Пояс койпера и облако оорта: исследование, происхождение, факты

Объекты Пояса Койпера

В 1992 году астрономы обнаружили тусклое пятнышко света от объекта, находящегося около 42 а.е. от Солнца – это был первый раз, когда объект пояса Койпера (или ОПК для краткости) был замечен. Более 1300 ОПК были определены с 1992 года. (Иногда их называют объекты Эджворта-Койпера, также их называют транснептуновыми объектами или ТНО для краткости.)

Крупнейшие транснептуновые объекты

Так как ОПК настолько далеки, их размеры трудно измерить. Рассчитанный диаметр ОПК зависит от предположения, какой является отражающая поверхность объекта. С помощью инфракрасных наблюдений космического телескопа Спитцер размеры большинства крупнейших ОПК были определены.

Одним из самых необычных ОПК является карликовая планета Хаумеа, которая является частью ударного семейства, вращающегося на орбите вокруг солнце. Этот объект, Хаумеа, по-видимому, столкнулся с другим объектом, который был примерно половину от его размера. Удар вызвал взрыв больших ледяных кусков и отправил Хаумеу свободно кружиться, вызвав его вращения вверх-вниз каждые четыре часа. Она вращается так быстро, что принимает форму раздавленного американского футбольного мяча. Хаумеа и две маленькие луны – Хииака и Намака – составляют семейство Хаумеа.

В июле 2005 года группа ученых объявила об обнаружении ОПК, который был, как первоначально считалось, на примерно на 10 процентов больше, чем Плутон. Объект, временно обозначенный как 2003UB313 и позже названный Эридой, вращается вокруг Солнца примерно раз в 560 лет, его расстояние колеблется примерно от 38 до 98 а.е. (Для сравнения, Плутон движется с 29 до 49 а.е. по солнечной орбите.) Эрида имеет небольшую луну с названием Дисномия. Более поздние измерения показывают, что она по размеру немного меньше, чем Плутон.

Открытие Эриды – вращающейся вокруг Солнца и близкой по размерам к Плутону (который затем стал считаться девятой планетой) – заставило астрономов рассмотреть вопрос, следует ли классифицировать Эриду как десятую планету. Однако, в 2006 году Международный астрономический союз создал новый класс объектов, называемых карликовыми планетами, и поместили Плутон, Эриду и астероид Церера в эту категорию.

Обнаружение и имя Пояса Койпера

Впервые о присутствии других объектов заявил Фрекрик Леонард, назвавший их ультра-нептуновыми небесными телами за чертой Плутона. Тогда Армин Лейшнер посчитал, что Плутон может выступать всего лишь одним из многих долгопериодических планетных объектов, которые еще предстоит отыскать. Ниже представлены крупнейшие объекты Пояса Койпера.

Название	Экваториальный диаметр	Большая полуось, а. е.	Перигелий, а. е.	Афелий, а. е.	Период обращения вокруг Солнца (лет)	Открыт
Эрида	2330+10/₋₁₀.	67,84	38,16	97,52	559	2003 i
Плутон	2390	39,45	29,57	49,32	248	1930 i
Макемаке	1500 +400/₋₂₀₀	45,48	38,22	52,75	307	2005 i
Хаумеа	~1500	43,19	34,83	51,55	284	2005 i
Харон	1207 ± 3	39,45	29,57	49,32	248	1978
2007 OR₁₀	875-1400	67,3	33,6	101,0	553	2007 i
Квавар	~1100	43,61	41,93	45,29	288	2002 i
Орк	946,3 +74,1/_−72,3	39,22	30,39	48,05	246	2004 i
2002 AW₁₉₇	940	47,1	41,0	53,3	323	2002 i
Варуна	874	42,80	40,48	45,13	280	2000 i
Иксион	< 822	39,70	30,04	49,36	250	2001 i
2002 UX₂₅	681 +116/₋₁₁₄	42,6	36,7	48,6	278	2002 i

В 1943 году Кеннет Эджворт опубликовал статью. Он писал, что материал за Нептуном слишком рассредоточен, поэтому не может слиться в более крупное тело. В 1951 году в обсуждение вступает Джерард Койпер. Он пишет о диске, появившемся в начале эволюции Солнечной системы. Идея с поясом всем понравилась, потому что она объясняла откуда прибывают кометы.

В 1980 году Хулио Фернандес определил, что Пояс Койпера находится на удаленности в 35-50 а.е. В 1988 году появляются компьютерные модели на основе его расчетов, которые показали, что Облако Оорта не может отвечать за все кометы, поэтому идея с поясом Койпера обретала больше смысла.

