czyli jak problem natury astronomicznej może przekształcić się w problem natury psychologicznej.

"Planeta X" (czytaj jak "iks" , tj. niewiadoma)

Niezbyt wiele lat temu Brian Geoffrey Marsden, zmarły w listopadzie 2006 roku wieloletni dyrektor Centrum Małych Planet w Harwardzkim Centrum Astrofizyki (Harward-Smithsonian Center for Astrophysics – CfA), czyli jedna ze znakomitości naukowego światka astrofizyków, wypowiedział się w tytułowej kwestii jak następuje: „Ostatnie doniesienia o planecie X są takie, że planety X nie ma.”

Wyżej zacytowana konkluzja została sformułowana w ostatnim dziesięcioleciu XX wieku, natomiast poprzednio przez długie lata poszukiwano dziesiątej planety. Ale z jakiego powodu prowadzono takie poszukiwania?

Zamieszanie zaczęło się w związku z odkryciem, iż Pluton, wówczas ostatni planetarny składnik Układu Słonecznego, ma wielokrotnie mniejszą masę niż zakładano, ergo nie może ta planeta być odpowiedzialna za wielkość perturbacji trajektorii zarejestrowanych dla planet Urana i Neptuna w ich wokółsłonecznym obiegu. Małomasywny Pluton wywiera zbyt słabe oddziaływanie grawitacyjne, aby mogło tłumaczyć wspomniane perturbacje, a zatem musi być za nie odpowiedzialny jakiś inny obiekt, który posiada zdecydowanie większą masę. Należy tu wyjaśnić, iż Pluton został zidentyfikowany (tj. odkryty) dopiero w 1930 r., a poprzednio to właśnie ta planeta spełniała rolę poszukiwanej „planety X”, która powoduje opisane zakłócenia orbit Neptuna i Urana.

Pluton stopniowo tracił status planety X, w miarę jak bardziej dokładne pomiary doprecyzowywały wielkość jego masy. Każda kolejna precyzacja oznaczała zmniejszenie tej wielkości. I tak, jeszcze przed „odkryciem” Plutona, dla planety X przypisywano masę siedmiokrotnie większą od Ziemi. Po jakichś 30 latach, w 1955 roku oszacowano, że jest ona nieco mniejsza niż ziemska. W 1968 r. dane obniżyły tę wielkość do 18 procent masy Ziemi, a już trzy lata później do 11 procent. Gdy w 1978 roku James Walter Christy pracujący w Obserwatorium Marynarki Wojennej USA (USNO - United States Naval Observatory) z siedzibą w Waszyngtonie, zidentyfikował na fotografiach Plutona towarzyszącą mu małą plamkę, jako naturalnego satelitę tej planety (chodzi o księżyc Charon), to po ustaleniu parametrów orbity owego księżyca można było dokładnie i bez istotnego błędu wyznaczyć masę samej planety. Wynik obliczeń zaszokował wszystkich, bo okazało się, że masa Plutona osiąga jedynie dwa promille masy Ziemi. Oznaczało to, ni mniej ni więcej, że taka jej wielkość jest około 3000 razy za mała, aby wpływać na zdiagnozowany wówczas rozmiar zakłóceń w trajektoriach orbit wokółsłonecznych Neptuna oraz Urana. Nic zatem dziwnego, że narzucającą się przyczyną, niejako kołem ratunkowym mogącym wyjaśnić owe zakłócenia, było przyjęcie tezy, że tak duże zakłócenia wywołuje jakiś nieznany, masywny obiekt. Skala tych zakłóceń jednoznacznie przesądzała, że obiektem takim musi być planeta, której masa kilkakrotnie przewyższa ziemską.

