Пояс Койпера и облако Оорта

Если бы мы говорили о космосе 20 лет назад, то разговор о Солнечной системе закончился бы на Плутоне, последней внешней (бывшей) планете. Однако сегодня мы понимаем, что планеты — это только начало и что Солнечная система простирается далеко в космос — куда дальше, чем мы представляли.

Для измерения расстояний в Солнечной системе ученые обычно используют понятие «астрономическая единица» (а. е.). За 1 а. е. принимается расстояние от Земли до Солнца, в первом приближении равное 150 млн км, или 8 световых минут. Так, расстояние от Солнца до Марса равно примерно 1,5 а. е., до Юпитера — порядка 5,2 а. е., до Нептуна — приблизительно 30 а. е.

Содержание

1. Кратко о поясе Койпера и облаке Оорта
2. Пояс Койпера
3. Карликовые планеты
4. Облако Оорта
5. Отделяя науку от фантастики

Диск и оболочка облака Оорта вокруг Солнца в представлении художника.

Кратко о поясе Койпера и облаке Оорта

• Открыватели пояса Койпера: Девид Джуитт и Джейн Лу
• Подтвержденная дата обнаружения: 1992 год
• Расстояние от солнца: 30-55 а. е.
• Авторы гипотезы о существовании облака Оорта: Эрнст Эпик и Ян Оорт
• Дата появления гипотезы: 1932 год
• Расстояние от солнца: 5000-100 000 а. е.
• Известные плутоиды и среднее расстояние от солнца: Плутон - 39 а. е., Хаумеа - 43 а. е., Макемаке - 46 а. е., Эрида - 68 а. е.

Пояс Койпера

От орбиты Нептуна и примерно до рубежа 55 а. е. от Солнца Солнечную систему опоясывает гигантская структура, известная как пояс Койпера (планетная система расположена в центральном отверстии этого космического «пончика»). Она названа в честь датского астронома Джерарда Койпера, одного из тех, кто впервые спрогнозировал ее свойства в 1951 году.

Пояс Койпера состоит преимущественно из вещества, которое предположительно является планетезималями, оставшимися после формирования Солнечной системы. Один из авторов именует его «хранилищем отбросов». Более вероятно, что пояс Койпера представляет собой скопление остатков протопланет-ного диска, из которого формировалась Солнечная система. Они пережили перемещение Урана и Нептуна на их сегодняшние орбиты.

Типичные объекты пояса Койпера в представлении художника. Чтобы уместить все объекты на одном рисунке, он расположил их гораздо ближе друг к другу, чем есть на самом деле: как и пояс астероидов, пояс Койпера - преимущественно пустое пространство.

На сегодняшний день эта структура подобна тени, она содержит по массе в совокупности не более 10% массы Земли. С 1992 года исследования пояса Койпера с помощью телескопов позволили открыть более 1000 принадлежащих ему объектов (ОПК), и астрономы надеются найти еще. После Плутона космический аппарат «Новые горизонты» 1 января 2019 года посетил небольшой астероид из пояса Койпера 2014 MU69, который стал самым далеким от Земли объектом (в 6,5 млрд км от нас), посещенным земным зондом. Плутон сейчас считают скорее первым обнаруженным объектом пояса Койпера, чем последней планетой, а спутник Нептуна - Тритон, рассматривается как захваченный гигантом ОПК.

Инструментальные наблюдения продолжила служба Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (система телескопов панорамного и быстрого реагирования). Все началось в 2008 году с телескопа, установленного на вершине гавайского вулкана Халеакала; служба отслеживает кометы и астероиды, которые могут представлять опасность для Земли. В качестве полезного дополнения составляется детальная карта слабых небесных объектов, включая ОПК.

За пределами пояса Койпера находится пустынная область, в которой «обитают» объекты с сильно вытянутыми орбитами, так называемый рассеянный диск, простирающийся до рубежа 100 а. е. от Солнца. В отличие от собственно ОПК, имеющих стабильные орбиты, объекты рассеянного диска способны занести их на расстояние 30 а. е. от Солнца, где они могут быть захвачены гравитационным полем Нептуна. Считается, что рассеянный диск - динамически активная область, являющаяся источником короткопериодических комет.

