Planet X, 1841-danes

Leta 1841 je John Couch Adams začel raziskovati do takrat že kar velike razlike v gibanju Urana. Leta 1845 je Urbain Le Verrier prav tako začel raziskovati te razlike. Adams je predstavil dve različni rešitvi tega problema in domneval, da so bila odstopanja posledica gravitacije še neznanega planeta. Adams je poskusil predstaviti svoje rešitve na observatoriju Greenwich, vendar pa ga niso jemali resno, ker je bil še mlad in neznan. Urbain Le Verrier je predstavil svojo rešitev leta 1864, vendar v Franciji ni imel pogojev najti planeta. Le Verrier se je zato obrnil na Berlinski observatorij; zvečer 23. septembra 1846 sta Galle in njegov asistent d'Arrest našla Neptun. Danes sta za napoved obstoja in položaja Neptuna zaslužna oba, Adams in Le Verrier.

(Navdihnjen s svojim uspehom se je Le Verrier lotil še problema nepravilnosti Merkurjeve orbite in predlagal obstoj planeta znotraj Merkurja, Vulcana, za katerega pa se je kasneje izkazalo, da ne obstaja.)

30. septembra 1846, en teden po odkritju Neptuna, je Le Verrier izjavil, da bi lahko obstajal še kakšen neznan planet. 10. oktobra je bila odkrita Neptunova velika luna Triton, ki je omogočila lahek način, da bi natančno določili Neptunovo maso, za katero pa se je izkazalo, da je za 2% večja kot pa so pričakovali iz motenj Uranovega gibanja. Kazalo je, kakor da sta nepravilnosti Uranovega gibanja pravzaprav povzročala dva planeta, poleg tega pa je prava orbita Neptuna bila precej drugačna, kakor pa sta jo napovedala Adams in Le Verrier.

Leta 1850 je Ferguson opazoval gibanje malega planeta Hygeie. Hind, ki je bral Fergusonovo poročilo, je preveril primerjalne zvezde, ki jih je uporabljal Ferguson. Hind ni mogel najti eno od teh zvezd. Tudi Maury iz Pomorskega observatorija ni mogel najti te zvezde. Nekaj let so menili, da je bilo to opazovanje še enega planeta, vendar pa so potem ponudili še eno razlago: Ferguson se je zmotil, ko je opisoval svoje opazovanje - ko so napako popravili, je druga zvezda lepo nadomestila 'pogrešano primerjalno zvezdo'.

Prvi resen poskus najti planet za Neptunom je leta 1877 napravil David Todd. Uporabil je "grafično metodo" in čeprav nepravilnosti Uranove orbite še niso bile nedvoumne, je podal elemente za ta planet: srednja razdalja 52 a.e., perioda 375 let, magnituda šibkejša kot 13. Dolžina za epoho 1877,84 je bila podana kot 170 stopinj z možnim odstopanjem 10 stopinj. Inklinacija je bila 1,40 stopinj in dolžina sečišča 103 stopinj.

Leta 1879 je Camille Flammarion podal še en namig za obstoj planeta za Neptunom: izkazalo se je, da se afeliji periodičnih kometov kopičijo okoli orbit velikih planetov. Jupiter ima največji delež takih kometov, imajo pa jih tudi Saturn, Uran in Neptun. Flammarion je odkril dva kometa, 1862 III s periodo 120 let in afelijem pri 47,6 a.e. in 1889 II z nekoliko večjo periodo in afelijem 49,8 a.e. Flammarion je menil, da je hipotetični planet na razdalji 45 a.u.

Eno leto kasneje, leta 1880, je profesor Forbes objavil razpravo o afelijih kometov in njihovih povezavah z orbitami planetov. Do leta 1900 je bilo znanih pet kometov z afeliji zunaj Neptunove orbite, Forbes pa je takrat menil, da se en objekt giblje na razdalji okoli 100 a.e., drugi pa na 300 a.e., z periodama 1000 in 5000 let.