В 1987 году Дэвид Джуитт и Джейн Лу занялись активными поисками объектов, используя телескопы в Национальной обсерватории Кит-Пика и Обсерваторию Серро-Тололо. В 1992 году они объявили об открытии 1992 QB1, а через 6 месяцев – 1993 FW.

Во многих статьях авторы начали называть гипотетический участок поясом Койпера, которое и закрепилось как официальное наименование.

Но многие не согласны с этим названием, потому что Джерард Койпер имел в виду нечто иное и все почести следует отдать Фернандесу. Из-за возникших споров в научных кругах предпочитают использовать термин «транс-нептунианские объекты».

Объекты облака Оорта

Седна, кандидат в объекты внутреннего облака Оорта

Кроме долгопериодических комет, только у пяти известных объектов имеются орбиты, предполагающие принадлежность к облаку Оорта: Седны, 2000 CR₁₀₅, 2006 SQ₃₇₂, 2008 KV₄₂ и 2012 VP₁₁₃. У первых двух и последнего, в отличие от объектов рассеянного диска, перигелии располагаются вне гравитационной досягаемости Нептуна, и, таким образом, их орбиты не могут быть объяснены возмущениями планет-гигантов. Если они сформировались в текущих областях нахождения, их орбиты должны были быть изначально круглыми. В других обстоятельствах аккреция (объединение малых тел в большое) не была бы возможна, потому что большие относительные скорости между планетезималями были бы слишком разрушительны. Их современные эллиптические орбиты могут быть объяснены следующими гипотезами:

Возможно, орбиты и размеры перигелия у этих объектов «подняты» проходом соседней звезды, в период, когда Солнце было всё ещё в изначальном звёздном скоплении.
Их орбиты, возможно, были нарушены пока ещё неизвестным телом облака Оорта планетного размера.
Они, возможно, были рассеяны Нептуном во время периода особенно высокого эксцентриситета.
Они были рассеяны притяжением возможного массивного транснептунового диска на ранней эпохе.
Возможно, они были захвачены Солнцем при прохождении мимо меньших звёзд.

Гипотезы захвата и «поднятия» наиболее согласуются с наблюдениями.

18 августа 2008 года на конференции «Слоановский цифровой обзор неба: астероиды в космологии» астрономы Вашингтонского университета привели доказательства происхождения транснептунового объекта 2006 SQ₃₇₂ из внутреннего облака Оорта.

Некоторые астрономы причисляют Седну и 2000 CR₁₀₅ к «расширенному рассеянному диску», а не к внутреннему облаку Оорта.

Кандидаты в объекты облака Оорта
Номер	Название	Экваториальный диаметр, км	Перигелий, а. е.	Афелий, а. е.	Год открытия	Первооткрыватели
90377	Седна	995	76,1	892	2003	Браун, Трухильо, Рабиновиц
148209	2000 CR₁₀₅	≈250	44,3	397	2000	обсерватория Лоуэлла
—	2006 SQ₃₇₂	50—100	24,17	2005,38	2006	Слоановский цифровой обзор неба
—	2008 KV₄₂	58,9	20,217	71,760	2008	«Телескоп Канада-Франция-Гавайи»
—	2012 VP₁₁₃	595	80,6	446	2012	«Межамериканская обсерватория Серро-Тололо»

Состав пояса Койпера

На этом расстоянии
солнечное тепло намного слабее, чем на Земле, и поэтому температура на этих
объектах чрезвычайно низкая. Мы можем определить их состав дистанционно с
помощью телескопов и спектрального анализа, изучая отраженный свет. Результаты
изучения показали, что большинство фрагментов поясной области состоят из
твердого метана, аммиака и льда. Хотя эти объекты не были видны напрямую,
компьютерные модели показали, что наиболее крупные из них могут иметь легкую
метановую атмосферу. По составу пояс Койпера делится на:

Классические объекты. От остальных их отличает наклонность орбиты и
четкая круглая форма. Эти тела – «кьюбивано», существующие независимо от
движения планет. Четырнадцать лет назад «кьюбивано» можно было насчитать
порядка 524 штук.
Резонансные объекты. Это тела, образующие
орбитальный резонанс непосредственно с Нептуном. Таких в общей массе примерно
10-20%
Рассеянные объекты. У них большой
орбитальный эксцентриситет, позволяющий удаляться от небесного светила на
расстояние нескольких астрономических единиц. Некоторые представители науки
рассматривают эти тела как отдельно существующую субстанцию и причисляют их к
транснептуновым образованиям.

Астероид 2004 yh32 — кентавр и
дамоклоид, вращающийся вокруг дневного светила с очень высоким наклоном почти
80 градусов, также принадлежит поясу Койпера.

