Από τα μέσα του 19ου αιώνα, οπότε ανακαλύφθηκε ο πλανήτης Ποσειδώνας ύστερα από την επιτυχημένη θεωρητική πρόβλεψη των Λεβεριέ και Ανταμς, πολλοί αστρονόμοι υπέθεσαν την ύπαρξη ενός ακόμη πλανήτη πέρα
από την τροχιά του Ποσειδώνα. Ο μεγάλος ερασιτέχνης αστρονόμος Πέρσιβαλ Λόουελ, μάλιστα, είχε δώσει στον άγνωστο αυτόν πλανήτη το όνομα Πλανήτης-Χ, από το όνομα του αγνώστου στις αλγεβρικές εξισώσεις. Μέχρι σήμερα δεν έχει ανακαλυφθεί τέτοιος πλανήτης, παρ’ όλο που στην περιοχή αυτή έχουν ανακαλυφθεί χιλιάδες άλλα μικρότερα σώματα, μεταξύ των οποίων και ο νάνος πλανήτης Πλούτωνας. Η πρόσφατη όμως ανακάλυψη ενός ακόμη ουράνιου σώματος, που έχει το προσωρινό όνομα 2012 VP113, έδωσε νέα πνοή στην υπόθεση της ύπαρξης του πλανήτη-Χ. Ο λόγος είναι ότι η τροχιά αυτού του σώματος, σε συνδυασμό με την στατιστική ανάλυση των μέχρι σήμερα δεδομένων, συμφωνεί με την ύπαρξη ενός μεγάλου πλανήτη στις εσχατιές του Ηλιακού Συστήματος, σε απόσταση ίσως χίλιες φορές μεγαλύτερη από την απόσταση Γης – Ηλίου.
Πώς φτάσαμε στην υπόθεση του Πλανήτη-Χ
Από την αρχαιότητα ήταν γνωστοί οι πέντε, πλησιέστεροι προς τον Ηλιο, πλανήτες, δηλαδή (από τον πλησιέστερο προς τον πιο απομακρυσμένο), οι Ερμής, Αφροδίτη, Γη, Αρης, Δίας και Κρόνος. Τον 18ο αιώνα ο αγγλο-γερμανός αστρονόμος Χέρσελ (Frederick Herschel) ανακάλυψε τον Ουρανό και στα μέσα του 19ου αιώνα ο γερμανός αστρονόμος Γκάλε (Johann Galle) ανακάλυψε τον Ποσειδώνα έπειτα από υπόδειξη του γάλλου αστρονόμου Λεβεριέ (Urbain Le Verrier), ο οποίος είχε υπολογίσει θεωρητικά τη θέση του με βάση την επίδραση που είχε η βαρυτική έλξη του στην τροχιά του Ουρανού. Οι τροχιές όλων αυτών των πλανητών έχουν δύο κοινά χαρακτηριστικά: είναι προσεγγιστικά κυκλικές και είναι σχεδόν συνεπίπεδες με την τροχιά του Δία. Εκτοτε πολλοί αστρονόμοι πρότειναν, για διάφορους θεωρητικούς λόγους, την ύπαρξη ενός νέου πλανήτη, αλλά οι προβλέψεις αυτές διαψεύσθηκαν από τις παρατηρήσεις.
