После открытия Нептуна в 1846 году бытовало мнение, что за его орбитой может существовать ещё одна девятая планета. В середине XIX века начались её поиски. В начале XX века за поиски «планеты X» взялся Персиваль Лоуэлл. Гипотезой о планете X он объяснял различия между рассчитанными и фактическими орбитами газовых гигантов, в частности, Урана и Нептуна, считая, что эти отклонения вызываются гравитацией большой невидимой девятой планетыTombaugh (1946), p. 73..
Казалось, что открытие Плутона, совершённое астрономом Клайдом Томбо в 1930 году, подтверждает гипотезу Лоуэлла: до 2006 года Плутон официально считался девятой планетой. В 1978 году, после открытия Харона, выяснилось, что масса Плутона слишком мала, чтобы его гравитация влияла на газовые гиганты. Это обусловило кратковременный интерес к «десятой планете». В начале 1990-х годов её поиски почти прекратились, поскольку в результате исследования данных, поступивших от космического зонда «Вояджер-2», оказалось, что отклонения орбиты Урана объясняются недооценкой массы Нептуна. После 1992 года, в результате открытия многочисленных транснептуновых объектов, встал вопрос, следует ли и дальше считать Плутон планетой, или, возможно, его и его «соседей» следует отнести к новому особому классу объектов, как это было сделано в случае с астероидами. Хотя некоторые большие члены этой группы сначала считались планетами, в 2006 году Международный астрономический союз переквалифицировал Плутон и его крупнейших соседей в карликовые планеты, вследствие чего в Солнечной системе осталось лишь восемь планет.
Современное астрономическое сообщество в основном склоняется к мысли, что «планета X», как и считалось изначально, не существует или по крайней мере не обнаружена. Впрочем, гипотезой о существовании планеты X некоторые астрономы объясняют другие аномалии внешних областей Солнечной системы. В массовой культуре и даже в некоторых астрономических кругах термином «планета X» называют любую неоткрытую планету внешней части Солнечной системы, безотносительно к её отношению к гипотезе Лоуэлла. Кроме того, различные данные свидетельствуют также о существовании других транснептуновых планет.
Первые гипотезы
В 1840-х годах французский математик Урбен Леверье, используя законы ньютоновской (классической) механики, проанализировал возмущения орбиты Урана и выдвинул гипотезу, что они вызваны гравитацией ещё не открытой планеты. Леверье определил, каким должно быть положение этой новой планеты на небе, и направил свои расчёты немецкому астроному Иоганну Готтфриду Галле. 23 сентября 1846 года, в ночь сразу после получения письма, Галле вместе со своим учеником Генрихом Луи Д’Арре открыли Нептун — именно там, где указал ЛеверьеCroswell (1997), p. 43. Но в движении газовых гигантов — Урана и Нептуна — всё равно наблюдались отклонения. Их наличие свидетельствовало в пользу того, что за орбитой Нептуна существует ещё одна планета.
Ещё до открытия Нептуна бытовала идея, что объяснить все отклонения наличием только одной планеты невозможно. 17 ноября 1834 года британский астроном-любитель Томас Джон Хасси вёл беседу с французским астрономом Алексисом Буваром и Джорджем Бидделлем Эйри, британским королевским астрономом. Хасси сказал, что, когда он выразил идею Бувара о том, что непривычное движение Урана может объясняться гравитационным воздействием ещё не открытой планеты, тот отметил, что эта идея тоже приходила ему в голову и что он уже обсуждал её с Петером Андреасом Ганзеном, директором Зиберзской обсерватории в Готе (Тюрингия, Германия). По мнению Ганзена, полностью объяснить движение Урана наличием лишь одного космического тела нельзя, поэтому он предположил, что за орбитой Урана есть ещё две планеты.
В 1848 году Жак Бабинэ подверг сомнению расчёты Леверье, утверждая, что наблюдаемая масса Нептуна меньше, а орбита — больше, чем тот предполагал. Бабинэ выдвинул гипотезу, что за орбитой Нептуна должна существовать другая планета с массой примерно в 12 раз больше массы Земли, — он назвал её «Гиперион». Леверье эту гипотезу отверг со словами: «Определить положение другой планеты нет никакой возможности — разве что гипотезой, в которой воображение играет слишком большую роль».