Структура и состав облака Оорта

Полагают, что облако способно располагаться в 100000-200000 а.е. от Солнца. Состав Облака Оорта включает две части: сферическое внешнее облако (20000-50000 а.е.) и дисковое внутреннее (2000-20000 а.е.). Во внешнем проживают триллионы тел с диаметром в 1 км и миллиарды 20-километровых. Сведений об общей массе нет. Но если комета Галлея выступает типичным телом, то подсчеты выводят на цифру в 3 х 1025 кг (5 земель). Ниже представлен рисунок строения Облака Оорта.

Строение облака Оорта

Большая часть комет наполнена водой, этаном, аммиаком, метаном, цианидом водорода и монооксидом углерода. На 1-2% может состоять из астероидных объектов.

Возможные облачные объекты Hills

имя	Диаметр (км)	Перигелий (AU)	Афелий (AU)	Открытие
2012 VP113	315 до 640	80,5	445	2012 г.
Седна	995 до 1060	76,1	935	2003 г.
2000 OO ₆₇	28–87	20,8	1 014,2	2000 г.
2006 SQ ₃₇₂	От 50 до 100	24,17	2 005,38	2006 г.

Тела в облаке Холмов состоят в основном из водяного льда, метана и аммиака. Астрономы подозревают, что многие долгопериодические кометы происходят из облака Хиллз, например комета Хиякутаке .

В своей статье об открытии Седны Майк Браун и его коллеги утверждали, что они наблюдали первый объект облака Оорта. Они заметили, что, в отличие от объектов рассеянного диска, таких как Эрида, перигелий Седны (76 а.е.) был слишком удален, чтобы гравитационное влияние Нептуна сыграло роль в его эволюции. Авторы рассматривали Седну как «внутренний объект облака Оорта», расположенный на диске, расположенном между поясом Койпера и сферической частью облака. Однако Седна гораздо ближе к Солнцу, чем ожидается для объектов в облаке Холмов, и ее наклон близок к наклону планет и пояса Койпера.

2008 KV 42 окружает значительная загадка с его ретроградной орбитой, из-за которой он может происходить из облака Холмов или, возможно, облака Оорта. То же самое и с дамоклоидами , происхождение которых сомнительно, например, с тезкой для этой категории, 5335 дамоклов .

Кометы

Комета МакНота

Астрономы подозревают, что несколько комет пришли из того же региона, что и облако Холмов; в частности, они сосредотачиваются на тех, у кого афелия больше 1000 а.е. (которые, таким образом, происходят из более дальнего региона, чем пояс Койпера), но менее 10 000 а.е. (иначе они были бы слишком близко к внешнему облаку Оорта).

Некоторые известные кометы достигают больших расстояний и являются кандидатами на объекты облака Холма. Например, комета Лавджоя , открытая 15 марта 2007 года австралийским астрономом Терри Лавджоем , достигла афелийного расстояния 2850 а.е. Комета Хиякутаке, открытая в 1996 году астрономом-любителем Юджи Хякутаке , имеет афелий 3410 а.е. Комета Махгольца, открытая 27 августа 2004 года астрономом-любителем Дональдом Махгольцем , простирается еще дальше, до 4787 астрономических единиц .

Комета МакНота , открытая 7 августа 2006 года в Австралии Робертом Х. Макнотом , стала одной из самых ярких комет последних десятилетий с афелием 4100 а.е. Наконец, одна из самых далеких известных комет — это комета Веста , открытая 10 августа 1975 года датским астрономом Ричардом Мартином Уэстом в обсерватории Ла Силья в Чили; он достигает 13 560 а.е.

Седна, первый кандидат

Анимация орбиты Седны (красным цветом) с облаком Холмов (синим цветом) в последний момент цикла.

Седна — малая планета, открытая Майклом Э. Брауном , Чадом Трухильо и Дэвидом Л. Рабиновицем 14 ноября 2003 года. Спектроскопические измерения показывают, что состав ее поверхности аналогичен составу других транснептуновых объектов : в основном она состоит из смеси водяные льды, метан и азот с толинами . Его поверхность — одна из самых красных в Солнечной системе.

Это может быть первое обнаружение объекта облака Hills, в зависимости от используемого определения. Область облака Холмов определяется как любые объекты с размером орбиты от 2000 до 15000 а.е.

Впечатление художника о Седне

Седна, однако, намного ближе, чем предполагаемое расстояние до облака Холмов. Планетоид, обнаруженный на расстоянии около 13 миллиардов километров (90 а.е.) от Солнца, движется по эллиптической орбите в течение 11400 лет с точкой перигелия всего в 76 а.е. от Солнца во время его наиболее близкого сближения (следующее произойдет в 2076 году). , и уходит в 936 AU в самой дальней точке.

