|

– области Солнечной системы: где находится, описание и характеристика с фото, интересные факты, исследование, открытие, объекты.

Пояс Койпера - крупное скопление ледяных объектов на краю нашей Солнечной системы. - сферическое образование, в котором расположены кометы и другие объекты.

После обнаружения Плутона в 1930 году ученые стали предполагать, что это не самый отдаленный объект в системы. Со временем они отмечали движения других объектов и в 1992 году нашли новый участок. Давайте рассмотрим интересные факты о Поясе Койпера.

Интересные факты о Поясе Койпера

• Пояс Койпера способен вмещать сотни тысяч ледяных объектов, чей размер варьируется между небольшими осколками до 100 км в ширину;
• Большая часть короткопериодических комет поступает из пояса Койпера. Их орбитальный период не превышает 200 лет;
• В главной части пояса Койпера может скрываться более триллиона комет;
• Крупнейшими объектами выступают Плутон, Квавар, Макемаке, Хаумеа, Иксион и Варуна;
• Первая миссия к поясу Койпера отправилась в 2015 году. Это зонд Новые Горизонты, исследовавший Плутон и Харон;
• Исследователи зафиксировали структуры подобные поясу вокруг других звезд (HD 138664 и HD 53143);
• Льды в поясе сформировались еще в период создания Солнечной системы. С их помощью можно разобраться в условиях ранней туманности;

Определение Пояса Койпера

Начать объяснение нужно с того, где находится Пояс Койпера. Его можно найти за чертой орбиты планеты Нептун. Напоминает Пояс астероидов между Марсом и Юпитером, потому что располагает остатками от формирования Солнечной системы. Но по размерам в 20-200 раз крупнее него. Если бы не влияние Нептуна, то осколки слились и смогли сформировать планеты.

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.

Крупнейшие объекты пояса Койпера

Название	Экваториальный диаметр	Большая полуось, а. е.	Перигелий, а. е.	Афелий, а. е.	Период обращения вокруг Солнца (лет)	Открыт
	2330 +10 / −10 .	67,84	38,16	97,52	559	2003 i
	2390	39,45	29,57	49,32	248	1930 i
	1500 +400 / −200	45,48	38,22	52,75	307	2005 i
	~1500	43,19	34,83	51,55	284	2005 i
	1207 ± 3	39,45	29,57	49,32	248	1978
2007 OR 10	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 AW 197	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 UX 25	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.

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».

Состав Пояса Койпера

Как выглядит состав Пояса Койпера? На территории пояса проживают тысячи объектов, а в теории насчитывают 100000 с диаметром, превышающим 100 км. Полагают, что все они состоят из льда – смесь легких углеводородов, аммиака и водяного льда.

На некоторых объектах нашли водяной лед, а в 2005 году Майкл Браун определил, что на 50000 Кваваре есть водяной лед и гидрат аммиака. Оба этих вещества исчезли в процессе развития Солнечной системы, а значит на объекте есть тектоническая активность или же произошло метеоритное падение.

В поясе зафиксировали крупные небесные тела: Квавар, Макемаке, Хаумеа, Орк и Эриду. Они и стали причиной того, что Плутон сместили в категорию карликовых планет.

Изучение Пояса Койпера

В 2006 году НАСА отправили к Плутону зонд Новые Горизонты. Он прибыл в 2015 году, впервые продемонстрировав «сердце» карлика и бывшей 9-й планеты. Теперь он отправляется в сторону пояса, чтобы рассмотреть его объекты.

О поясе Койпера мало информации, поэтому он скрывает огромное количество комет. Наиболее известная – комета Галлея с периодичностью в 16000-200000 лет.

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.

Определение Облака Оорта

Облако Оорта - теоретическое сферическое формирование, наполненное ледяными объектами. Находится на расстоянии 100000 а.е. от Солнца, из-за чего охватывает межзвездное пространство. Как и пояс Койпера, это хранилище транс-нептуновых объектов. О его существовании впервые заговорил Эрнест Опик, считавший, что кометы могут прилетать из области на краю Солнечной системы.