V naslednjih petih letih je nekaj astronomov-matematikov objavilo svoje ideje o tem, kaj bi lahko našli v zunanjih delih sončnega sistema. Gaillot iz Pariškega observatorija je predvideval dva planeta na razdaljah 45 in 60 a.e. Thomas Jefferson Jackson See je predvideval tri planete: "Oceanus" na razdalji 41,25 a.e. s periodo 272 let, "trans-Oceanus" pri 56 a.e. s periodo 420 let in še enega pri 72 a.e. s periodo 610 let. Dr. Theodor Grigull iz Munstra, Nemčija, je leta 1902 predvideval planet velikosti Urana pri 50 a.e. in periodo 360 let, imenoval pa ga "Hades". Grigullovo delo se je naslanjalo v glavnem na orbite kometov z afeliji za Neptunovo orbito skupaj z navzkrižnim preverjanjem, če bi gravitacijska sila takega telesa povzročila opazovane razlike v Uranovem gibanju. Leta 1921 je Grigull popravil orbitalno periodo "Hadesa" na 310-330 let, da bi se bolje skladalo z opazovanimi spremembami.

Leta 1900 je Hans-Emil Lau iz Koebenhavna objavil elemente dveh planetov za Neptunom in to pri razdalji 46,6 in 70,7 a.e., z masama 9 in 47,2 Zemljine ter magnitudo za najbližji planet 10-11. Dolžine za epoho 1900 teh hipotetičnih teles so bile 274 in 343 stopinj, oba z veliko možno napako 180 stopinj.

Leta 1901 je Gabriel Dallet sklepal na hipotetičen planet pri 47 a.e. z magnitudo 9,5-10,5 in dolžino za epoho 1900 358 stopinj. Istega leta je Theodor Grigull ocenil dolžino za planet za Neptunom manj kot 6 stopinj stran od Dalletovega planeta in kasneje to razliko še zmanjšal na 2,5 stopinj. Ta planet naj bi bil na oddaljenosti 50,6 a.e.

Leta 1904 je Thomas Jefferson Jackson See predlagal tri planete za Neptunom na razdaljah 42,25, 56 in 72 a.e. Notranji planet je imel periodo 272,2 leta in dolžino 200 stopinj za epoho 1904. Ruski general Aleksander Garnowsky je predlagal štiri hipotetične planete, vendar ni podal nobenih podrobnosti o njih.

Dve najbolj dodelani predvidevanji za planet za Neptunom sta bili ameriškega izvora: Pickeringova knjiga "A search for a planet beyond Neptune" (Annals Astron. Obs. Harvard Coll, vol LXI part II 1909) in knjiga Percivala Lowella "Memoir on a trans-Neptunian planet" (Lynn, Mass 1915). Bila sta na delu za istim objektom, vendar sta uporabila drugačne metode in dobila drugačne rezultate.

Pickering je uporabil grafično analizo in predlagal "Planet O" pri 51,9 a.e. z periodo 373,5 years, maso dvakratno Zemlje in magnitudo 11,5-14. Pickering je v naslednjih 24 letih predlagal še osem drugih planetov. Pickeringovi rezultati so prisilili Gaillota, da je spremenil razdalji svojih dveh planetov na 44 in 66 a.e. in jima dal mase 5 in 24 Zemljine.

Vsega skupaj je Pickering od leta 1908 do 1932 predlagal sedem hipotetičnih planetov -- O, P, Q, R, S, T in U. Njegovi končni elementi za O in P so definirali popolnoma drugačna telesa kot pa prvotni, zato bi lahko rekli, da je vsota devet, kar je rekord v planetarnem napovedovanju. Večina Pickeringovih napovedi so le mimobežne radovednosti. Leta 1911 je Pickering predlagal, da ima planet Q maso 20.000 Zemljinih, kar je 63-krat več od Jupitrove ali okoli 1/6 Sončeve mase, kar je blizu zvezde z minimalno maso. Pickering je rekel, da ima planet Q izredno eliptično orbito.

V kasnejših letih je zares zaposlil Pickeringa le planet P. Leta 1928 je zmanjšal oddaljenost P-ja iz 123 na 67,7 a.e. in njegovo periodo iz 1400 na 556,6 let. P-ju je dal maso 20 Zemljinih in magnitudo 11. Leta 1931, po odkritju Plutona, je podal še eno eliptično orbito za P: razdaljo75,5 a.e., periodo 656 let, maso 50 Zemljinih, ekcentričnost 0,265, inklinacijo 37 stopinj, kar je blizu vrednosti za orbito iz 1911. Njegov planet S, predlagan leta 1928 in elementi zanj iz 1931, je bil podan pri 48,3 a.e. (blizu Lowellovem Planetu X pri 47,5 a.e.), periodo 336 let, maso 5 Zemljinih, magnitude 15. Leta 1929 je Pickering predlagal planet U na razdalji 5,79 a.e., periodo 13,93 let, kar je malo za Jupitrovo orbito. Njegova masa je bila 0,045 Zemljine, ekcentričnost 0,26. Zadnji od Pickeringovih planetov je planet T, predlagan leta 1931: razdalja 32,8 a.e., perioda 188 let.