Однако Седна не считается объектом пояса Койпера, потому что его орбита не приводит ее в область пояса Койпера на 50 а.е. Седна — это « обособленный объект », и поэтому он не находится в резонансе с Нептуном.

2012 VP ₁₁₃

Транснептуновый объект 2012 VP 113 был объявлен 26 марта 2014 года и имеет орбиту, аналогичную Седне, с точкой перигелия, значительно удаленной от Нептуна. Его орбита находится между 80 и 400 а.е. от Солнца.

Кометы

Комета Хейла – Боппа , архетипическая комета из облака Оорта

Считается, что кометы имеют две отдельные точки происхождения в Солнечной системе. Принято считать, что короткопериодические кометы (с орбитами до 200 лет) возникли либо из пояса Койпера, либо из рассеянного диска, которые представляют собой два связанных плоских диска из ледяных обломков за орбитой Нептуна на 30 а.е. и совместно простирающиеся за пределы 100 а.е. от Солнца. Считается, что долгопериодические кометы, такие как комета Хейла-Боппа , орбиты которой длятся тысячи лет, происходят из облака Оорта. Кометы, смоделированные как исходящие непосредственно из облака Оорта, включают C / 2010 X1 (Еленин) , Comet ISON , C / 2013 A1 (Siding Spring) и C / 2017 K2 . Орбиты в поясе Койпера относительно стабильны, поэтому считается, что очень мало комет происходит оттуда. Однако рассеянный диск динамически активен и, скорее всего, является местом происхождения комет. Кометы переходят из рассеянного диска в царство внешних планет, становясь так называемыми кентаврами . Затем эти кентавры отправляются дальше внутрь, чтобы стать короткопериодическими кометами.

Есть две основные разновидности короткопериодических комет: кометы семейства Юпитера (те, у которых большая полуось меньше 5 а.е.) и кометы семейства Галлея. Кометы семейства Галлея, названные в честь своего прототипа, кометы Галлея , необычны тем, что, хотя они и являются короткопериодическими кометами, предполагается, что их окончательное происхождение находится в облаке Оорта, а не в рассеянном диске. Основываясь на их орбитах, предполагается, что это были долгопериодические кометы, которые были захвачены гравитацией планет-гигантов и отправлены во внутренние области Солнечной системы. Этот процесс, возможно, также создал нынешние орбиты значительной части комет семейства Юпитера, хотя считается, что большинство таких комет возникло в рассеянном диске.

Оорт отметил, что количество возвращающихся комет было намного меньше, чем предсказывала его модель, и эта проблема, известная как «кометное затухание», еще не решена. Неизвестно ни один динамический процесс, объясняющий меньшее количество наблюдаемых комет, чем оценил Оорт. Гипотезы этого несоответствия включают разрушение комет из-за приливных напряжений, удара или нагрева; потеря всех летучих веществ , что делает некоторые кометы невидимыми, или образование нелетучей корки на поверхности. Динамические исследования гипотетических комет облака Оорта показали, что их появление во внешней области планеты будет в несколько раз выше, чем во внутренней области планеты. Это несоответствие может быть связано с гравитационным притяжением Юпитера , которое действует как своего рода барьер, захватывая входящие кометы и заставляя их сталкиваться с ним, как это было с кометой Шумейкера – Леви 9 в 1994 году. Пример типичного облака Оорта комета могла быть C / 2018 F4.

Приливные эффекты

Большинство комет, наблюдаемых близко к Солнцу, похоже, достигли своего текущего положения из-за гравитационного возмущения облака Оорта приливной силой, создаваемой Млечным путем . Подобно тому, как приливная сила Луны деформирует океаны Земли, вызывая приливы и отливы, галактический прилив также искажает орбиты тел во внешней Солнечной системе . В отмеченных на карте регионах Солнечной системы этими эффектами можно пренебречь по сравнению с гравитацией Солнца, но на внешних границах системы гравитация Солнца слабее, и градиент гравитационного поля Млечного Пути оказывает существенное влияние. Галактические приливные силы растягивают облако по оси, направленной к центру Галактики, и сжимают его по двум другим осям; эти небольшие возмущения могут сдвигать орбиты в облаке Оорта, приближая объекты к Солнцу. Точка, в которой гравитация Солнца уступает свое влияние галактическому приливу, называется радиусом приливного усечения. Он находится в радиусе от 100 000 до 200 000 а.е. и отмечает внешнюю границу облака Оорта.