Koncepcja Planety X była propagowana i uzasadniana głównie przez Roberta Suttona Harringtona, astronoma zatrudnionego w Obserwatorium Marynarki Wojennej, zmarłego w styczniu 1993 roku oraz P. Kennetha Seidelmanna z tego samego obserwatorium, który w 1987 r. utrzymywał, iż coś musi zakłócać obserwacje obiektów w zewnętrznych obszarach Układu Słonecznego. Opinia ta współbrzmiała ze sformułowaniem autorstwa Harringtona z 1990 roku, iż nie jesteśmy w stanie poprawnie przewidywać pozycji Urana i Neptuna, jeżeli bierzemy pod uwagę oddziaływanie tylko znanych już planet, skoro obie wymienione po kilku latach zbaczają z orbit najdokładniej nawet obliczonych.

Jak widzimy, jeszcze w końcowych latach ubiegłego stulecia sprawa istnienia planety X znajdowała się „w toku” i wcale nie była definitywnie rozstrzygnięta. A to było wszak stosunkowo niedawno. Należy jednak uwzględnić okoliczność, iż astronomia należy do tych dziedzin nauki, gdzie aktualne na dany moment koncepcje są najszybciej przewartościowywane.

Oczywiście znaleźli się również astrofizycy, którzy odnieśli się krytycznie do wzmiankowanego sposobu wyjaśniania zakłóceń w orbitach zewnętrznych planet Układu Słonecznego. Nie bez racji uważali, że wyliczenia trajektorii tych planet są zbyt mało dokładne i dlatego w tej konkretnej sprawie preferowali postępowanie zgodnie z maksymą znaną jako „brzytwa Ockhama”, czyli nie chcieli mnożyć bytów (planetarnych) ponad potrzebę. Swój sceptycyzm uzasadniali następującymi okolicznościami.

Otóż gdy znamy wszystkie istotne parametry orbity konkretnej planety wówczas możemy wyznaczyć dla niej tzw. efemerydę, czyli zbiór pozycji planety w dowolnym czasie (przeszłym i przyszłym). O ile czas pełnego obiegu takiej planety wokół Słońca jest niezbyt długi, wtedy dane pokolenie astronomów ma możliwość wielokrotnie prześledzić taką orbitę i bardzo precyzyjnie oznaczyć pozycję planety na orbicie w każdym momencie czasowym. A co dzieje się w przypadku, gdy czas takich obiegów liczy dziesiątki lub setki lat? Astronomowie, korzystając z rozpoznanych już pozycji na fragmencie orbity są wówczas zmuszeni ekstrapolować jej dalszy przebieg (kształt), czyli zbudować matematyczny model przyszłej trajektorii, wg której planeta powinna obiegać Słońce. Aby taka trasa dla planety mogła być poprawnie wymodelowana, rozpoznane muszą być parametry jej wcześniejszych pozycji co najmniej z połowy orbity. Dla przebiegu tych orbit planetarnych, które zostały ustalone jedynie w przybliżeniu, analizowane są odchylenia pozycji obserwowanej od pozycji przewidzianej w modelu. Różnice te określa się w astronomii terminem residua. A gdy zostanie wyliczony rozmiar zaistniałych odchyleń, wówczas można zacząć poszukiwanie dla nich przyczyn. Jeden warunek musi być bezwzględnie spełniony, czyli że musimy dysponować odwzorowaniem fragmentu trajektorii orbity danej planety, która pokazuje rzeczywiste parametry jej pozycji. Dopiero wtedy takie odwzorowanie stanowić będzie poprawny punkt odniesienia dla wyliczania wielkości odchyleń wobec zaobserwowanych pozycji planety.

Ale Uran powinien był mieć poprawnie określoną orbitę, bo od jego odkrycia w roku 1791 zdążył obiec Słońce (do połowy lat 90-tych XX stulecia) już dwu i półkrotnie, a uwzględniając pierwsze zapiski z 1690 roku identyfikujące ten obiekt, to nawet jeszcze o raz więcej (w przypadku Urana czas obiegu wokółsłonecznego wynosi 84 lata ziemskie). Tyle, że te wczesne obserwacje nie zgadzały się z wyliczonymi matematycznie dla tej planety efemerydami. Jak później się okazało z wykreślonej teoretycznie orbity ściągał Urana nie odkryty przed rokiem 1846 Neptun. Ale w połowie ostatniej dekady XX wieku orbita Neptuna była już w 90 procentach swej długości rozpoznana (dla tej planety pełny obieg wokółsłoneczny wynosi ca 165 lat ziemskich), zatem dla pozostałych 10 procent trajektorii ekstrapolacja jej przebiegu nie powinna była stanowić większego problemu. Ale Neptun także nie chciał trzymać się tak „wyrysowanej” trasy. I to był dobry powód, aby założyć, że istnieje jeszcze jeden masywny obiekt gdzieś za orbitami Urana i Neptuna. Czyli jakieś 10 miliardów km od Słońca. Pluton został w tej układance pominięty, gdyż od chwili swego odkrycia zdołał pokonać ledwie czwartą część orbity (pełny czas obiegu wokół Słońca wynosi dla Plutona niemal 250 lat).

