На окраинах Солнечной системы. Пояс койпера. Облако Оорта

На окраинах Солнечной системы. Пояс койпера. Облако Оорта

Глотова Елена

Пояс Койпера часто называют границей Солнечной системы. Этот диск простирается на расстоянии от 30 до 50 а.е (1а.е.=150 млн.км) от Солнца. Его существование было достоверно подтверждено не так давно, и сегодня его исследование является новым направлением планетарных наук. Пояс Койпера был назван в честь астронома Жерарда Койпера (Gerard Kuiper), предсказавшего его существование в 1951 году. Предполагается, что больинство объектов пояса Койпера по составу представляют собой лёд с небольшими примесями органических веществ, то есть близки к кометному веществу.



В 1992 году астрономы обнаружили красноватое пятнышко на расстоянии 42 а.е. от Солнца – первый зарегистрированный объект пояса Койпера, или транснептуновый объект. С тех пор их было обнаружено более тысячи.

Объекты пояса Койпера делят на три категории. Классические объекты имеют приблизительно круговые орбиты с небольшим наклонением, не связаны с движением планет. Самые известные малые планеты, в основном, из их числа.

Резонансные объекты образуют орбитальный резонанс с Нептуном 1:2, 2:3, 2:5, 3:4, 3:5, 4:5 или 4:7. Объекты с резонансом 2:3 называются плутино в честь самого яркого их представителя — Плутона.

Рассеянные объекты имеют большой эксцентриситет орбиты и могут в афелии удаляться от Солнца на несколько сотен астрономических единиц. Считается, что такие объекты однажды слишком близко подошли к Нептуну, гравитационное влияние которого вытянуло их орбиты. Ярким примером этой группы является Седна.

Международный астрономический союз (IAU - International Astronomical Union) занимается номенклатурой планет и спутников с 1919 года. Решения этой организации влияют на работу всех профессиональных астрономов. Однако иногда IAU делает рекомендации по астрономическим вопросам, которые будоражат всю общественность. Одной из таких рекомендаций был перевод Плутона к категории карликовых планет. Теперь он относится к транснептуновым объектам, и является вторым по величине и самым известным из них.

Одним из крупнейших объектов пояса Койпера является 2002 LM60, называющийся также Квавар, или Кваовар (Quaoar). Название Квавар пришло из мифологии народа Тонгва (Tongva), проживающего некогда на территории нынешнего Лос-Анджелеса, и обозначает великую созидательную силу.



Квавар обращается на орбите, диаметром около 42 а.е. с периодом 288 лет. Впервые он был сфотографирован еще в 1980 году, но к числу транснептуновых тел был причислен только в 2002 году астрономами Майком Брауном (Mike Brown) и его коллегами Калифорнийского Технологического Института (Caltech) в Калифорнии.

Диаметр Квавара около 1250 км, приблизительно, как и у Харона, образующего с Плутоном двойную систему. Он был самым крупным объект пояса Койпера с момента открытия Плутона в 1930 году и Харона в 1978 году. И он действительно огромен: его объем приблизительно эквивалентен суммарному объему 50 000 астероидов. 

Обнаруженный в 2004 году 2004 DW, известный как Орк, или Оркус (Orcus) оказался и того больше – 1520 км в диаметре. Радиус его орбиты около 45 а.е.

Еще один объект пояса Койпера 2005 FY9 с условным названием «Пасхальный кролик» (Easterbunny) был открыт 31 мая 2005 года той же командой Майка Брауна из Технологического Института Калифорнии (Caltech). О его открытии было объявлено 29 июля, одновременно с сообщением об еще двух транснептуновых объектах: 2003 EL61 и 2003 UB313, известной также как Эрис (Eris).

2005 FY9 пока единственное официальное название объекта. Обнаруженный космическим телескопом Spitzer, он до сих пор остается загадкой. Его диаметр составляет от 50 до 75% диаметра Плутона.

2003 EL61, не имеющий пока официального названия, имеет приблизительно такие же размеры, но он ярче, что сделало его одним из самых известных транснептуновых объектов.