Некоторые ученые предполагают, что галактический прилив мог способствовать формированию облака Оорта за счет увеличения перигелий (наименьших расстояний до Солнца) планетезималей с большими афелиями (наибольшими расстояниями до Солнца). Эффекты галактического прилива довольно сложны и сильно зависят от поведения отдельных объектов в планетной системе. Однако в совокупности эффект может быть весьма значительным: до 90% всех комет, исходящих из облака Оорта, могут быть результатом галактического прилива. Статистические модели наблюдаемых орбит долгопериодических комет утверждают, что галактический прилив является основным средством, с помощью которого их орбиты изменяются по направлению к внутренней части Солнечной системы.

Происхождение

Считается, что облако Оорта образовалось после образования планет из изначального протопланетного диска примерно 4,6 миллиарда лет назад. Наиболее широко распространенная гипотеза состоит в том, что объекты облака Оорта изначально слились намного ближе к Солнцу в рамках того же процесса, который сформировал планеты и малые планеты . После образования сильные гравитационные взаимодействия с молодыми газовыми гигантами, такими как Юпитер, разбросали объекты по чрезвычайно широким эллиптическим или параболическим орбитам , которые впоследствии были преобразованы возмущениями от проходящих звезд и гигантских молекулярных облаков на долгоживущие орбиты, отделенные от области газовых гигантов.

НАСА процитировало недавнее исследование, предполагающее, что большое количество объектов облака Оорта является продуктом обмена веществами между Солнцем и его родственными звездами, когда они формировались и дрейфовали друг от друга, и предполагается, что многие — возможно, большинство — из Оорта облачные объекты не образовывались в непосредственной близости от Солнца. Моделирование эволюции облака Оорта от зарождения Солнечной системы до настоящего времени предполагает, что масса облака достигла пика примерно через 800 миллионов лет после образования, поскольку темп аккреции и столкновения замедлился, а истощение стало превысить предложение.

Модели Хулио Анхеля Фернандеса предполагают, что рассеянный диск , который является основным источником периодических комет в Солнечной системе, также может быть основным источником объектов облака Оорта. Согласно моделям, около половины рассеянных объектов движутся наружу к облаку Оорта, тогда как четверть смещается внутрь на орбиту Юпитера, а четверть выбрасывается по гиперболическим орбитам. Рассеянный диск мог по-прежнему снабжать облако Оорта материалом. Треть населения рассеянного диска, вероятно, окажется в облаке Оорта через 2,5 миллиарда лет.

Компьютерные модели предполагают, что столкновения кометных обломков в период формирования играют гораздо большую роль, чем считалось ранее. Согласно этим моделям, количество столкновений в начале истории Солнечной системы было настолько велико, что большинство комет были уничтожены до того, как достигли облака Оорта. Следовательно, текущая совокупная масса облака Оорта намного меньше, чем когда-то предполагалось. Расчетная масса облака составляет лишь небольшую часть от 50–100 масс Земли выброшенного вещества.

Гравитационное взаимодействие с ближайшими звездами и галактическими приливами изменило орбиты комет, сделав их более круговыми. Это объясняет почти сферическую форму внешнего облака Оорта. С другой стороны, облако Холмов, которое сильнее привязано к Солнцу, не приобрело сферической формы. Недавние исследования показали, что образование облака Оорта в целом согласуется с гипотезой о том, что Солнечная система образовалась как часть встроенного скопления из 200–400 звезд. Эти ранние звезды, вероятно, сыграли роль в формировании облака, поскольку количество близких прохождений звезд внутри скопления было намного больше, чем сегодня, что привело к гораздо более частым возмущениям.

В июне 2010 года Гарольд Левисон и другие предположили на основе улучшенного компьютерного моделирования, что Солнце «захватывает кометы других звезд, когда оно находится в своем скоплении ». Их результаты предполагают, что «значительная часть комет облака Оорта, возможно, более 90%, происходит из протопланетных дисков других звезд».

Обнаружение и название

Впервые в 1930 году
астроном Фредерик Леонард предположил существование транснептуновых объектов.
Он считал, что за Нептуном скрывается не только Плутон.

В 1943 году исследователь
Кеннет Эджворт выдвинул предположение о наличии за орбитой восьмой планеты
туманности, заполненной мелкими небесными телами. Они в силу своей рассеянности
не смогли превратиться в единую планету.

В 1951 году Джерард
Койпер полагал, что если и был пояс за Нептуном, то по сей день он не
сохранился. Причиной этому явилось неверное суждение о том, что Земля и Плутон
примерно одинаковы по размерам.

Джерард Койпер

Следующие десятилетия
теория трансформировалась. В 1962 году астрофизик Алистер Камерон выдвинул
гипотезу существования гигантской массы мелкого космического вещества по краю
нашей Солнечной системы. 1964 год ознаменовался теорией о «грязном снежке»
Фреда Уиппла. Она рассказывает о составе комет, который представляется смесью
космической пыли и льда. Однако в ходе наблюдений эта теория была исключена.