Pickeringovi spreminjajoči elementi za planet O so bili:

Percival Lowell, najbolj poznan kot zagovornik kanalov na Marsu, je zgradil zasebni observatorij v Flagstaffu v Arizoni. Lowell je svoj hipotetični planet imenoval Planet X in izvedel več iskanj za njim, vendar pa so bila vsa brezuspešna. Lowellovo prvo iskanje Planeta X se je končalo leta 1909, vendar je 1913 začel drugo iskanje z novimi napovedmi o Planetu X: epoha 1850-01-01, srednja dolžina 11,67 deg, perihelij dolžine 186, ekcentričnost 0,228, srednja razdalja 47,5 a.e., dolžina sečišča dviganja 110,99 stopinj, inklinacija 7,30 stopinj, masa 1/21000 Sončeve. Lowell in drugi so Planet X brezuspešno iskali v letih 1913-1915. Leta 1915 je Lowell objavil svoje teoretične rezultate za Planet X. Ironično je, da so istega leta, 1915, na Lowellovem observatoriju posneli dve šibki sliki Plutona, čeprav ga niso prepoznali vse do odkritja Plutona leta 1930. Lowellov neuspeh pri iskanju Planeta X je bilo njegovo največje razočaranje v življenju. Zadnji dve leti svojega življenja se z iskanjem Plutona ni preveč ukvarjal. Lowell je umrl leta 1916. Na skoraj 1000 posnetih ploščah, ki jih je naredil v svojem drugem iskanju, je bilo 515 asteroidov, 700 zvezd spremenljivk in 2 sliki Plutona!

Tretje iskanje za Planetom X se je začelo aprila 1927. V letih 1927-1928 ni prišlo do nobenega napredka. Decembra 1929 je bil za iskanje planeta najet mlad sin kmeta in amaterski astronom Clyde Tombaugh iz Kansasa. Tombaugh je začel svoje delo aprila 1929. 23. in 29. januarja je Tombaugh posnel par plošč, na katerih je po preiskanju 18. februarja našel Pluton. Do takrat je Tombaugh preiskal stotine parov plošč in milijone zvezd. Iskanje Planeta X se je končalo.

Ali se je res? Novi planet, kasneje imenovan Pluton, je bil žalostno majhen, mogoče samo eno Zemljino maso, verjetno pa samo 1/10 Zemljine mase ali še manjši (leta 1979, ko so odkrili Plutonov satelit Haron, se je izkazalo, da je masa para Pluton-Haron le okoli 1/1000 Zemljine mase!). Planet X bi moral biti precej večji od tega, da bi vplival na orbito Urana! Tombaugh je nadaljeval iskanje še 13 let, pri tem pa preiskal nebo od severnega nebesnega pola do 50 stopinj južne širine, do magnitude 16-17, včasih celo do 18. Tombaugh je preiskal okoli 90 millijonov slik kakih 30 milijonov zvezd na več kot 30.000 kvadratnih stopinj na nebu. Odkril je eno novo kroglasto kopico, 5 novih razsutih kopic, eno novo superjato kakih 1800 galaksij in nekaj novih manjših jat galaksij, en nov komet, okoli 775 novih asteroidov - vendar nobenega novega planeta razen Plutona. Tombaugh je sklepal, da ne obstaja nobenega neznanega planeta svetlejšega od magnitude 16,5 - samo planet v skoraj polarni orbiti in lociran nekje blizu južnega nebesnega pola bi lahko ušel njegovemu odkritju. Lahko bi odkril planet velikosti Neptuna na razdalji sedemkrat večji, kot je Pluton oddaljen od Sonca, ali pa planet velikosti Plutona na razdalji 60 a.e.

