В «пригороде» Солнечной системы: Таинственный пояс Койпера и Облако Оорта

Пояс Койпера изначально превышал массу нашей планеты в 30 раз, но сегодня 99% этой массы «отсутствует»

Кометы постепенно тускнеют и исчезают. Тем не менее появляются все новые и новые, которые впервые прибывают во внутренние районы Солнечной системы. Следовательно, во время существования нашей планетной системы они должны были где-то «храниться» и только со временем добраться до Солнца...

Фото: https://naked-science.ru/

До 1992 года Плутон был самым удаленным объектом, наблюдаемым в Солнечной системе, а затем еще как планета. Однако много лет назад астрономы, наблюдающие за частотой и параметрами траекторий комет, полагали, что где-то в отдаленных уголках нашей Солнечной системы спрятаны огромные запасы. Идея о том, что за орбитой Нептуна могут находиться кометы и крупные объекты, была впервые высказана астрономом Кеннетом Эджвортом в 1943 году. Семь лет спустя его коллега Джерард Койпер предсказал существование пояса ледяных тел далеко за пределами Солнечной системы.

Теперь мы знаем, что пространство, заполненное планетами, на самом деле связано с так называемым поясом Койпера или Эджворта-Койпера, а еще дальше от Солнца лежит облако Оорта. Однако, несмотря на огромные размеры первого объекта, он был обнаружен только в 1992 году: он был идентифицирован астрономами Дэйвом Джевиттом и Джейн Луу, и получил обозначение 1992 QB1 и теперь известен как 15760 Альбион.

В ледяном королевстве

Пояс Койпера простирается от орбиты Нептуна, примерно в 30 астрономических единицах (а.е.) от Солнца, до расстояния около 55 а.е. В чем-то он похож на основной пояс астероидов между Марсом и Юпитером, но больше и примерно в 20-100 раз массивнее. И хотя основной пояс состоит в основном из камня и металла, объекты пояса Койпера очень часто образуют замороженные летучие вещества, такие как вода, метан или аммиак.

Наиболее известными его представителями являются Плутон и Аррокот, которые внимательно изучил космический корабль New Horizons. Тем не менее, по оценкам ученых, в данной части нашей системы есть сотни миллионов ледяных тел, которые в совокупности называются объектами пояса Койпера или транснептуновыми телами. И сотни тысяч из них более 100 км в диаметре. По состоянию на 5 июня 2019 года каталогизировано 2553 транснептуновых объекта, но это лишь небольшая часть от общего числа.

По оценкам специалистов, общая масса тел там составляет 10% от массы Земли. Согласно стандартным моделям развития Солнечной системы, пояс Койпера изначально превосходил нашу планету в этом отношении в 30 раз, но сегодня 99% упомянутой массы остается «недостающей». Орбиты локальных объектов лежат в основном около плоскости эклиптики: как и главный пояс Койпера формируется под действием силы тяжести планет-гигантов. За его внешним краем продолжается так называемый рассеянный диск, достигающий расстояния около 1000 а.е.

Фото: https://universetoday.ru/

Ледяные тела пояса Койпера считаются астрономами остатками образования Солнечной системы. Сегодняшний материал в данном регионе может составлять лишь небольшую часть от предыдущего количества. Согласно современным теориям, орбиты четырех планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна – в прошлом менялись. В результате большая часть исходного вещества, эквивалентного 7-10 массам Земли, могла быть потеряна.

На ранних этапах развития нашей системы планеты Уран и Нептун были вынуждены вращаться по более удаленным орбитам из-за сдвигов в траекториях Юпитера и Сатурна. Когда первая пара удалялась от Солнца, она прошла сквозь плотное облако маленьких ледяных тел, оставшихся после образования планет-гигантов. Затем гравитация Нептуна отклонила бесчисленное количество их к центру, к другим гигантским орбитам. В конце концов, Юпитер выбросил большинство этих объектов либо на чрезвычайно далекие орбиты, где они сформировали облако Оорта, либо полностью за пределы планетной системы. Гравитационное притяжение Нептуна направило оставшиеся ледяные тела к тому, что мы теперь называем поясом Койпера.