Новые подтверждения
наличия зоны транснептуновых тел были результатом после исследования комет. В
1988 году канадские ученые на основе исследовательской статьи Хулио Фернандеса
и произведенных расчетов по возвращению хвостатых звезд подтвердили
существование «кометного пояса». Уже тогда было понятно, что в нем находится
множество мелких объектов, формируются кометы с хвостом. Пояс Койпера получил
такое имя, так как это название было обозначено в самом первом предложении
статьи Х. Фернандеса. Неопровержимые доказательства в подтверждение слов
канадцев привели Девид Джуит и Джейн Лу. В августе 1992 года на снимках из
космоса они лицезрели первый объект из массы тел этой области, спустя еще
полгода – второй. По сей день открываются новые объекты.

Что из себя представляет облако?

Общий вид

Облако Оорта – ничто иное, как остаток протосолнечной туманности, давшей жизнь планетам и Солнцу. Каким образом? Да элементарно просто: путем слипания мельчайших частиц при помощи силы взаимного тяготения. Первичная туманность около центра была гораздо плотнее, поэтому планеты сформировались довольно быстро. В то время как ее внешние области были более разрежены, поэтому сходный процесс в них никак не завершался. Оорт изучил 19 различных комет и сделал вывод, что зачастую они следуют из некой области, расположенной в 20000 а.е. (астрономических единиц), имея при этом начальную скорость в 1км/с. Подобная скорость позволяет утверждать, что место рождения комет расположено в пределах Солнечной системы, поскольку чужеродные ей тела обладают скоростью в среднем 20 км/с.

Кометы из Облака Оорта

Полагают, что эти объекты спокойно дрейфуют в Облаке Оорта, пока не выйдут из привычного маршрута из-за гравитационного толчка. Так они становятся долгопериодическими кометами и наведываются во внешнюю систему.

Сравнение размеров облака Оорта и Пояса Койпера

Орбита короткопериодических комет охватывает пару сотен лет, а вот у долгопериодических растягивается на десятки тысяч лет. Первые прибывают из пояса Койпера, а вторые – гости из облака. Но есть исключения.

Есть кометы Юпитера и Галлея. Вторые короткопериодические, но пребывают из Облака Оорта. Ранее они обладали длительным периодом, но попали под воздействие газового гиганта.

Крупнейшие объекты

В холодном пространстве за пределами орбиты вращения Нептуна были обнаружены карликовые планеты. Эрида, Плутон, Хуамея, Макемаке, Церера — это самые большие из представителей. Все они очень велики. Крупнейший известный объект этой области — Эрида, обнаруженная в 2003 году. За 599 лет она делает одно вращение вокруг солнца. Самый знаменитый для нас представитель пояса Койпера – Плутон. Большую часть времени он был для землян не просто крупным шарообразный телом на периферии Солнечной системы, а считался полноценной планетой. В области за Нептуном часто образуют кометы, и она активно изучается в настоящее время. Ее края касались уже «Voyager-1» и «Voyager-2», однако миссия этих космических аппаратов была иной, поэтому большой информации о льдах за краем видимых планет они не принесли.

Гипотеза

Есть два основных класса комет: короткопериодические кометы (также называемые эклиптическими кометами) и долгопериодические кометы (также называемые почти изотропными кометами). Кометы эклиптики имеют относительно небольшие орбиты, менее 10 а.е., и следуют в плоскости эклиптики , той же плоскости, в которой лежат планеты. Все долгопериодические кометы имеют очень большие орбиты, порядка тысяч а.е., и появляются со всех сторон в небе.

А.О. Лейшнер в 1907 году предположил, что многие кометы, которые, как считалось, имеют параболические орбиты и, таким образом, совершают однократные посещения Солнечной системы, на самом деле имеют эллиптические орбиты и возвращаются через очень длительные периоды времени. В 1932 году эстонский астроном Эрнст Эпик постулировал, что долгопериодические кометы образовались из орбитального облака на самом краю Солнечной системы . Голландский астроном Ян Оорт независимо возродил эту идею в 1950 году как средство разрешения парадокса:

В течение существования Солнечной системы орбиты комет нестабильны, и в конечном итоге динамика диктует, что комета должна либо столкнуться с Солнцем или планетой, либо быть выброшена из Солнечной системы из-за планетных возмущений .
Более того, их летучий состав означает, что по мере того, как они постоянно приближаются к Солнцу, излучение постепенно выкипает, пока комета не расколется или не образует изолирующую корку, предотвращающую дальнейшее выделение газов .

