппе Пиацци обнаружил новый мир в миниатюре, Цереру , лежащий как раз в нужной точке космоса. Объект был провозглашен новой планетой.

Затем в 1802 году Генрих Ольберс открыл Палладу , вторую «планету» примерно на том же расстоянии от Солнца, что и Церера. То, что две планеты могут занимать одну и ту же орбиту, было вызовом столетиям мышления; даже Шекспир высмеивал эту идею («Две звезды не движутся в одной сфере»). Тем не менее, в 1804 году на аналогичной орбите был обнаружен другой мир, Юнона . В 1807 году Ольберс обнаружил четвертый объект, Весту , на таком же орбитальном расстоянии.

Гершель предложил дать этим четырем мирам свою собственную отдельную классификацию, астероиды (что означает «звездоподобные», поскольку они были слишком малы для разрешения их дисков и, таким образом, напоминали звезды ), хотя большинство астрономов предпочитали называть их планетами. Эта концепция была закреплена тем фактом, что из-за сложности отличить астероиды от еще не нанесенных на карту звезд, эти четыре оставались единственными астероидами, известными до 1845 года. В учебниках по науке 1828 года, после смерти Гершеля, астероиды все еще числялись среди планет. С появлением более точных звездных карт поиск астероидов возобновился, а пятый и шестой были открыты Карлом Людвигом Хенке в 1845 и 1847 годах. К 1851 году количество астероидов увеличилось до 15, и появился новый метод их классификации. путем добавления номера перед их именами в порядке открытия, было принято, непреднамеренно помещая их в их собственную отдельную категорию. Церера стала «(1) Церерой», Паллада стала «(2) Палладой» и так далее. К 1860-м годам количество известных астероидов увеличилось до более чем сотни, и обсерватории в Европе и Соединенных Штатах начали называть их в совокупности « малыми планетами » или «малыми планетами», хотя первым четырем астероидам потребовалось больше времени, чтобы быть сгруппированы как таковые. По сей день «малая планета» остается официальным обозначением всех малых тел на орбите вокруг Солнца, и каждое новое открытие пронумеровано соответствующим образом в Каталоге малых планет МАС .

Плутон

Клайд Томбо, первооткрыватель Плутона

Долгий путь от планетности к пересмотру, пройденный Церерой , отражен в истории Плутона , который был назван планетой вскоре после его открытия Клайдом Томбо в 1930 году. Уран и Нептун были объявлены планетами на основании их круговых орбит, больших масс и близости. в плоскость эклиптики. Ничто из этого не относилось к Плутону, крошечному и ледяному миру в области газовых гигантов с орбитой, которая несла его высоко над эклиптикой и даже внутри Нептуна. В 1978 году астрономы обнаружили самый большой спутник Плутона, Харон , что позволило им определить его массу. Плутон оказался намного мельче, чем кто-либо ожидал: всего лишь одна шестая массы Луны. Однако, насколько еще можно было судить, он был уникальным. Затем, начиная с 1992 года, астрономы начали обнаруживать большое количество ледяных тел за пределами орбиты Нептуна, которые были похожи на Плутон по составу, размеру и орбитальным характеристикам. Они пришли к выводу, что они обнаружили давно предполагаемый пояс Койпера (иногда называемый поясом Эджворта-Койпера), полосу ледяных обломков, являющуюся источником «короткопериодических» комет - комет с периодом обращения до 200 лет.

Орбита Плутона находилась внутри этого диапазона, и поэтому его планетарный статус был поставлен под сомнение. Многие ученые пришли к выводу, что крошечный Плутон следует реклассифицировать как малую планету, как это было с Церерой столетием ранее. Майк Браун из Калифорнийского технологического института предложил переопределить «планету» как «любое тело в Солнечной системе, которое массивнее общей массы всех других тел на аналогичной орбите». Те объекты, масса которых ниже этого предела, станут малыми планетами. В 1999 году Брайан Марсден из Гарвардского университета «s Minor Planet Center предположил , что Плутон будет дана малая планета номер 10000, сохраняя при этом свое служебное положение как планеты. Перспектива «понижения» Плутона вызвала общественный резонанс, и в ответ Международный астрономический союз пояснил, что в то время он не предлагал исключить Плутон из списка планет.

