Орбита Плутона удивительно нестабильна
В 1930 году астроном Клайд Томбо, работая в обсерватории Лоуэлла во Флагстаффе, штат Аризона, обнаружил легендарную "девятую планету" (или "планету X"). Существование этого тела было предсказано ранее на основе возмущений в орбите Урана и Нептуна. После получения более 1000 предложений со всего мира и дебатов среди сотрудников обсерватории, вновь обнаруженный объект был назван Плутоном - это название предложила школьница из Оксфорда (Венеция Берни).<br>С тех пор Плутон стал предметом многочисленных исследований и споров о его названии, а 14 июля 2015 года его впервые посетила миссия "Новые горизонты". С самого начала было ясно одно - характер орбиты Плутона является крайне эксцентричным и наклонным. Согласно новым исследованиям, орбита Плутона относительно стабильна в более длительных временных масштабах, но подвержена хаотическим возмущениям и изменениям в более коротких временных масштабах.<br>Исследование проводилось доктором Рену Малхотрой, профессором научных исследований Луизы Фукар Маршалл в Лунной и планетарной лаборатории (LPL) Аризонского университета, и Такаши Ито, доцентом Центра исследований планетных исследований (PERC) Технологического института Чиба и Центра вычислительной астрофизики Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ). Статья с описанием их результатов недавно появилась в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.<br>Орбита Плутона радикально отличается от орбит планет, которые движутся по почти круговым орбитам вокруг Солнца вблизи его экватора (эклиптика). В отличие от них, Плутону требуется 248 лет, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца, и он движется по высокоэллиптической орбите, наклоненной на 17° к плоскости эклиптики Солнечной системы. Эксцентричность его орбиты также означает, что в течение каждого периода Плутон проводит 20 лет на орбите ближе к Солнцу, чем Нептун.<br>Природа орбиты Плутона является непреходящей загадкой, о которой астрономы узнали вскоре после его открытия. С тех пор было предпринято множество попыток смоделировать прошлое и будущее его орбиты, что позволило обнаружить удивительное свойство, защищающее Плутон от столкновения с Нептуном. Как рассказал доктор Малхотра, это условие орбитального резонанса, известное как "резонанс среднего движения":<br>"Это условие гарантирует, что в то время, когда Плутон находится на том же гелиоцентрическом расстоянии от Нептуна, его долгота почти на 90 градусов отличается от долготы Нептуна". Позже было обнаружено еще одно особенное свойство орбиты Плутона: Плутон приходит в перигелий в месте, расположенном намного выше плоскости орбиты Нептуна; это другой тип орбитального резонанса, известный как «колебания vZLK»."<br>Эта аббревиатура обозначает фон Цейпеля, Лидова и Козаи, которые изучали это явление как часть "проблемы трех тел". Эта проблема состоит в том, чтобы взять начальные положения и скорости трех массивных объектов и решить вопрос об их последующем движении в соответствии с тремя законами движения Ньютона и его теорией всемирного тяготения, для которых не существует общего решения. Как добавил д-р Малхотра:<br>"В конце 1980-х годов, с появлением более мощных компьютеров, численное моделирование выявило третье особенное свойство - орбита Плутона технически хаотична, то есть небольшие отклонения начальных условий приводят к экспоненциальной дивергенции орбитальных решений в течение десятков миллионов лет. Однако этот хаос ограничен. В ходе численного моделирования было установлено, что два особых свойства орбиты Плутона, упомянутые выше, сохраняются на многолетних временных масштабах, что делает его орбиту удивительно стабильной, несмотря на показатели хаоса".<br>Эти результаты, вероятно, будут иметь значительные последствия для будущих исследований внешней Солнечной системы и ее орбитальной динамики. Доктор Малхотра считает, что при дальнейшем изучении астрономы смогут больше узнать об истории миграции планет-гигантов и о том, как они в конечном итоге обосновались на своих нынешних орбитах. Это также может привести к открытию нового динамического механизма, который объяснит происхождение орбиты Плутона и других тел с большим наклоном орбиты.<br>Это будет особенно полезно для астрономов, занимающихся изучением динамики Солнечной системы. Как отметил доктор Малхотра, исследователи в этой области начали подозревать, что свидетельства, которые могли бы пролить свет на эволюцию орбиты Плутона, могли быть стерты нестабильностью и хаотическим характером этой самой орбитальной механики. Как резюмировал доктор Малхотра:<br>"Я думаю, что наша работа дает новую надежду на установление связи между современной динамикой Солнечной системы и исторической динамикой Солнечной системы". Происхождение наклонов орбит малых планет во всей Солнечной системе - включая транснептуновые объекты - представляет собой серьезную нерешенную проблему; возможно, наша работа привлечет к ней больше внимания".<br>"Еще один момент, который подчеркивает наше исследование, - это ценность простых приближений для сложной проблемы: т.е. сведение 21 параметра к одному в уравнении трех тел, открыло дверь к основным динамическим механизмам, влияющим на очень интересную, но трудную для понимания орбитальную динамику Плутона".