Таким образом, рассуждал Оорт, комета не могла образоваться на своей текущей орбите и должна была находиться во внешнем резервуаре почти все время своего существования. Он отметил, что был пик числа долгопериодических комет с афелиями (их наибольшее расстояние от Солнца) примерно 20 000 а.е., что предполагает наличие резервуара на таком расстоянии со сферическим изотропным распределением. Эти относительно редкие кометы с орбитами около 10 000 а.е., вероятно, прошли одну или несколько орбит в Солнечной системе, и их орбиты были втянуты внутрь гравитацией планет.

Будущее пояса Койпера

Когда Койпер изначально
размышлял о существовании ледяного канта за пределами Нептуна, он указал, что
такой области, вероятно, больше не существует. Доля истины в этом есть —
транснептуновые объекты не будут существовать вечно. Если устроить красочную
презентацию пояса Койпера, то это будет выглядеть как большая полоса материала,
которую восьмая планета только что взбила. И в наши дни, вместо того, чтобы
делать все большее и большее тело, они просто сталкиваются и медленно
превращаются в пыль. Если мы вернемся через сто миллионов лет, то от этого
холодного обода не останется и следа. Учитывая потенциал открытий и то, что
тщательное изучение может рассказать нам о ранней истории нашей Солнечной
системы, многие ученые и астрономы с нетерпением ждут того дня, когда мы сможем
более подробно изучить и это чудо вселенной.

Будущее Пояса Койпера

Джерард Койпер полагал, что ТНО не будут существовать вечно. Пояс охватывает в небе примерно 45 градусов. Объектов много, и они постоянно сталкиваются, превращаясь в пыль. Многие считают, что пройдут сотни миллионов лет и от пояса ничего не останется. Будем надеяться, что миссия Новые Горизонты доберется раньше!

Тысячелетиями человечество наблюдало за прибытием комет и пыталось понять, откуда они берутся. Если при сближении со звездой ледяной покров испаряется, то они должны располагаться на большой отдаленности.

Со временем ученые пришли к выводу, что за чертой планетарных орбит находится масштабное облако с ледяными и каменными телами. Его назвали Облаком Оорта, но оно все еще существует в теории, потому что мы не можем его увидеть.

Интересные факты о поясе Койпера

Данная область расположена
за орбитой движения Нептуна примерно в 30-50 астрономических единицах. Внешне
она имеет сходство с расширяющимся пончиком.
Интересные научные факты:

Он появился во время формирования
Солнечной системы. Льды помогают разобраться в условиях самой ранней
туманности;
Может уместить в себе миллионы объектов
размером от небольшого осколка до 100 километров в ширину;
Подобные образования зафиксированы учеными
вокруг других звезд (HD
138664 и HD
53143);
Близкое знакомство с ним началось с
запуска зонда «Новые горизонты» в 2015 году. Ожидается, что 1 января 2019 года
зонд приблизится к поясу на минимальное расстояние;
Это источник поступления
короткопериодических комет. Орбитальный период этих хвостатых звезд не более
двухсот лет;
Масса центральной его части может таить в
себе триллионы комет и других малых тел;
Область этого пространства космоса не в
состоянии поддерживать жизнь.

Изучение

Пространство за Нептуном
имеет значение для изучения планетной системы как минимум на двух уровнях.
Во-первых, вполне вероятно, что предметы внутри него находятся в виде
чрезвычайно примитивных остатков ранних аккреционных фаз Солнечной системы.
Внутренние, плотные части предпланетного диска сконденсировались в главные
планеты, вероятно, в течение нескольких миллионов или десятков миллионов лет.
Внешние части были менее плотными, и аккреция прогрессировала медленно.
Очевидно, образовалось очень много мелких объектов. Во-вторых, широко
распространено мнение, что он является местом зарождения короткопериодических
комет. Он действует как резервуар для этих тел так же, как Облако Оорта
работает в качестве сосуда для комет долгого периода. По изучению пояса можно
написать не одну сотню рефератов.

Обнаружение облака Оорта — объяснение для детей

Важно объяснить детям, что первооткрывателем Облака Оорта Солнечной системы стал астроном из Голландии Ян Оорт. Еще в 1950 году он предположил, что кометы, которые попадают в нашу систему, приходят из облака, где сконцентрировано множество подобных ледяных объектов

Чтобы понять, где находится облако, нужно лишь знать расстояние в 100000 дистанциях Земля-Солнце (15 триллионов км).

Дети должны понять, что есть два типа комет, отличающиеся по периодичности. Первые – короткопериодичные, которым требуется до 200 лет (из пояса Койпера). Вторые – длиннопериодичные, с периодичностью более 1000 лет (Облако Оорта).

Облако Оорта глазами художника

Эти участки отличаются по размерам и удаленности. Пояс Койпера расположен там же, где и планеты, и вращается в 30-50 раз дальше от Солнца, чем мы. А вот Облако Оорта – некая оболочка, которая обволакивает нашу солнечную систему.