Открытие нескольких других транснептуновых объектов , таких как Квавар и Седна , продолжало разрушать аргументы в пользу того, что Плутон был исключительным по сравнению с остальным транснептуновым населением. 29 июля 2005 года Майк Браун и его команда объявили об открытии транснептунового объекта, который, как подтверждено, более массивен, чем Плутон, по имени Эрида .

Сразу после открытия объекта было много споров о том, можно ли его назвать « десятой планетой ». НАСА даже выпустило пресс-релиз, описывающий это как таковое. Однако признание Эриды десятой планетой неявно потребовало определения планеты, которая установила Плутон как произвольный минимальный размер. Многие астрономы, утверждая, что определение планеты не имеет большого научного значения, предпочитали признать историческую идентичность Плутона как планеты, « внося его в список планет».

Определение IAU

Открытие Эрис заставило МАС действовать в соответствии с определением. В октябре 2005 года группа из 19 членов IAU, которая уже работала над определением с момента открытия Седны в 2003 году, сузила свой выбор до трех, используя голосование за одобрение . Определения были:

Майкл Э. Браун, первооткрыватель Эрис
  • Планета - это любой объект на орбите вокруг Солнца с диаметром более 2000 км. (одиннадцать голосов за)
  • Планета - это любой объект на орбите вокруг Солнца, форма которого стабильна благодаря собственной гравитации. (восемь голосов за)
  • Планета - это любой объект на орбите вокруг Солнца, который доминирует в непосредственной близости от него. (шесть голосов за)

Поскольку консенсуса достичь не удалось, комитет решил вынести эти три определения на более широкое голосование на заседании Генеральной ассамблеи МАС в Праге в августе 2006 г., а 24 августа МАС поставил на голосование окончательный проект, в котором объединились элементы из два из трех предложений. По сути, он создал промежуточную классификацию между планетой и скалой (или, на новом языке, маленьким телом Солнечной системы ), назвал ее карликовой планетой и поместил в нее Плутон вместе с Церерой и Эридой. Голосование было проведено, в нем приняли участие 424 астронома.

Поэтому МАС решает, что планеты и другие тела в нашей Солнечной системе , за исключением спутников , можно разделить на три отдельные категории следующим образом:

(1) « Планета » 1 - это небесное тело, которое: (а) находится на орбите вокруг Солнца, (б) имеет достаточную массу, чтобы его собственная гравитация преодолела силы твердого тела, так что оно принимает гидростатическое равновесие (почти круглое). ) формы, и (c) очистил окрестности вокруг своей орбиты.

(2) «Карликовая планета» - это небесное тело, которое: (а) находится на орбите вокруг Солнца, (б) имеет достаточную массу для собственной гравитации, чтобы преодолеть силы твердого тела, так что оно принимает гидростатическое равновесие (почти круглое). ) фигура 2 , (c) не очистила окрестности вокруг своей орбиты, и (d) не является спутником.

(3) Все другие объекты 3 , за исключением спутников, вращающихся вокруг Солнца, совместно именуются «Малые тела солнечной системы».

Сноски:

1 В восемь планет являются: Меркурий , Венера , Земля , Марс , Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун .
2 Будет установлен процесс IAU для отнесения пограничных объектов к «карликовой планете» и другим категориям.
3 К ним в настоящее время относятся большинство астероидов Солнечной системы , большинство транснептуновых объектов (TNO), кометы и другие небольшие тела.


МАС также решает:

Плутон является «карликовой планетой» по приведенному выше определению и признан прототипом новой категории транснептуновых объектов.

Earth Moon Charon Charon Nix Nix Kerberos Styx Hydra Hydra Pluto Pluto Dysnomia Dysnomia Eris Eris Namaka Namaka Hi'iaka Hi'iaka Haumea Haumea Makemake Makemake MK2 MK2 Xiangliu Xiangliu Gonggong Gonggong Weywot Weywot Quaoar Quaoar Sedna Sedna Vanth Vanth Orcus Orcus Actaea Actaea Salacia Salacia 2002 MS4 2002 MS4 File:EightTNOs.png
Художественное сравнение Плутона , Эрида , Хаумеа , Макемаке , Gonggong , Кваваре , Седна , Орк , Salacia , 2002 MS 4 и Земли вместе с Луной

МАС также постановил, что « планеты и карликовые планеты - это два разных класса объектов», что означает, что карликовые планеты, несмотря на их название, не будут считаться планетами.