2003 EL61, как и Плутон, имеет период обращения 308 лет, но его орбита имеет больший эксцентриситет. Благодаря высокой отражательной способности 2003 EL61, он является третьим по яркости объектом пояса Койпера после Плутона и 2005 FY9. Он столь ярок, что иногда его даже можно увидеть в мощные любительские телескопы, хотя его масса составляет всего 32% от массы Плутона. 2003 EL61 относится к типу рассеянных объектов пояса Койпера.

Интересно, что 2003 EL61 имеет два спутника. Хотя ученые уже спокойно относятся к тому, что большинство объектов пояса Койпера могут оказаться сложными планетными системами.

Эрис, причисленная сначала к рангу планет, а затем переведенная вместе с Плутоном в группу транснептуновых объектов, на сегодняшний день считается малой планетой и является крупнейшим объектом пояса Койпера.

Диаметр Эриды 2400 километров, что на 6% больше диаметра Плутона. Ее масса была определена благодаря ее спутнику – крошечной Дисномии, имеющей период обращения 16 суток. Интересно, что сначала карликовую планету и ее спутницу первооткрыватели планировали назвать Зеной и Габриэль в честь героинь известного сериала.

В марте 2004 группа астрономов объявила об открытии малой планеты, вращающейся вокруг Солнца на очень большом расстоянии, где солнечная радиация исключительно мала. Майк Браун (Mike Brown) в сотрудничестве с доктором Чедом Труйльо (Chad Trujillo) из обсерватории Gemini, Гавайи, и доктором Дэвидом Рабиновичем (David Rabinowitz) из Йельского Университета обнаружили ее еще в 2003 году. Обнаруженная малая планета получила официальное название 2003 VB12, но больше известна как Седна (Sedna) – богиня эскимосов, живущая в глубинах Северного Ледовитого океана.

Период обращения Седны 10 500 лет, ее диаметр чуть более четверти диаметра Плутона. Ее орбита вытянута, и в своей дальней точке она удаляется от Солнца на 900 а.е. (для сравнения радиус орбиты Плутона 38 а.е.). Открыватели Седны причислили ее к объектам внутренней части облака Оорта, поскольку она никогда не приближается к Солнцу ближе, чем на 76 а.е. Однако классическом объектом области Оорта Седну считать нельзя, поскольку, даже несмотря на исключительны вытянутую орбиту, ее движение определяет солнце и объекты Солнечной системы, а не случайные возмущения извне. Сама Седна необычна, ведь довольно странно было обнаружить такой крупный объект в пустом протяженном пространстве между поясом Койпера и облаком Оорта. Возможно, облако Оорта простирается на большее, чем считалось ранее расстояние внутрь Солнечной системы. 

Сегодня считается, что Седна относится к числу рассеянных объектов пояса Койпера, к которым также относятся 1995 TL8, 2000 YW134 и 2000 CR105. 2000 CR105, открытый еще восемь лет назад, уникален своей исключительно вытянутой орбитой, большая полуось которой, равна почти 400 а.е.



Другая особенность Седны – ее красноватый оттенок. Краснее ее только Марс. А температура на поверхности удивительной малой планеты не превышает - 240°С. Это очень мало и напрямую замерить тепло от планеты (инфракрасное излучение) невозможно, поэтому используются данные из множества доступных источников.

Так же обстоит дело и с остальными объектами пояса Койпера. Более того, измерить диаметр этих объектов очень трудно. Как правило, их размер определяется по яркости, зависящей от площади поверхности. Принимается, что альбедо малой планеты равен альбедо комет, то есть около 4%. Хотя последние данные говорят о том, что она может достигать 12%, то есть объекты пояса Койпера могут оказаться гораздо меньшими, чем считалось ранее.

В частности, интерес вызывает объект 2003 EL61, обладающий слишком высокой отражательной способностью. Приблизительно на такой же орбите было обнаружено еще пять подобных тел. Странно то, что малые планеты недостаточно массивны, чтобы удержать атмосферу, которая могла бы кристаллизоваться и укрыть поверхность.