Na dodatek orbity dwóch naturalnych satelitów Neptuna zdecydowanie różniły się od orbit znanych księżyców przy planetach Układu Słonecznego. Otóż większy z nich Tryton, mający wielkość ponad trzech czwartych ziemskiego Księżyca (wg długości promienia), obiega Neptuna ruchem wstecznym do obrotu tej planety. A drugi, nazwany Nereida, osiem razy mniejszy od poprzednika, co prawda obiega Neptuna w kierunku zgodnym z kierunkiem obrotów macierzystej planety, ale po wyjątkowo ekscentrycznej orbicie, w której odległości minimalna i maksymalna od Neptuna mają się jak 1 do 6. A naszkicowany kształt orbity Plutona, wykazujący jej relatywnie duże wydłużenie, stanowił również przesłankę do założenia, iż Tryton, Nereida i Pluton (którego promień jest mniejszy niż promień Trytona) to były księżyce Neptuna, ale pobliski pasaż planety X po jej ekscentrycznie wydłużonej orbicie (zaproponowanej teoretycznie) dwóm pierwszym zdeformował trajektorie obiegu, zaś Plutona wyrzucił całkowicie ze strefy oddziaływania grawitacyjnego Neptuna. Taką koncepcję oraz interpretację przedstawił w 1978 roku wspomniany wcześniej Robert S. Harrington wspólnie z Thomasem C. van Flandernem, astronomem pracującym w tymże samym Obserwatorium Marynarki Wojennej.

Oponenci i krytycy koncepcji Planety X przedstawili nie gorsze argumenty. Do najważniejszych z nich należy matematyk astronomiczny z Jet Propulsion Laboratory (Caltech) w kalifornijskiej Pasadenie, Erland Myles Standish Jr (rocznik urodzenia 1939), pracujący w latach 90-tych XX wieku dla NASA. W 1989 roku sonda kosmiczna Voyager 2 przeleciała obok Neptuna, a nadsyłane dane o parametrach lotu wprowadziły kilka istotnych korekt do dotychczas przyjętych wielkości. Po pierwsze okazało się, że Neptun jest trochę mniej masywny niż zakładano, po drugie jest objętościowo większy (ma lżejszy ciężar własny), co oznacza, że ma bardziej rozległą atmosferę (groźna okoliczność dla sondy, która mogłaby w niej spłonąć), po trzecie jego księżyc Tryton ma trochę inne nachylenie orbity względem równika tej planety. Wszystkie trzy wymienione okoliczności umożliwiły wyznaczenie prawidłowej masy Neptuna i skorygowanie neptunowej efemerydy. Po wyznaczeniu nowej wartości dla masy (korekta in minus tylko o 0,5%, ale to był odpowiednik, mniej więcej, masy planety Mars) można było w następnej kolejności dokonać korekty odnosnie vwielkości masy planety Uran, a w konsekwencji skorygować przebieg jej orbity. Wprowadzone korekty miały taki skutek, że zniknęły dotychczas wykazywane różnice. Powód był w istocie banalny, bo wynikły one ze zbyt mało dokładnych pomiarów trajektorii przeprowadzonych w XIX stuleciu dla odległych orbit planetarnych. Reasumując, pojawienie się planety X miało wyjaśnić grawitacyjne efekty związane z ruchem Urana. Ale przyczyna omówionych niezgodności nie znajdowała się w oddziaływaniu innego masywnego obiektu, ale w niedokładnym oszacowaniu masy Neptuna. Po przelocie Voyagera 2 i korekcie dokonanej na podstawie uzyskanych danych odnośnie masy tej planety, orbity „wróciły" na wyznaczone miejsce, i residua nie wykazywały już różnic. W 1993 roku E.M. Standish Jr opublikował oficjalnie wyniki nowych obliczeń.