13 сентября 2006 года МАС поместило Эриду, ее спутник Дисномию и Плутон в свой Каталог малых планет , дав им официальные обозначения малых планет (134340) Плутон , (136199) Эрида и (136199) Эрида I Дисномия . Другие возможные карликовые планеты , такие как 2003 EL 61 , 2005 FY 9 , Седна и Квавар , были оставлены во временном подвешенном состоянии до тех пор, пока не будет принято формальное решение относительно их статуса.

11 июня 2008 года исполнительный комитет МАС объявил о создании подкласса карликовых планет, включающего вышеупомянутую «новую категорию транснептуновых объектов», прототипом которой является Плутон. Этот новый класс объектов, называемых плутоидами , будет включать Плутон, Эриду и любые другие транснептуновые карликовые планеты, но исключая Цереру. МАС решило, что ТНО с абсолютной величиной ярче +1 будут названы объединенными комиссиями комитетов по присвоению имен планетам и малым планетам, исходя из предположения, что они, вероятно, будут карликовыми планетами. На сегодняшний день только два других TNO, 2003 EL 61 и 2005 FY 9 , соответствуют требованиям абсолютной величины, в то время как другие возможные карликовые планеты, такие как Седна, Оркус и Квавар, были названы только комитетом по малым планетам. 11 июля 2008 г. Рабочая группа по планетной номенклатуре назвала Макемаке 2005 FY 9 , а 17 сентября 2008 г. - 2003 EL 61 Haumea .

Принятие определения IAU

График текущего положения всех известных объектов пояса Койпера относительно внешних планет.

Среди наиболее активных сторонников решительного определения МАС - Майк Браун , первооткрыватель Эрис; Стивен Сотер , профессор астрофизики Американского музея естественной истории ; и Нил де Грасс Тайсон , директор планетария Хайдена .

В начале 2000-х, когда планетарий Хайдена подвергался ремонту за 100 миллионов долларов, Тайсон отказался называть Плутон девятой планетой в планетарии. Он объяснил, что предпочел бы сгруппировать планеты в соответствии с их общностью, а не считать их. Это решение привело к тому, что Тайсон получил большое количество писем с ненавистью, в основном от детей. В 2009 году Тайсон написал книгу, в которой подробно описал понижение Плутона в должности.

В статье, опубликованной в журнале Scientific American за январь 2007 г. , Сотер процитировал включение в определение текущих теорий формирования и эволюции Солнечной системы ; что когда самые ранние протопланеты возникли из кружащейся пыли протопланетного диска , некоторые тела "выиграли" начальную конкуренцию за ограниченный материал, и по мере роста их повышенная гравитация означала, что они накапливали больше материала и, таким образом, становились больше, в конечном итоге опережая другие тела в Солнечной системе с очень большим отрывом. Пояс астероидов, нарушенный гравитационным притяжением близлежащего Юпитера, и пояс Койпера, слишком широко разнесенный для того, чтобы составляющие его объекты собрались вместе до конца начального периода формирования, оба не смогли выиграть соревнование по аккреции.

Когда числа выигравших объектов сравниваются с числами проигравших, разница разительна; если принять концепцию Сотера о том, что каждая планета занимает «орбитальную зону», то Марс, наименее доминирующая в орбитальном отношении планета, в 5100 раз больше, чем весь другой собранный материал в ее орбитальной зоне. Церера, самый большой объект в поясе астероидов , составляет только треть материала на его орбите; Отношение Плутона еще ниже - около 7 процентов. Майк Браун утверждает, что это огромное различие в доминировании орбиты не оставляет «абсолютно никаких сомнений в том, какие объекты принадлежат, а какие нет».