Αντ’ αυτού, όμως, ανακαλύφθηκαν δύο νέες κατηγορίες ουράνιων σωμάτων που περιφέρονται γύρω από τον Ηλιο: οι αστεροειδείς, στην περιοχή μεταξύ Αρη και Δία, και τα υπερποσειδώνια αντικείμενα της ζώνης Ετζγουορθ – Κάιπερ (Edgeworth-Kuiper), στην περιοχή πέρα από την τροχιά του Ποσειδώνα. Τα σώματα και των δύο αυτών κατηγοριών έχουν έντονα ελλειπτικές τροχιές οι οποίες βρίσκονται έξω από το επίπεδο της τροχιάς του Δία. Ο πρώτος αστεροειδής, η Δήμητρα, ανακαλύφθηκε το 1801 από τον ιταλό αστρονόμο Πιάτσι (Giuseppe Piazzi) και το πρώτο σώμα της ζώνης Κάιπερ, ο νάνος πλανήτης Πλούτωνας, το 1930 από τον αμερικανό αστρονόμο Τόμπο (Clyde Tombaugh). Αξίζει να σημειωθεί ότι την εποχή της ανακάλυψής του ο Πλούτωνας θεωρήθηκε ως ο πλανήτης-Χ του Λόουελ και ο ένατος μεγάλος πλανήτης του Ηλιακού Συστήματος, πριν διαπιστωθεί τελικά ότι είναι ένα από τα μικρά σώματα της ζώνης Κάιπερ, αφού έχει μάζα μικρότερη από αυτήν της Σελήνης και έντονα ελλειπτική τροχιά, η οποία βρίσκεται έξω από το επίπεδο της τροχιάς του Δία.
Σήμερα γνωρίζουμε πάνω από 200.000 αστεροειδείς και πολλές εκατοντάδες υπερποσειδώνια αντικείμενα. Ομως σχεδόν όλα αυτά, με εξαίρεση τον νάνο πλανήτη Σέντνα (Sedna), έχουν τροχιές το πλησιέστερο σημείο των οποίων προς τον Ηλιο, το περιήλιο, βρίσκεται κοντά στην τροχιά του Ποσειδώνα. Η πρόσφατη ανακάλυψη του μικρού πλανήτη 2012 VP113, η τροχιά του οποίου μοιάζει με αυτήν της Σέντνα, επιβεβαίωσε τις θεωρητικές εκτιμήσεις για την ύπαρξη μικρών πλανητών σε μεγάλες αποστάσεις από τον Ηλιο και ενίσχυσε τη σύγχρονη θεωρία για την ύπαρξη ενός άγνωστου μέχρι σήμερα μεγάλου πλανήτη σε πολύ μεγάλη απόσταση από τον Ηλιο.
Η χαοτική φάση του Ηλιακού Συστήματος
Σύμφωνα με το σενάριο δημιουργίας του Ηλιακού Συστήματος, οι πλανήτες δημιουργήθηκαν από τα υπολείμματα του νέφους αερίων και σκόνης από το οποίο δημιουργήθηκε ο Ηλιος. Οι οκτώ μεγάλοι πλανήτες καθώς και οι αστεροειδείς δημιουργήθηκαν σε περιοχές όπου η πυκνότητα αυτού του νέφους ήταν μεγάλη, δηλαδή σε απόσταση μέχρι περίπου 30 φορές την απόσταση Γης – Ηλίου. Ετσι φαίνεται κατ’ αρχάς δυσεξήγητο το γεγονός ότι παρατηρούμε σήμερα σχετικά μεγάλα σώματα σε αποστάσεις μεγαλύτερες από την τροχιά του Ποσειδώνα. Ομως το πρόβλημα λύνεται αν υποθέσουμε ότι λίγο μετά τη δημιουργία των πλανητών (δηλαδή μόλις μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια!) ακολούθησε μια περίοδος χαοτικής εξέλιξης του Ηλιακού Συστήματος κατά την οποία πάρα πολλά σώματα εκτινάχθηκαν σε μεγάλες αποστάσεις μέχρι το σύστημα να ισορροπήσει στη σημερινή του μορφή. Ενα από αυτά τα σώματα θα μπορούσε να είναι ένας μεγάλος πλανήτης, ο πλανήτης-Χ του Λόουελ. Η υπόθεση αυτή στηρίζεται πια σε τρεις σημαντικές ενδείξεις: (α) στην κατανομή των υπερποσειδώνιων αντικειμένων ανάλογα με την απόστασή τους από τον Ηλιο, (β) στις προσομοιώσεις της αρχικής χαοτικής εποχής του Ηλιακού Συστήματος και (γ) σε μια ενδιαφέρουσα ομοιότητα των τροχιών της Σέντνα και του 2012 VP113.