Кометы из облака Оорта могут вращаться на расстоянии в 3 световых годах от Солнца. Облака молекулярного газа и звезды могут менять их орбиту, притягивая или выбрасывая из системы. Существует множество факторов, способных повлиять на маршрут кометы, поэтому стабильным его не назовешь.

Далее дети смогут узнать много интересных фактов об Облаке Оорта и прочесть описание и характеристику его объектов. Для большего разнообразия используйте схемы, фото и картинки, которые помогут научиться быстро отличать Облако Оорта и пояс Койпера.

Будущее исследование

Впечатление художника от космического корабля ТАУ

Космическим зондам еще предстоит достичь области облака Оорта. «Вояджер-1» , самый быстрый и дальний из межпланетных космических аппаратов, покидающих в настоящее время Солнечную систему, достигнет облака Оорта примерно за 300 лет, а чтобы пройти через него, потребуется около 30 000 лет. Однако, около 2025 г. радиоизотопных термоэлектрических генераторов на Voyager 1 больше не будут поставлять достаточно энергии , чтобы работать какие — либо из своих научных инструментов, предотвращением дальнейшего исследования на Voyager 1. В других четырех зондов в настоящее время выделяющихся Солнечной систему либо уже или прогнозируются быть нефункциональными, когда достигают облака Оорта; однако, возможно, удастся найти объект из облака, которое было выбито во внутреннюю часть Солнечной системы.

В 1980-х годах была разработана концепция зонда, способного достичь 1000 а.е. за 50 лет, под названием TAU ; среди его миссий будет поиск облака Оорта.

В объявлении о возможностях программы Discovery в 2014 году была предложена обсерватория для обнаружения объектов в облаке Оорта (и поясе Койпера) под названием «Миссия Уиппла» . Он будет отслеживать далекие звезды с помощью фотометра, ища транзиты на расстоянии до 10 000 а.е. Обсерватория была предложена для гало-орбиты вокруг L2 с предполагаемой пятилетней миссией. Было также высказано предположение, что обсерватория Кеплера могла обнаруживать объекты в облаке Оорта.

Примечания[править | править код]

↑ Alessandro Morbidelli. (англ.) (PDF). arxiv (2 March 2008). Дата обращения 28 февраля 2009.
(англ.) (недоступная ссылка). NASA Solar System Exploration. Дата обращения 28 февраля 2009.
↑
↑
(англ.)
Ernst Julius Öpik. Note on Stellar Perturbations of Nearby Parabolic Orbits // Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences. — 1932. — Т. 67. — С. 169—182.
↑ (англ.)
↑ Harold F. Levison, Luke Donnes. Comet Populations and Cometary Dynamics // Encyclopedia of the Solar System / Edited by Lucy Ann Adams McFadden, Lucy-Ann Adams, Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson. — 2nd ed. — Amsterdam; Boston: Academic Press, 2007. — P. 575—588. — ISBN 0120885891.
↑
(англ.)
(англ.)
Paul R. Weissman. (англ.) (недоступная ссылка). Scientific American. Scientific American, Inc. (1998). Дата обращения 28 февраля 2009.
(англ.)
Sebastian Buhai. (англ.) . Utrecht University College. Дата обращения 28 февраля 2009.
(англ.)
Paul R. Weissman, Harold F. Levison. (англ.). Earth and Space Sciences Division, Jet Propulsion Laboratory, Space Sciences Department, Southwest Research Institute. University of Chicago Press (1997). Дата обращения 28 февраля 2009.
(англ.). SolStation. Дата обращения 28 февраля 2009.
(англ.)
Scott S. Sheppard.; D. Jewitt. (англ.) (PDF). Frank N. Bash Symposium. The University of Texas at Austin (2005). Дата обращения 28 февраля 2009.
Jeff Hecht. (англ.). New Scientist. Дата обращения 28 февраля 2009.
, с. 314.

Гости с границы Солнечной системы

Помимо долгопериодических комет, к числу «жителей» облака Оорта относят такие транснептуновые объекты, как Седна, 2000 CR₁₀₅, 2006 SQ₃₇₂, 2008 KV₄₂ и 2012 VP₁₁₃. Их орбиты характеризуются сильно удаленным афелием и значительным эксцентриситетом. В 2008 году были приведены доказательства того, что астероид 2006 SQ₃₇₂ относится к объектам облака Оорта. По поводу происхождения Седны и 2000 CR₁₀₅ ученые не сходятся во мнениях. Некоторые астрономы причисляют их к телам рассеянного диска. Все названные объекты на сегодняшний день остаются наиболее удаленными из открытых в Солнечной системе.