Продолжающиеся споры

Несмотря на заявление МАС, ряд критиков остаются неубедительными. Некоторые считают это определение произвольным и сбивающим с толку. Ряд Плутона -как-планета сторонники, в частности Алан Стерн , глава НАСА «s New Horizons миссии Плутон , распространила ходатайство среди астрономов , чтобы изменить определение. Стерн утверждает, что, поскольку за него проголосовало менее 5 процентов астрономов, решение не было репрезентативным для всего астрономического сообщества. Однако, даже если исключить это противоречие, в определении остается несколько неясностей.

Очистка окрестностей

Один из основных спорных вопросов - точное значение выражения «очистил окрестности вокруг своей орбиты ». Алан Стерн возражает, что «невозможно и искусно провести разделительную линию между карликовыми планетами и планетами», и что, поскольку ни Земля, ни Марс, ни Юпитер, ни Нептун полностью не очистили свои регионы от мусора, ни одну из них нельзя должным образом считать планетой под землей. Определение IAU .

Астероиды внутренней Солнечной системы; обратите внимание на троянские астероиды (зеленые), попавшие на орбиту Юпитера из-за его гравитации

Майк Браун возражает этим утверждениям, говоря, что, не только не очистив свои орбиты, но и главные планеты полностью контролируют орбиты других тел в пределах своей орбитальной зоны. Юпитер может сосуществовать с большим количеством маленьких тел на своей орбите ( троянские астероиды ), но эти тела существуют только на орбите Юпитера, потому что они находятся под влиянием огромной гравитации планеты. Точно так же Плутон может пересекать орбиту Нептуна, но Нептун давным-давно заблокировал Плутон и сопутствующие ему объекты пояса Койпера, называемые плутино , в резонанс 3: 2, то есть они вращаются вокруг Солнца дважды на каждые три орбиты Нептуна. Орбиты этих объектов полностью определяются гравитацией Нептуна, и поэтому Нептун является доминирующим с точки зрения гравитации.

В октябре 2015 года астроном Жан-Люк Марго из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе предложил метрику для очистки орбитальной зоны, основанную на том, может ли объект очистить орбитальную зону протяженностью 2 3 своего радиуса Хилла в определенной шкале времени. Эта метрика проводит четкую границу между карликовыми планетами и планетами Солнечной системы. Расчет основан на массе звезды-хозяина, массе тела и периоде обращения тела. Тело земной массы, вращающееся вокруг звезды солнечной массы, очищает свою орбиту на расстоянии до 400 астрономических единиц от звезды. Тело массой Марса на орбите Плутона очищает свою орбиту. Эта метрика, которая оставляет Плутон карликовой планетой, применима как к Солнечной системе, так и к внесолнечным системам.

Некоторые противники определения утверждали, что «расчистка окрестностей» - понятие неоднозначное. Марк Сайкс, директор Института планетологии в Тусоне, штат Аризона, и организатор петиции, выразил это мнение Национальному общественному радио . Он считает, что определение классифицирует планету не по составу или образованию, а, по сути, по ее местоположению. Он считает, что объект размером с Марс или больше за орбитой Плутона не будет считаться планетой, потому что он считает, что у него не будет времени очистить свою орбиту.

Браун отмечает, однако, что в случае отказа от критерия «очистки окрестностей» количество планет в Солнечной системе может вырасти с восьми до более чем 50 , и потенциально могут быть обнаружены еще сотни.

Гидростатическое равновесие

Протей , спутник Нептуна , имеет неправильную форму , несмотря на то, что он больше сфероидальных мимов .

Согласно определению МАС , планеты должны быть достаточно большими, чтобы их сила тяжести могла привести их в состояние гидростатического равновесия ; это означает, что они будут иметь круглую эллипсоидальную форму. До определенной массы объект может иметь неправильную форму, но за пределами этой точки гравитация начинает притягивать объект к его собственному центру масс, пока объект не схлопнется в эллипсоид. (Ни один из крупных объектов Солнечной системы не является по-настоящему сферическим. Многие из них являются сфероидами , а некоторые, такие как более крупные луны Сатурна и карликовая планета Хаумеа , были дополнительно искажены в эллипсоиды из-за быстрого вращения или приливных сил , но все еще в гидростатическое равновесие.)