Imenovanje Plutona je zgodba zase. Prvi predlogi za novi planet so bili: Atlas, Zymal, Artemis, Perseus, Vulcan, Tantalus, Idana, Cronus. Časopis New York Times je predlagal Minerva, drugi so predlagali Osiris, Bacchus, Apollo, Erebus. Lowellova vdova je predlagala Zeus, kasneje pa si je premislila za Constance. Veliko ljudi je predlagalo, naj se planet imenuje Lowell. Osebje observatorija v Flagstaffu, kjer so Plutona odkrili, so predlagali Cronus, Minerva in Pluton. Nekaj mesecev kasneje so planet tudi uradno imenovali Pluton. Ime Pluton je najprej predlagala enajstletna šolarka Venetia Burney iz Oxforda v Angliji.

Čisto prve orbite, ki so jih izračunali za Plutona, so imele ekcentričnost 0,909 in periodo 3000 let! To je povzročilo nekaj dvomov o tem, ali je Pluton planet ali ne. Vendar so že nekaj mesecev kasneje dobili bistveno boljše orbitalne podatke za Pluton. Spodaj je primerjava za orbitalne elemente Lowellovega Planeta X, Pickeringovega Planeta O in Plutona:

Maso Plutona so zelo težko določili. Precej različnih vrednosti se je pojavilo skozi čas. Stvar je bila razrešena junija 1978, ko je James W. Christy odkril Plutonovo luno Haron. Takrat se je izkazalo, da ima Pluton le okoli 20% mase naše Lune! To je pomenilo, da Pluton ne more imeti merljivih vplivov na gravitacijske motnje Urana in Neptuna. Pluton ni mogel biti Lowellov Planet X - planet, ki so ga našli, ni bil planet, ki so ga iskali. Kar je najprej kazalo na še eno zmago nebesne mehanike, se je obrnilo kot nezgoda oziroma rezultat inteligence in temeljitosti iskanja Clydea Tombaugha.

Masa Plutona:

O še enem kratkoživem objektu za Neptunom je 22. aprila 1930 poročal R.M. Stewart iz Ottawe v Kanadi - našel ga je na ploščah posnetih leta 1924. Crommelin je izračunal orbito (oddaljenost 39,82 a.e., dolžina sečišča dviganja, inklinacija 49,7 stopinj!). Tombaugh je iskal za "objektom Ottawa", a ga ni našel. Opravljena so bila še druga iskanja, vendar niso našli nič.

Medtem je Pickering poskušal napovedovati nove planete (glej zgoraj). Drugi so napovedovali nove planete na teoretičnih osnovah (Lowell je sam že predlagal nov objekt za Neptunom na razdalji okoli 75 a.e.). Leta 1946 je Francis M. E. Sevin predlagal planet za Plutonom na 78 a.e. To je najprej ugotovil iz nenavadne empirične metode, kjer je združil planete in ekscentričen asteroid Higaldo v dve skupini notranjih in zunanjih teles:

Potem je dodal logaritme period vsakega para planetov in ugotovil približno konstantno vsoto 7,34. Predpostavil je, da bi to moralo veljati tudi za Merkur in pa neznani objekt, je za "Transpluton" ugotovil, periodo 677 let. Kasneje je Sevin izdelal še ostale podatke za "Transpluton": oddaljenost 77,8 a.e., perioda 685,8 let, ekscentričnost 0,3, masa 11,6 Zemljinih. Njegove ugotovitve pa so imele le malo interesa med astronomi.

Leta 1950 je K. Schutte iz Münchna uporabil podatke od osmih periodičnih kometov in predlagal objekt za Plutonom na razdalji 77 a.e. Štiri leta kasneje je H. H. Kitzinger iz Karlsruheja z uporabo istih osmih kometov razširil in izboljšal delo, ugotovil, da naj bi bil planet na razdalji 65 a.e., s periodo 523,5 let, orbitalno inklinacijo 56 stopinj in magnitudo 11. Leta 1957 je Kitzinger še enkrat predelal problem in prišel do novih elementov: oddaljenost 75,1 a.e., perioda 650 let, inklinacija 40 stopinj, magnituda okoli 10. Po neuspešnem fotografskem iskanju je leta 1959 še enkrat predelal problem in dobil srednjo oddaljenost 77 a.e., periodo 675,7 let, inklinacijo 38 stopinj, ekscentričnost 0.07; ta planet ni zelo drugačen od Sevinovega "Transplutona" in je nekoliko podoben Pickeringovemu zadnjemu Planetu P. Vendar tak objekt niso nikoli našli.