Τέσσερις ή πέντε οι πλανήτες – γίγαντες;
Οι δύο πρώτες ενδείξεις είναι θεωρητικής – στατιστικής φύσεως και προϋπήρχαν της ανακάλυψης του 2012 VP113. Η πρώτη στηρίζεται στην παρατήρηση ότι ο αριθμός των μικρών πλανητών και τα τροχιακά χαρακτηριστικά τους μεταβάλλονται καθώς απομακρυνόμαστε από τον Ηλιο, με τρόπο που θα μπορούσε να οφείλεται στην ύπαρξη ενός μεγάλου πλανήτη σε απόσταση μεγαλύτερη από αυτήν του Ποσειδώνα. Η δεύτερη στηρίζεται στο γνωστό «μοντέλο της Νίκαιας», στη διατύπωση του οποίου σημαντικό ρόλο έπαιξε και ο έλληνας αστρονόμος Κλεομένης Τσιγάνης, που ερμηνεύει τη σημερινή εικόνα του Ηλιακού Συστήματος. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, οι τέσσερις γίγαντες πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος, Δίας, Κρόνος, Ουρανός και Ποσειδώνας, δημιουργήθηκαν σε μικρότερη απόσταση προς τον Ηλιο από τη θέση όπου βρίσκονται σήμερα και μετακινήθηκαν μεταγενέστερα, την εποχή της χαοτικής εξέλιξης του Ηλιακού Συστήματος. Σύμφωνα λοιπόν με προσομοιώσεις στο πλαίσιο αυτού του μοντέλου, οι τροχιές των τεσσάρων γιγάντων πλανητών που υπάρχουν σήμερα συμφωνούν καλύτερα με την υπόθεση ότι αρχικά υπήρχαν πέντε γίγαντες πλανήτες, ένας εκ των οποίων εκτοξεύθηκε στη συνέχεια σε μεγάλη απόσταση παρά με την υπόθεση ότι οι γίγαντες – πλανήτες ήταν εξαρχής τέσσερις.
Τα περιήλια και ο μακρινός γίγαντας
Η τρίτη ένδειξη προκύπτει από την παρατήρηση ότι τα περιήλια των τροχιών της Σέντνα, του VP113 και των υπόλοιπων μικρών σωμάτων που έχουν βρεθεί σε τόσο μεγάλες αποστάσεις σχηματίζουν πρακτικά μια νοητή ευθεία. Αν το γεγονός αυτό δεν είναι αποτέλεσμα σύμπτωσης, τότε πιθανότατα οφείλεται στην ύπαρξη ενός απομακρυσμένου γίγαντα πλανήτη, με μάζα χονδρικά 10-15 φορές μεγαλύτερη της Γης και σε απόσταση χονδρικά 1.000 φορές μεγαλύτερη από την απόσταση Γης – Ηλίου. Ενα τέτοιο μεγάλο σώμα θα «τακτοποιούσε» τα περιήλια των υπόλοιπων μικρότερων στην ίδια κατεύθυνση με το δικό του. Αλλά στη μεγάλη αυτή απόσταση η περίοδος της τροχιάς του είναι εξαιρετικά μεγάλη, της τάξης των 30.000 ετών, οπότε κινείται πάρα πολύ αργά, και η λαμπρότητά του είναι εξαιρετικά μικρή, έτσι ώστε η ανακάλυψή του, αν υπάρχει, θα είναι ένας πραγματικός άθλος της παρατηρησιακής Αστρονομίας. Ομως η επιστήμη αυτή μας έχει συνηθίσει τα τελευταία χρόνια σε άθλους, σαν κι αυτόν της πρόσφατης ανακάλυψης των βαρυτικών κυμάτων του πρώιμου Σύμπαντος.
Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.