Однако не существует точной точки, в которой можно было бы сказать, что объект достиг гидростатического равновесия. Как отмечал Сотер в своей статье, «как мы можем количественно оценить степень округлости, которая отличает планету? Преобладает ли гравитация такое тело, если его форма отклоняется от сфероида на 10 процентов или на 1 процент? и некруглые формы, поэтому любая граница будет произвольным выбором ". Кроме того, точка, в которой масса объекта сжимает его в эллипсоид, зависит от химического состава объекта. Объекты из льда, такие как Энцелад и Миранда, принимают это состояние легче, чем объекты из камня, такие как Веста и Паллада. Тепловая энергия от гравитационного коллапса , ударов , приливных сил, таких как орбитальные резонансы или радиоактивный распад , также влияет на то, будет ли объект эллипсоидальным или нет; Ледяной спутник Сатурна Мимас имеет эллипсоидальную форму (хотя уже не находится в гидростатическом равновесии), но более крупный спутник Нептуна, Протей , который имеет такой же состав, но более холодный из-за большего расстояния от Солнца, имеет неправильную форму. Кроме того, гораздо больший Япет имеет эллипсоидальную форму, но не имеет размеров, ожидаемых для его текущей скорости вращения, что указывает на то, что когда-то он находился в гидростатическом равновесии, но больше не находится, и то же самое верно для Луны Земли.

Двойные планеты и луны

Определение специально исключает спутники из категории карликовых планет, хотя оно не дает прямого определения термина «спутник». В первоначальном проекте предложения было сделано исключение для Плутона и его крупнейшего спутника Харона , барицентр которых находится вне объема любого тела. Первоначальное предложение классифицировало Плутон-Харон как двойную планету с двумя объектами, вращающимися вокруг Солнца в тандеме. Тем не менее, окончательный вариант дал понять, что, несмотря на то, что они похожи по относительным размерам, только Плутон в настоящее время может быть классифицирован как карликовая планета.

Диаграмма , иллюстрирующая Луны «ю.ш. сотрудничества орбиты с Землей

Однако некоторые предположили, что Луна, тем не менее, заслуживает называться планетой. В 1975 году Исаак Азимов отметил, что время обращения Луны по орбите находится в тандеме с орбитой Земли вокруг Солнца - глядя на эклиптику , Луна на самом деле никогда не возвращается на круги своя и, по сути, вращается вокруг Солнца самостоятельно. Правильно.

Также многие луны, даже те, которые не вращаются вокруг Солнца напрямую, часто обладают чертами, общими с настоящими планетами. В Солнечной системе 19 лун, которые достигли гидростатического равновесия и считались бы планетами, если бы учитывались только физические параметры. И спутник Юпитера Ганимед, и спутник Сатурна Титан больше Меркурия, а у Титана даже есть существенная атмосфера, более толстая, чем у Земли. Такие луны, как Ио и Тритон, демонстрируют очевидную и продолжающуюся геологическую активность, а Ганимед обладает магнитным полем . Подобно тому, как звезды на орбите вокруг других звезд все еще называют звездами, некоторые астрономы утверждают, что объекты на орбите вокруг планет, которые имеют все свои характеристики, также могут быть названы планетами. В самом деле, Майк Браун делает именно такое заявление в своем анализе проблемы, говоря:

Трудно привести последовательный аргумент в пользу того, что ледяной шар длиной 400 км должен считаться планетой, потому что он может иметь интересную геологию, в то время как спутник длиной 5000 км с массивной атмосферой, метановыми озерами и драматическими штормами [Титан] не должен попадать в эту категорию. той же категории, как бы вы это ни называли.

Однако он продолжает: «Для большинства людей рассмотрение круглых спутников (включая нашу Луну)« планетами »нарушает представление о том, что такое планета».

Алан Стерн утверждал, что местоположение не должно иметь значения и что при определении планеты следует принимать во внимание только геофизические атрибуты, и предлагает термин планета-спутник для спутников планетарной массы .