Halleyev komet se je prav tako uporabljal za "sondo", ki bi pripeljala do novega planeta za Plutonom. Leta 1942 je R. S. Richardson ugotovil, da bi planet velikosti Zemlje na razdalji 36,2 a.e. ali eno a.e. za Halleyevim afelijem zakasnil Halleyev prehod preko perihelija, kar bi se bolje skladalo z opazovanji. Planet na razdalji 35,3 a.e. mase 0,1 Zemljine bi imel podoben učinek. Leta 1972 je Brady napovedal planet na razdalji 59,9 a.e., perioda 464 let, ekscentričnost 0,07, inklinacija 120 stopinj (to pomeni, da bi bil v retrogradni orbiti), magnituda 13-14, velikost približno Saturnove. Tak planet bi potisnil ostanke Halleyevega kometa precej nazaj v prehod perihelija leta 1456. Ta veliki planet so iskali, pa ga niso nikoli našli.

Tom van Flandern je v 1970. letih pregledal položaje Urana in Neptuna. Izračunana orbita Neptuna je ustrezala opazovanjem le nekaj let, nato pa je začela oddaljevati od izračunov. Uranova orbita se je ujemala z opazovanji za en obrat, za prejšni obrat pa ne. Leta 1976 je Tom van Flandern postal prepričan, da deseti planet obstaja. Po odkritju Harona leta 1978 se je masa Plutona izkazala za precej manjšo, kot se je pričakovalo. Zato je van Flandern prepričal svojega kolega Roberta S. Harringtona iz USNO o obstoju desetega planeta. Začela sta sodelovati pri preiskavi Neptunovega planeta satelitov. Kmalu sta se njuni mnenji začeli razhajati. van Flandern je menil, da je deseti planet nastal za Neptunovo orbito, Harrington pa je verjel, da je nastal med orbitama Urana in Neptuna. van Flandern je menil, da so potrebni boljši podatki, recimo bolj natančna masa Neptuna, ki jo je ugotovil Voyager 2. Harrington je začel iskati planet s surovo silo. Začel je leta 1979 in do leta 1987 ni še nič našel. van Flandern in Harrington sta menila, da je deseti planet lahko v afeliju v zelo eliptični orbiti. van Flandern meni, da če je planet temen, potem ima lahko magnitudo 16-17.

Leta 1987 sta Whitmire in Matese predlagala deseti planet na razdalji 80 a.e. s periodo 700 let in inklinacijo mogoče 45 stopinj, kot alternativo njuni hipotezi o "Nemesis". Vendar je Eugene M. Shoemaker menil, da ta planet ne bi mogel povzročiti meteorskih ploh, ki sta jih avtorja omenjala (glej Nemesis).

Leta 1987 je John Anderson iz JPL preučil gibanja vesoljskih vozil Pioneer 10 in Pioneer 11, da bi videl, če obstajajo kakšna odstopanja gibanja zaradi neznane gravitacije. Nič ni našel in zato je Anderson iz tega sklepal, da deseti planet najverjetneje obstaja! JPL v svojih efemeridah ni upošteval opazovanj Urana pred letom 1910, Anderson pa je zaupal tudi v prejšnja opazovanja. Anderson je sklepal, da mora imeti deseti planet zelo eliptično orbito in ga zato ne odkrijemo, vendar redno pride dovolj blizu, da vpliva na poti zunanjih planetov. Predlagal je maso pet Zemljinih, orbitalno periodo okoli 700-1000 let in zelo nagnjeno orbito. Njegove motnje na zunanje planete naj ne bi več zaznali vse do leta 2600. Anderson je upal, da bosta oba Voyagerja pomagala zaslediti ta planet.