Модели эволюции объектов в нашей системе лучше всего соответствуют тому факту, что еще одна планета-гигант снова вращалась вокруг Солнца и была полностью выброшена из системы под действием силы тяжести.

По разным адресам

Отдельные тела пояса Койпера отличаются друг от друга размером, формой и цветом. Более того, они неравномерно распределены в пространстве: с открытием первого из них в начале 1990-х годов неожиданно было показано, что их пути также принимают различные формы и размеры. В отдельную группу входят объекты на траекториях, которые никогда не приближают их к Солнцу более чем на 40 а.е. Они могли попасть туда из-за гравитации еще не открытой далекой планеты или проходящей звезды, или из-за гравитационных возмущений со времен пояса Койпера.

Астероид Седна с каталожным номером 90 377, вероятно, происходит из внутреннего облака Оорта. Он приближается к центральной звезде максимум на 76 а.е., а самая дальняя – до 1200 а.е. Астероид 541132 Leleākūhonua с рекордной величиной 2100 а.е. удаляется от Солнца, вращаясь вокруг него 35 800 лет. Большое количество тел пояса Койпера представляют собой двойные планеты или астероиды, окруженные объектами меньшего размера, чем их спутники.

Фото: https://vista.news/

В дополнение к ряду астероидов и небольших тел пояс Койпера содержит в качестве хорошо укомплектованного хранилища множество короткопериодических комет, которые вращаются вокруг нашей звезды менее чем за 200 лет. Гравитация Нептуна направляет ледяные ядра к Солнцу. Затем Юпитер может направить их на орбиты с периодом обращения менее двадцати лет, чаще всего с периодами около 6-7 лет.

Ученые называют указанные тела кометами семейства Юпитера, и они включают большинство короткопериодических комет. У других газовых гигантов нет своего собственного семейства комет: учитывая, что Юпитер явно самая большая масса, вполне понятно, что это самый важный «глушитель» на орбитах. Короткопериодические кометы, известные как кометы типа Галлея, которые избежали влияния царя планет, имеют период обращения 20-200 лет и составляют лишь около 2% известных объектов. Астрономы долгое время считали пояс Койпера главным резервуаром короткопериодических комет. Однако исследования середины 1990-х годов показали, что это относительно стабильная область.

Те, кто видел дальше

Жерар Питер Койпер (1905–1973)

Голландский астроном, живущий в США, обнаружил две луны планет: Миранду Урана и Нереиду возле Нептуна. Кроме того, в 1944 году он обнаружил атмосферу метана в путеводителе Сатурна к Титану, а три года спустя предсказал присутствие углекислого газа в атмосфере Марса. В 1951 году он опубликовал статью, в которой рассматривал тела за пределами орбиты Плутона. Он предположил, что существует пояс, заполненный кометами и астероидами – теперь он называется пояс Койпера и его существование подтверждено наблюдениями. Имя Койпера также носит астероид номер 1776, кратер на Луне и ударные кратеры на Марсе и Меркурии.

Ян Хендрик Оорт (1900–1992)

Голландский астроном, внесший значительный вклад в развитие радиоастрономии, работал профессором Лейденского университета с 1935 по 1970 год, а с 1945 года он также был директором местной обсерватории. В 1924 году он обнаружил галактическое гало, группу звезд, окружающих Млечный Путь. Три года спустя он подтвердил теорию о вращении галактики, проанализировав движение созвездий. Он заметил, что орбелы орбит наибольшего числа долгопериодических комет находятся на расстоянии около 20 000 а.е. от Солнца. В 1950 году он предсказал, что кометы происходят из общей области нашей системы, которая сейчас называется облаком Оорта.