P. K. Seidelmann uznał wówczas, że nowe wyniki zamykają definitywnie sprawę planety X,  natomiast  Robert S. Harrington, który poznał je krótko przed swoją śmiercią (w 1993 roku), pozostał wierny swojej obsesji. Jakkolwiek pogodził się z tym, że wartości residuów zmniejszyły się do rozmiarów dopuszczalnych odchyleń, to uważał że poszukiwania nadal należy kontynuować. Ale w końcu Brian G. Marsden, który miał wpływ, m.in., na wysokość środków przyznawanych na finansowanie rozmaitych programów badawczych, zadecydował o skreśleniu tego tematu z zadań do rozwiązania.

Wydawać się więc mogło, że problem Planety X umrze wraz ze śmiercią swego głównego pomysłodawcy, który w 1993 roku zmarł na raka w wieku 50 lat. Ale historia ta miała jeszcze ciąg dalszy.

W końcu sierpnia 1992 roku jednemu z astronomów Davidowi C. Jewittowi z kalifornijskiego UCLA wraz z naukowcem z hawajskiego obserwatorium zbudowanego na szczycie wygasłego wulkanu Manua Kea, panią Jane X. Luu (nazwisko wietnamskie), udało się znaleźć pewien obiekt obiegający Słońce poza orbitą Neptuna. Nie była to jednak planeta X, a tylko bryła zamarzniętego pyłu, kurzu i lodu, której średnicę szacowano maksymalnie na kilkaset kilometrów. Okazało się więc, że jest to obiekt nie tylko wielokrotnie mniejszy od małego wszak Plutona, ale także kilkakrotnie mniejszy od Ceres, największego rezydenta Pasa Planetoid. Ale to okazało się dopiero znacznie później, natomiast początkowe szacunki odnośnie jej rozmiaru były bardzo niepewne, ale nawet maksymalne nie przekraczały rozmiaru Ziemi (rzeczywisty rozmiar tej asteroidy wynosi ok. 108 x 167 km, a obiekt otrzymał nazwę Albion, jako że David C. Jewitt jest z pochodzenia Anglikiem, a odkrywca nowego obiektu zostaje z reguły jego "ojcem chrzestnym"). Rzecz jasna, od tej pory odkryto w tym rejonie wiele podobnych obiektów. Wszystkie okazały się lokatorami Pasa Kuipera, głównego rezerwuaru ciał kometarnych w Układzie Słonecznym. Obliczenia charakterystyki orbity  elementów składowych  owego pasa wskazują, że wiele z nich  wykazuje znaczne podobieństwo do orbity Plutona.

Przy okazji warto wyjaśnić przypadek związany z degradacją Plutona z kategorii planet. Otóż Clyde William Tombaugh, technik-fotograf pracujący w Lowell Observatory, w dniu 18 lutego 1930 roku, w rezultacie analizy i porównania wykonywanych wcześniej zdjęć przeszukiwanego obszaru nieba znalazł i ustalił pozycję pewnego obiektu. Wówczas jeszcze nie było przesądzone, jakiego rodzaju jest odkryty obiekt. Dane nie wskazywały jednoznacznie, aby jego wielkość mogła być przyczyną znanych zakłóceń w przewidywanej trajektorii orbit Urana i Neptuna. Ale akurat zbliżała się, przypadająca w dniu 13 marca, 75 rocznica urodzin Percivala Lawrence'a Lowella, milionera, przedsiębiorcy i amatora astronomii, który ufundował jedno z najstarszych obserwatoriów astronomicznych w USA (1894 rok), zlokalizowane w Flagstaff w Arizonie, oczywiście wyposażając je w stosowne teleskopy. Percival Lowell, zmarły w 1913 roku pasjonat astronomii, ufundował obserwatorium motywowany i owładnięty ideą odnalezienia planety X. Ogłoszenie informacji o odkryciu planety poza orbitą Neptuna stanowiło szczególny rodzaj uhonorowania dla pamięci tego człowieka, bez wątpienia bardzo zasłużonego dla propagowania astronomii, czyli uznane zostało jako adekwatny prezent w rocznicę jego urodzin. Ponadto nazwa Pluton zawierała w sobie pierwsze litery imienia i nazwiska Percivala Lowella, a zatem i wybór takiej nazwy był jak najbardziej à propos dla tego odkrycia. Tak więc najpierw był niezasłużony awans Plutona do rangi planet, a następnie owa pochopna decyzja, nieuzasadniona ze względów merytorycznych, została decyzją Międzynarodowej Unii Astronomicznej z 2006 roku skorygowana, choć na dokonanie tej korekty trzeba było poczekać 76 lat.