Внесолнечные планеты и коричневые карлики

Открытие с 1992 года внесолнечных планет или объектов размером с планету вокруг других звезд (4843 таких планеты в 3579 планетных системах, включая 797 множественных планетных систем на 1 октября 2021 года) неожиданным образом расширило дискуссию о природе планетности. Многие из этих планет имеют значительные размеры, приближающиеся к массе малых звезд, в то время как многие недавно обнаруженные коричневые карлики, наоборот, достаточно малы, чтобы их можно было считать планетами. Материальная разница между звездой с малой массой и большим газовым гигантом не очевидна; Помимо размера и относительной температуры, газовый гигант, такой как Юпитер, мало что отделяет от его звезды-хозяина. Оба имеют схожий общий состав: водород и гелий , со следовыми количествами более тяжелых элементов в их атмосфере . Общепринятое отличие состоит в образовании; считается, что звезды образовались «сверху вниз» из газов туманности, когда они подверглись гравитационному коллапсу, и, таким образом, будут почти полностью состоять из водорода и гелия, в то время как планеты, как говорят, образовались «снизу вверх». ", от скопления пыли и газа на орбите вокруг молодой звезды, и, следовательно, должен иметь ядра из силикатов или льда. Пока неясно, обладают ли газовые гиганты такими ядрами, хотя миссия Juno на Юпитер может решить эту проблему. Если действительно возможно, что газовый гигант мог образоваться, как звезда, тогда возникает вопрос, следует ли рассматривать такой объект как вращающуюся маломассивную звезду, а не как планету.

Коричневый карлик Gliese 229B на орбите вокруг своей звезды

Традиционно определяющей характеристикой звездности была способность объекта плавить водород в своем ядре. Однако такие звезды, как коричневые карлики, всегда оспаривали это различие. Слишком маленькие, чтобы начать устойчивый синтез водорода-1, они получили звездный статус за их способность синтезировать дейтерий . Однако из-за относительной редкости этого изотопа этот процесс длится лишь крошечную часть жизни звезды, и, следовательно, большинство коричневых карликов прекратили бы синтез задолго до своего открытия. Двойные звезды и другие множественные звездные образования являются обычным явлением, и многие коричневые карлики вращаются вокруг других звезд. Следовательно, поскольку они не производят энергию посредством синтеза, их можно назвать планетами. В самом деле, астроном Адам Берроуз из Университета Аризоны утверждает, что «с теоретической точки зрения, какими бы разными способами они ни образовались, внесолнечные планеты-гиганты и коричневые карлики, по сути, одинаковы». Берроуз также утверждает, что такие звездные остатки, как белые карлики, не должны считаться звездами, позиция, которая означает, что вращающийся на орбите белый карлик , такой как Сириус B , может считаться планетой. Однако в настоящее время среди астрономов принято считать, что звездой следует считать любой объект, достаточно массивный, чтобы обладать способностью поддерживать атомный синтез в течение своей жизни, и который не является черной дырой.

Путаница с коричневыми карликами не заканчивается. Мария Роза Сапатарио-Осорио и др. обнаружили множество объектов в молодых звездных скоплениях с массами ниже, чем требуется для поддержания термоядерного синтеза любого рода (в настоящее время рассчитано примерно на 13 масс Юпитера). Они были описаны как « свободно плавающие планеты », потому что современные теории формирования Солнечной системы предполагают, что планеты могут быть полностью выброшены из своих звездных систем , если их орбиты станут нестабильными. Однако также возможно, что эти «свободно плавающие планеты» могли образоваться таким же образом, как и звезды.

Одиночный Cha 110913-773444 (в центре), возможный суб-коричневый карлик , настроенный на масштаб против Солнца (слева) и планеты Юпитер (справа).

В 2003 году рабочая группа МАС выпустила заявление о позиции, чтобы установить рабочее определение того, что представляет собой внесолнечная планета, а что - коричневый карлик. На сегодняшний день это единственное руководство, предлагаемое МАС по этому вопросу. Комитет по определению планет 2006 года не пытался оспорить это или включить его в свое определение, утверждая, что проблему определения планеты уже трудно решить без учета внесолнечных планет. Это рабочее определение было изменено Комиссией МАС F2: Экзопланеты и Солнечная система в августе 2018 года. Официальное рабочее определение экзопланеты теперь выглядит следующим образом:

  • Объекты с истинной массой ниже предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия (в настоящее время рассчитывается как 13 масс Юпитера для объектов солнечной металличности), которые вращаются вокруг звезд, коричневых карликов или звездных остатков и которые имеют отношение масс к центральному объекту ниже L4 / L5 нестабильность (M / M central <2 / (25+ 621 ) - это «планеты» (независимо от того, как они образовались).
  • Минимальная масса / размер, необходимая для того, чтобы внесолнечный объект считался планетой, должна быть такой же, как и в нашей Солнечной системе.