В 1850 году Джеймс Фергюсон, астроном-ассистент в Военно-морской обсерватории США, отметил, что он «потерял» звезду, которую наблюдал, — GR1719k. Лейтенант Мэтью Мори, руководитель обсерватории, назвал её свидетельством в пользу того, что это новая планета. Дальнейшие поиски не позволили выявить «планету» в другом положении, а в 1878 году Петерс, директор Обсерватории Колледжа Гамильтона в Нью-Йорке, продемонстрировал, что звезда на самом деле не исчезла: предварительные результаты были следствием человеческой ошибки.
В 1879 году Камиль Фламмарион отметил, что афелии комет 1862 III (комета Свифта-Туттля) и 1889 III составляют, соответственно, 47 и 49 а. е., и предположил, что расстояние соответствует орбитальному радиусу неизвестной планеты, которая превратила их орбиты в эллиптические. Астроном Джордж Форбс на основании этих фактов пришёл к выводу, что вне Нептуна должны существовать две планеты. Исходя из того, что афелии четырёх комет достигают расстояния примерно в 100 а. е., а афелии следующих шести — до 300 а. е., он рассчитал орбитальные элементы пары гипотетических транснептуновых планет. Эти элементы в целом совпали с теми, которые независимо вычислил другой астроном по имени Дэвид Пек Тодд, что дало основания считать их действительными. Впрочем, скептики утверждали, что орбиты комет, которые принимали участие в расчётах, слишком неопределённы для получения надёжных результатов.
В 1900 и 1901 годах директор Гарвардской обсерватории Уильям Генри Пикеринг совершил две попытки отыскать транснептуновые объекты. Первую из них начал датский астроном Ханс Эмиль Лау: исследовав данные по орбите Урана с 1890 по 1895 год, он пришёл к выводу, что объяснить несоответствия его орбиты наличием только одной транснептуновой планеты нельзя, и выдвинул предположение о положениях двух планет, наличие которых, по его мнению, могло бы их объяснить. Второе поисковое исследование началось, когда Гэбриел Даллет допустил, что движение Урана можно объяснить наличием одной транснептуновой планеты на расстоянии 47 а. е. Пикеринг согласился проверить пластинки на наличие любых подозрительных планет. В обоих случаях ничего найти не удалось.
В 1909 году Томас Джефферсон Джексон Си, астроном с репутацией эгоцентричного спорщика, заявил, что «за орбитой Нептуна находятся, безусловно, одна, скорее всего — две или, возможно, три планеты». Назвав ориентировочно первую из этих планет «Океаном», он обозначил расстояния этих планет от орбиты Солнца как равные 42,56 и 72 а. е. Он не дал никаких пояснений тому, как установил эти расстояния, и не было зафиксировано никаких данных по поиску им этих планет.
В 1911 году британский индийский астроном Венкатеш Кетакар повторно проанализировал схемы движения спутников Юпитера, созданные Пьером-Симоном Лапласом, и, применив их к внешним планетам, выдвинул предположение о существовании двух транснептуновых планет, которым он дал имена «Брахма» и «Вишну». Три внутренних галилеевых спутника Юпитера — Ио, Европа и Ганимед — находятся в сложном резонансном движении с отношениями 1:2:4 («резонанс Лапласа»). Кетакар предположил, что Уран, Нептун и гипотетические транснептуновые планеты тоже связаны резонансом вроде Лапласового. По этим расчётам, для Брахмы среднее расстояние должно составлять 38,95 а. е., а орбитальный период — 242,28 земных лет (резонанс 3:4 с Нептуном). Плутон, который был открыт 19 годами спустя, вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии 39,48 а. е. и имеет орбитальный период 248 земных лет — то есть параметры его орбиты оказались близкими к допущенным Кетакаром (Плутон находится в резонансе 2:3 с Нептуном). Кетакар не делал никаких предположений относительно элементов орбиты, кроме среднего расстояния и периода. Как Кетакар их рассчитал, неизвестно; вторая планета, о существовании которой он говорил, Вишну, найдена не была.