13 декабря 2005 года была обнаружена малая планета 2004 XR 190, названная Баффи (Buffy). Диаметр Баффи около 500-1000 км, что не является рекордом для малых планет. Удивительно другое: в отличие от рассеянных объектов пояса Койпера, имеющих вытянутую орбиту, 2004 XR 190 отличается почти круговой орбитой (перигелий на расстоянии 52 а.е. от Солнца, афелий — на расстоянии 62 а.е.), наклоненной под углом 47 градусов к плоскости эклиптики. Причина возникновения такой траектории астрономам пока неясна.





До сих пор среди некоторых астрономов бытует мнение, что в пределах пояса Койпера находится некое массивное тело, размером не менее Плутона. Еще в первой половине прошлого века ученые предсказали существование Нептуна по возмущениям, оказываемым им на Уран. Позже американский астроном Персиваль Ловелл (Percival Lowell) попытался обнаружить планету, находящуюся за Нептуном, которая могла бы искажать его траекторию. И действительно, в 1930 году был обнаружен Плутон. Правда тут же выяснилось, что его масса слишком мала (0, 002 земной), чтобы ощутимо возмущать движение массивного Нептуна. Поэтому осталось подозрение, что таинственной планетой «Х» был не Плутон, а еще не обнаруженная более крупная малая планета. Впоследствии оказалось, что отклонения в движении Плутона, были лишь ошибкой измерений.

Безусловно, теоретически планета «Х» может существовать, если она мала и достаточно удалена, чтобы оказывать заметное влияние на траекторию движения Плутона.

Но самым близким к нам объектом пояса Койпера может оказаться спутник Сатурна - Феба. Она вращается вокруг планеты в обратную сторону, что говорит о том, что Феба образовалась не в протопланетном диске Сатурна, а где-то еще и позднее была им захвачена.



Феба могла сформироваться на гелиоцентрической орбите недалеко от Сатурна из обломков, сформировавших его ядро. Согласно другому возможному сценарию Феба могла быть захвачена из области, куда как более удаленной. Например, из пояса Койпера. Плотность спутника 1, 6г/см3, поэтому нельзя сказать, ближе ли она к Плутону, имеющему плотность 1, 9г/см3, или сатурнианским спутникам, плотность которых в среднем около 1, 3г/см3. Однако такой показатель слишком ненадежен, чтобы на него опираться. Поэтому этот вопрос остается весьма спорным.

За поясом Койпера находится еще одно более глобальное образование – облако Оорта. Впервые идея существовании такого облака была выдвинута эстонским астрономом Эрнстом Эпиком в 1932 году, а затем теоретически разрабатывалась нидерландским астрофизиком Яном Оортом (Jan Oort) в 1950-х, в честь которого облако и было названо. Біло відвинуто предпоожение, что кометы прилетают из протяженной сферической оболочки, состоящей из ледяных тел, на окраинах Солнечной системы. Этот громадный рой объектов сегодня называется облаком Оорта. Он простирается в сфере, радиусом от 5 000 до 100 000 а.е.



Облако Оорта состоит из миллиардов ледяных тел. Изредка проходящие звезды нарушают орбиту одного из тел, вызывая его движение во внутреннюю часть Солнечной системы как длиннопериодической кометы. Такие кометы имеют очень большую и вытянутую орбиту и, как правило, наблюдаются всего раз. Одним из примеров длиннопериодических комет являются кометы Галлея и Свифта — Туттля (Swift-Tuttle). В отличие от них, короткопериодические кометы, период обращения которых менее 200 лет, движутся в плоскости планет и прилетают к нам из пояса Койпера.

Считается, что Облако Оорта имеет наибольшую плотность в плоскости эклиптики, здесь находится приблизительно одна шестая всех объектов, составляющих облако Оорта. Температура здесь не выше 4К, что близко к абсолютном нулю. Пространство за облаком Оорта Солнечной системе не уже принадлежит, равно как и пограничные области облака Оорта.