В IAU отметили, что можно ожидать развития этого определения по мере улучшения знаний.

CHXR 73 b, объект, который находится на границе между планетой и коричневым карликом.

Это определение делает местоположение, а не образование или состав, определяющей характеристикой планетности. Свободно плавающий объект с массой ниже 13 масс Юпитера является «суб-коричневым карликом», тогда как такой объект на орбите вокруг сливающейся звезды является планетой, даже если во всех других отношениях эти два объекта могут быть идентичными. Кроме того, в 2010 году в статье, опубликованной Берроузом, Дэвидом С. Шпигелем и Джоном А. Милсомом, был поставлен под сомнение критерий массы 13 Юпитера, показав, что коричневый карлик с трехкратной солнечной металличностью может синтезировать дейтерий на уровне 11 Юпитера. массы.

Кроме того, обрезание 13 масс Юпитера не имеет точного физического значения. Синтез дейтерия может происходить в некоторых объектах с массой ниже этого порогового значения. Количество расплавленного дейтерия в некоторой степени зависит от состава объекта. По состоянию на 2011 год Энциклопедия внесолнечных планет включала объекты массой до 25 Юпитера, говоря: «Тот факт, что в наблюдаемом спектре масс нет особой особенности около 13  М Юп, усиливает решение забыть об этом пределе массы». По состоянию на 2016 год этот предел был увеличен до 60 масс Юпитера на основе изучения соотношений масса – плотность. Exoplanet данные Проводник включает в себя объектами до 24 масс Юпитера с консультативным: «13 Юпитером-массового различие Рабочей группой IAU физически немотивированные для планет со скалистыми ядрами и наблюдательно проблематично из - за грех я неоднозначность ». НАСА Exoplanet архив включает в себя объекты с массой (или минимальной массы) , равный или меньше , чем 30 масс Юпитера.

Другой критерий для разделения планет и коричневых карликов, а не горение дейтерия, процесс образования или местоположение, заключается в том, преобладает ли давление в ядре кулоновским давлением или давлением вырождения электронов .

Одно исследование показывает , что объекты выше 10  M Юп , образовавшиеся в результате гравитационной неустойчивости , а не основной аккреции , и поэтому не следует рассматривать как планеты.

Звездные объекты планетарной массы

Неопределенность, присущая определению МАС, была подчеркнута в декабре 2005 года, когда космический телескоп Спитцер наблюдал Cha 110913-773444 (см. Выше), всего в восемь раз больше массы Юпитера, что, по-видимому, является началом его собственной планетной системы . Если бы этот объект был найден на орбите другой звезды, его бы назвали планетой.

В сентябре 2006 года космический телескоп Хаббла сфотографировал CHXR 73 b (слева), объект, вращающийся вокруг молодой звезды-компаньона на расстоянии примерно 200 а.е. При 12 юпитерианской массе CHXR 73 b находится чуть ниже порога синтеза дейтерия и, таким образом, технически является планетой; однако его огромное расстояние от родительской звезды предполагает, что он не мог образоваться внутри протопланетного диска маленькой звезды и, следовательно, должен был образоваться, как и звезды, в результате гравитационного коллапса.

В 2012 году Филипп Делорм, из Института планетологии и астрофизики в Гренобле во Франции объявили об открытии CFBDSIR 2149-0403 ; независимо движущийся объект массой 4–7 юпитера, который, вероятно, является частью движущейся группы AB Doradus , менее чем в 100 световых годах от Земли. Хотя он разделяет свой спектр с коричневым карликом спектрального класса T , Делорм предполагает, что это может быть планета.

В октябре 2013 года астрономы под руководством доктора Майкла Лю из Гавайского университета обнаружили PSO J318.5-22 , одинокий свободно плавающий L-карлик, который, по оценкам, обладает массой всего в 6,5 раз больше Юпитера, что делает его наименее массивным суб-коричневым. карлик еще не обнаружен.