Карликовые планеты

Мы не можем покинуть пояс Койпера, не отметив пару объектов, найденных за пределами орбиты Нептуна. Один из них - это Эрида, превышающая Плутон по размеру и относящаяся к объектам рассеянного диска. Открытая в 2005 году астрономом Майком Брауном и его командой в Паломарской обсерватории, карликовая планета поначалу была названа Зеной (Ксеной) в честь телевизионного персонажа. В настоящий момент Эрида находится на расстоянии порядка 97 а. е. от Солнца, далеко за пределами пояса Койпера, и является самым удаленным из известных нам объектов Солнечной системы. Почти дюжина планетоподобных объектов была найдена в поясе Койпера, и астрономы надеются найти больше. Есть предположения и насчет того, что в неизученных пока пределах за «границами» пояса Койпера существует девятая планета, которая в десять раз массивнее Земли.

Плутоид Эрида в представлении художника.

Другим странным открытием была карликовая планета Седна. Она обнаружена в 2003 году командой Брауна: она меньше Плутона, но имеет очень необычную орбиту. Седна находится ныне на расстоянии 88 а. е. от Солнца и никогда не подходит к нему ближе 76 а. е. То есть она сильно выходит за пределы и пояса Койпера, и планетной системы. Астрономы оценили, что ее максимальное удаление от Солнца может составлять поразительные 975 а. е. Так далеко мы еще не заглядывали. Планов посылать космический аппарат к Седне нет, но, согласно оценкам, спутнику потребуется свыше 25 лет, даже чтобы достичь точки ее максимального сближения с Солнцем. Выдающееся удаление Седны от Солнца навело Брауна на мысль, что она может быть вовсе не объектом рассеянного диска, а первым «жителем» облака Оорта. И это подводит нас к заключительной части нашей истории.

Плутоид Седна в поясе Койпера. Солнце (яркая звезда) и гипотетический спутник Седны, наличие которого предполагалось в момент обнаружения плутоида, но не было подтверждено. Седна красноватого цвета, такой мы видим ее в телескоп.

Облако Оорта

В 1950 году датский астроном Ян Оорт предположил, что где-то на задворках Солнечной системы должен существовать источник комет. Его аргумент был прост: кометы не могут существовать вечно, они теряют часть своей массы при каждом сближении с Солнцем и подвергаются гравитационному воздействию со стороны планет. Поэтому раз мы до сих пор наблюдаем кометы, то существует процесс, благодаря которому формируются новые. И Оорт пришел к выводу о наличии за орбитой Плутона области, похожей на склад комет.

Согласно современным представлениям, эта область представляет собой гигантское облако, простирающееся на расстояние от нескольких тысяч до, как минимум 50 000 а. е., а может, и дальше. Так называемое облако Оорта состоит из двух частей - внутренней, похожей на бублик, внешняя граница которого упирается в рубеж примерно 20 000 а. е. от Солнца, и малонаселенной внешней сферической части. Считается, что оно представляет собой остатки протопланетного диска, а объекты, входящие в него, сформировались около Солнца, но были отброшены далеко в космос на раннем этапе развития Солнечной системы, 4 млрд лет назад.

Облако Оорта может быть источником долгопериодических комет, таких, как комета Галлея, хотя на первый взгляд это и выглядит странно. Ее период обращения всего около 72 лет, но, скорее всего, она обитала в облаке Оорта и переместилась на текущую короткую орбиту под гравитационным влиянием планет. Большинство комет с периодом менее 200 лет (так называемых короткопериодических комет) предположительно образовались в рассеянном диске.

Как и бывает в случае таких далеких и таинственных областей, астрономы строят самые фантастические теории о происхождении крупных обитателей облака Оорта. Например, считают, что они были захвачены у пролетавшей мимо звезды. Так, попытка объяснить, что находится на заднем дворе Солнечной системы, в наших ближайших окрестностях, естественным образом приводит нас в царство звезд. И наша следующая остановка - Млечный Путь, спиральные рукава нашей Галактики.

Отделяя науку от фантастики

Раньше считалось, что пояс астероидов - это остатки некогда взорвавшейся планеты. Эта гипотеза легла в основу истории о родной для Супермена фантастической планете Криптон. В действительности пояс астероидов есть нечто прямо противоположное: он состоит из частиц, так и не сформировавших планету. На раннем этапе существования Солнечной системы Юпитер был куда ближе к Солнцу, и его гравитация выбросила большую часть материи, составляющей теперь пояс астероидов. Ее немного, не более 10 % массы, необходимой, чтобы планета сформировалась.

Отметим также, что изображение пояса астероидов в фантастических фильмах в качестве усеянного валунами пространства, сквозь которое с трудом пробирается космический корабль, совершенно неверно. В действительности пояс астероидов - это космическая пустыня, пустота, равно как и пояс Койпера. Уже немало аппаратов пролетели сквозь пояс астероидов по направлению к внешним планетам, встречая на своем пути разве что песчинки.