Планета X и Плутон В 1894 году с помощью Уильяма Пикеринга зажиточный бостонец Персиваль Лоуэлл основал Лоуэлловскую обсерваторию во Флагстаффе (Аризона, США). В 1906 году, стремясь найти объяснение загадкам в положении орбиты Урана, он начал масштабный проект по поиску транснептуновой планеты, которую он назвал «Планета X» («Planet X»). В этом названии присутствует игра слов: «X» здесь символизирует неизвестное и произносится как буква X, а не римская цифра «10»; одновременно «Planet X» воспринимается как «Десятая планета» (хотя планета Икс должна была стать девятой, а не десятой). Лоуэлл надеялся отследить планету Икс, чтобы вернуть доверие к себе как к учёному, поскольку это доверие значительно уменьшилось за его сильно осмеянной учёными веры в то, что каналоподобные фигуры на поверхности Марса являются каналами, созданными высокоразвитыми существамиCroswell (1997), p. 43..
Прежде всего Лоуэлл сосредоточил усилия на поисках в районе эклиптики — плоскости, окружённой зодиакальными созвездиями, в которой вращаются вокруг Солнца все планеты. Используя 5-дюймовую камеру, он с помощью увеличительного стекла вручную проанализировал более 200 трёхчасовых экспозиций, но не нашёл ни одной планеты. В тот момент Плутон находился слишком высоко над плоскостью эклиптики и не попал в область поисковTombaugh (1946).. Проверив возможные прогнозируемые места, Лоуэлл осуществил второй этап поиска; он продолжался с 1914 по 1916 год. В 1915 году он опубликовал свои «Мемуары о транснептуновой планете» (Memoir of a Trans-Neptunian Planet), в которых пришёл к выводу, что планета Икс имеет массу примерно в семь раз больше массы Земли (то есть половину массы Нептуна) и вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии 43 а. е. Он предположил, что планета Икс — это крупный объект с низкой плотностью и высоким альбедо — как у газовых гигантов. При таких характеристиках её диск должен быть виден под углом примерно в одну угловую секунду, а её видимая звёздная величина составит 12-13 — то есть она будет достаточно яркой, чтобы её можно было заметитьLittman (1990), p. 70..
Независимо от Лоуэлла Пикеринг в 1908 году заявил, что, проанализировав отклонения орбиты Урана, он обнаружил девятую планету. Эта гипотетическая планета — он назвал её «планета О», поскольку следующей буквой после «N» (Нептун) является «O», — имеет средний орбитальный радиус 51,9 а. е. и орбитальный период 373,5 года. На пластинках, взятых в его обсерватории в Арекипе (Перу), найти планету с такими характеристиками не удалось. Впоследствии британский астроном Филипп Герберт Коуэлл продемонстрировал, что отклонения, наблюдаемые в движении Урана, почти исчезают, если учесть его перемещения по долготе. Лоуэлл, несмотря на свои близкие отношения с Пикерингом, самостоятельно отверг возможность существования планеты О, отметив: «Эта планета очень справедливо названа „О“ — ведь это ничто»Croswell p. 50 (в английском языке «О» означает «ноль», «ничто»). Пикеринг не знал, что на четыре фотографических пластинки, полученных астрономами Обсерватории Маунт-Вилсон во время поисков планеты О в 1919 году, попал, в частности, и Плутон: это выяснилось много лет спустя. Пикеринг продолжал предположения о существовании многих других транснептуновых планет до 1932 года, называя их P, Q, R, S, T и U. Ни одна из них не была найдена.
Открытие Плутона После неожиданной смерти Лоуэлла в 1916 году поиски «планеты X» временно прекратились. По словам его друга, несостоятельность найти эту планету «почти убила его»Croswell (1997), p. 49.. Констанция Лоуэлл, вдова Персиваля Лоуэлла, чтобы завладеть миллионом долларов наследства мужа, постепенно втянула обсерваторию в длительные юридические тяжбы. В результате поиски планеты Икс не удавалось завершить в течение нескольких летCroswell (1997), pp. 32-55..