В 2019 году астрономы обсерватории Калар-Альто в Испании идентифицировали GJ3512b, газового гиганта массой около половины массы Юпитера, который вращается вокруг звезды красного карлика GJ3512 за 204 дня. Такой большой газовый гигант вокруг такой маленькой звезды на такой широкой орбите вряд ли образовался в результате аккреции и, скорее всего, образовался в результате фрагментации диска, как у звезды.

Семантика

Наконец, с чисто лингвистической точки зрения существует дихотомия, созданная МАС между «планетой» и «карликовой планетой». Термин «карликовая планета», возможно, содержит два слова: существительное (планета) и прилагательное (карлик). Таким образом, этот термин может указывать на то, что карликовая планета - это тип планеты, даже несмотря на то, что МАС явно определяет карликовую планету как не существующую. Следовательно, согласно этой формулировке «карликовая планета» и « малая планета » лучше всего рассматривать как составные существительные . Бенджамин Циммер из Language Log резюмировал путаницу: «Тот факт, что МАС хотел бы, чтобы мы думали о карликовых планетах как о отличных от« настоящих »планет, смешивает лексический элемент« карликовая планета »с такими странностями, как« валлийский кролик »(на самом деле, не совсем так). кролик) и « устрицы Скалистых гор » (не совсем устрицы) ». Как отметил Дава Собель , историк и научно-популярный писатель, участвовавший в первоначальном решении МАС в октябре 2006 года, в интервью Национальному общественному радио : «Карликовая планета - это не планета, а в астрономии есть карликовые звезды, которые являются звезды и карликовые галактики, которые являются галактиками, так что это термин, который никто не может любить, карликовая планета ". Майк Браун отметил в интервью Смитсоновскому институту, что «большинство людей в динамичном лагере действительно не хотели употреблять слово« карликовая планета », но это было навязано лагерем сторонников Плутона. багаж карликовых планет, не являющихся планетами ".

И наоборот, астроном Роберт Камминг из Стокгольмской обсерватории отмечает, что «название« малая планета »[было] более или менее синонимом слова« астероид »в течение очень долгого времени. Поэтому мне кажется довольно безумным жаловаться на любую двусмысленность или риск путаницы с введением «карликовой планеты» ».

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Определяется как область, занятая двумя телами, орбиты которых пересекают общее расстояние от Солнца, если их орбитальные периоды различаются менее чем на порядок. Другими словами, если два тела находятся на одинаковом расстоянии от Солнца в одной точке своей орбиты, и эти орбиты имеют одинаковый размер, а непростираются, как укометы, в несколько раз больше расстояния друг друга, тогда они находятся в одной орбитальной зоне.
  2. ^ В 2002 году, в сотрудничестве с специалистом по динамике Гарольдом Левисоном, Стерн писал: «Мы определяемсверхпланетукак планетное тело на орбите вокругзвезды,которое является достаточно динамически важным, чтобы очистить свои соседние планетезимали ... И мы определяемвнепланетукактакую,которая не смог этого сделать », а затем несколькими абзацами позже,« нашаСолнечная системаявно содержит 8 сверхпланет и гораздо большее количество внепланет, крупнейшими из которых являютсяПлутониЦерера». Хотя это может показаться противоречащим возражениям Стерна, Стерн отметил в интервью Smithsonian Air and Space, что, в отличие от определения МАС, его определение по-прежнему позволяет внепланетам быть планетами: «Я действительно думаю, что с динамической точки зрения есть планеты, которые действительно имеют значение. в архитектуре солнечной системы, и те, которые этого не делают. Это обе планеты. Так же, как у вас могут быть влажные и сухие планеты или планеты, несущие жизнь и не содержащие жизнь, у вас могут быть динамически важные планеты и динамически неважные планеты ".
  3. ^ Плотность объекта является приблизительным ориентиром для его состава: чем ниже плотность, тем выше доля льда и тем ниже доля камня. N более плотных объектов, Веста и Юнона, почти полностью состоят из горных пород с очень небольшим количеством льда и имеют плотность, близкую клунной, в то время как менее плотные, такие как Протей и Энцелад, состоят в основном из льда.

использованная литература

Библиография и внешние ссылки