Clyde W. Tombaugh, który w międzyczasie ukończył studia z zakresu astronomii i pracował zawodowo w tej dziedzinie (zmarł w 1997 roku), z czasem stał się zdecydowanym przeciwnikiem hipotezy o istnieniu planety X. Uważał, iż istnieją wystarczające na to dowody. Między innymi powiedział na ten temat, że sfotografował podczas swojej pracy 2/3 całej sfery niebieskiej, i oprócz Plutona, niczego innego nie znaleziono (w sensie innej planety). Obiekt słabszy od Plutona nie mógłby być planetą, a obiekt wielkości Neptuna zostałby znaleziony nawet wtedy, gdyby znajdował się siedem razy dalej od Słońca niż Neptun.

Oprócz  Voyagera 2 poza orbitę Neptuna dotarły także inne sondy kosmiczne, jak np. Voyager 1, Pioneer 10 czy Pioneer 11. Żadna z nich nie doświadczyła oddziaływania grawitacyjnego jakiejś nieznanej planety.

No ale.

Odkrycie nowej planety stanowi wielki powód do dumy i chwały, staje się ukoronowaniem długich lat żmudnej i nudnej harówy, podobnej do tej, którą wykonują tysiące wyrobników w instytutach naukowych. Pokusa, aby zaryzykować z ogłoszeniem odkrycia jest bardzo duża, i nie chodzi nawet o rozbuchane ego, ale przecież, gdy ktoś taki będzie nadmiernie długo niezbyt pewne odkrycie poddawał weryfikowaniu, to ktoś inny może go w tym wyścigu uprzedzić, czyli odebrać palmę pierwszeństwa. A daleko nie wszyscy są w takiej sytuacji w stanie kontrolować własne myślenie życzeniowe.

Najlepszym podsumowaniem tej historii jest porównanie dokonane przez Erlanda M. Standisha Jr, bodaj najzacieklejszego z krytyków „projektu planety X.” Przedstawił sytuację w taki oto sposób, że nie można wpuścić słonia (planety X) do składu porcelany (układ planetarny) i oczekiwać, że spacer słonia nie wywoła niczego więcej jak tylko lekki podmuch powietrza. Wystarczy policzyć co taka planeta uczyniłaby z Neptunem i Uranem. Ona by zniszczyła te planety (np. wyrzuciła poza granice Ukladu Słonecznego).

A dalej jak w typowej telenoweli. Temat umarł, ale żyje. Zatem Planeta X krąży sobie dalej w najlepsze w obszarze pop kultury medialnej. Bo temat ma przecież  polor „naukowości”, zatem jakby mniejszy jest obciach przy jego odgrzewaniu niż w przypadku historyjek o jakimś Yeti czy kręgach w zbożu.

******

Wykaz moich notek na portalu "Szkoła Nawigatorów" pod linkiem:

http://stanislaw-orda.szkolanawigatorow.pl/troche-prywaty      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

---

tagi: planeta x 

	stanislaw-orda
	16 marca 2019 21:34

10     1553    5 zaloguj sie by polubić