Conley Powell iz JPL je prav tako analiziral gibanja planetov. Prav tako je ugotovil, da so se opazovanja Urana nenadoma mnogo bolje ujemala z izračuni po letu 1910 kot prej. Powell je predlagal planet z 2,9 Zemljinih mas na razdalji 60,8 a.e. od Sonca, s periodo 494 let, inklinacijo 8,3 stopinjami in le majhno ekscentričnostjo. Powella je zbegalo dejstvo, da je to približno dvakratna Plutonova perioda in trikratna Neptunova. Menil je, da ima planet, ki naj bi ga videl v podatkih, stabilizirano orbito z vzajemno resonanco s svojimi najbližjimi sosedi kljub ogromnim oddaljenostim. Rešitev je narekovala, da je planet v ozvedju Dvojčkov in naj bi bil tudi svetlejši od Plutona v času njegovega odkritja. Leta 1987 so na Lowellovem observatoriju začeli iskati Powellov planet, vendar niso našli nič. Powell je ponovno preučil svojo rešitev in predelal elemente: 0,87 Zemljine mase, oddaljenost 39,8 a.e., perioda 251 let, ekscentričnost 0,26, kar je orbita, zelo podobna Plutonovi. Trenutno naj bi bil Powellov novi planet v Levu pri magnitudi 12, vendar Powell meni, da je še prezgodaj za njegovo iskanje, kajti rad bi še dodelal te podatke.

Čeprav doslej še niso našli nobenega planeta za Plutonom, se interes zdaj giblje glede zunanjih delov sončnega sistema. Omenjen je že bil nereden asteroid Higaldo, ki se giblje v orbiti med Jupitrom in Saturnom. Med leti 1977 in 1984 je Charles Kowal opravil nova sistematična iskanja neodkritih teles z uporabo 118 centimeterskega Schmidtovega teleskopa na Palomarskem observatoriju. Oktobra 1987 je odkril asteroid 1977 UB, kasneje imenovan Hiron, ki se je gibal na srednji razdalji 13,7 a.e., s periodo 50,7 let, ekscentričnostjo 0,3786, inklinacijo 6,923 stopinj in ima premer okoli 50 km. Med svojim iskanjem je Kowal odkril 5 kometov in 15 asteroidov s Hironom, ki je bil najbolj oddaljen znan asteroid, ko so ga odkrili. Kowal je prav tako ponovno odkril štiri izgubljene komete in en izgubljen asteroid. Kowal ni našel desetega planeta in sklepal, da ne obstaja neznan planet, ki bi bil svetlejši od 20. magnitude v območju 3 stopinj ekliptike.

Hiron so najprej imenovali kot "deseti planet", vendar so ga hitro označili kot asteroid. Vendar je Kowal menil, da je zelo podoben kometu; kasneje je celo razvil kratek kometarni rep! Leta 1995 je bil Hiron klasificiran kot komet - vsekakor je največji komet, ki ga poznamo.

Leta 1992 so odkrili še bolj oddaljen asteroid: Pholus. Kasneje v letu 1992 so odkrili še en asteroid zunaj Plutonove orbite, ki jim je sledilo še dodatnih pet asteroidov za Plutonom leta 1993 in še vsaj ducat leta 1994!

Medtem so vesoljska vozila Pioneer 10 in 11 ter Voyagerja 1 in 2 odpotovala zunaj sončnega sistema in jih zato lahko uporabljamo kot "sonde" za neznane gravitacijske sile od mogočih neznanih planetov - doslej niso našle še nič. Voyagerja sta prav tako bolj natančno izmerila mase zunanjih planetov - ko so nove mase vstavili v numerične izračune sončnega sistema, so razlike v položajih zunanjih planetov končno izginile. Kaže, da je iskanje "Planeta X" končno prišlo h koncu. "Planeta X" ni (Pluton pravzaprav ne šteje), vendar so namesto tega našli asteroidni pas za Plutonom! Asteroidi zunaj Jupitrove orbite, ki so bili znani avgusta 1993, so sledeči:

epoha: 1993-08-01.0 TT

Do novembra 1994 so odkrili naslednje asteroide za Neptunom:

Premer je osnovan na magnitudah in ugibanjih albeda in je dan glede na veliko znatnih ocen.

Objekti za Neptunom verjetno tvorijo dve skupine. Prva skupina, sestavljena iz Plutona, 1993 SC, 1993 SB in 1993 RO imajo ekscentrične orbite in so v 3:2 resonanci z Neptunom. Druga skupina je nekoliko bolj oddaljena in ima manjšo ekscentričnost.