В 1950-м году Ян Оорт оживил концепцию и сумел даже объяснить принципы поведения долгосрочных комет. Существование облака не доказано, но его признали в научных кругах.

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 10 25 кг (5 земель). Ниже представлен рисунок строения Облака Оорта.

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

Происхождение облака Оорта

Есть мнение, что Облако Оорта - остаток от изначального протопланетного диска, сформировавшегося вокруг звезды Солнца 4.6 млрд. лет назад. Объекты могли сливаться ближе к Солнцу, но из-за контакта с масштабными газовыми гигантами были вытолкнуты на большою удаленность.

Исследование от ученых НАСА показало, что огромный объем облачных объектов выступает результатом обмена между Солнцем и соседними звездами. Компьютерные модели показывают, что галактические и звездные приливы меняют кометные орбиты, делая их более круглыми. Возможно, именно поэтому Облако Оорта принимает форму сферы.

Симуляции также подтверждают, что создание внешнего облака согласуется с идеей того, будто Солнце появилось в скоплении из 200-400 звезд. Древние объекты могли повлиять на формирование, потому что их было больше и чаще сталкивались.

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.

Пояс Койпера — это дискообразная область ледяных объектов за орбитой Нептуна – в миллиардах километрах от нашего Солнца. Пояс Койпера и еще более далекое , как полагают, являются домом для комет, вращающихся вокруг Солнца.

В 1992 году астроном Дэвид Джевитт обнаружил объект 1992 QB1 за пределами Солнечной системы. В течение следующих пяти лет он обнаружил еще 40 – 50 подобных объектов. К середине 2016 года число найденных объектов составило 2000. Область обнаруженных объектов получила название «Пояс Койпера». Учёные на данный момент не знают, где он заканчивается. Не знают, что происходит на наружном крае пояса Койпера и где он находится, но знают, что он очень далеко: некоторые открытые объекты пояса Койпера имеют необычные орбиты, которые в 2000 раз больше, чем расстояние между Землей и Солнцем. Несмотря на то что объектов пояса Койпера очень много, учёные обнаружили, что их масса довольно мала и равна только 10% от массы Земли или 2/3 Луны. Это было загадкой: как формируются эти тела, если у них такая маленькая масса? Эти тела растут очень медленно. Модели малой массы пояса Койпера стали горячей темой. Они были основаны на идее, что пояс Койпера был гораздо более массивным, когда начал формироваться, - в 20 или 40 раз массивнее Земли. Но большая часть массы была потеряна.

Предполагают, что всего в поясе Койпера имеется около 500 тысяч астероидов размером более 30 км. По площади пояс Койпера в полтора раза превышает ту часть Солнечной системы, вокруг которой он расположен, то есть ограниченную орбитой Нептуна. Более 90% новых объектов движутся по почти круговым «классическим» орбитам, расположенным на расстояниях от 30 до 50 астрономических единиц от Солнца. Поэтому очертания пояса Койпера имеют вид толстого бублика, в пределах которого движутся тысячи небольших небесных тел. На расстоянии примерно 48 а. е. от Солнца плотность пояса Койпера резко падает. Пока отсутствуют причины, объясняющие, почему пояс не может простираться дальше этого барьера Койпера. Астрономы не могут определиться с тем, действительно ли это уже край или всего лишь широкий интервал, в котором может находиться еще один существующий мир - так называемая планета X.

Крупнейшие объекты пояса Койпера

Начиная с 2000 года число объектов пояса Койпера с диаметрами от 500 до 1200 км (около половины диаметра Плутона) стало быстро возрастать. Это постепенно привело к пониманию Плутона как одного из самых крупных, но по сути рядового члена пояса Койпера.

– плутоид

Диаметр — 2330 км.
Расстояние до Солнца 14,61 млрд. км.
Ранее была известна под названием Ксена (Зена). Большой эксцентриситет орбиты у Эриды приводит к регулярным изменениям на её поверхности и даже к бегущим через всю карликовую планету газовым течениям.

– плутоид

Диаметр — 2390 км.
Расстояние до Солнца 5,9 млрд. км.
Первоначально он считался планетой, но был переклассифицирован как карликовая планета. В честь Плутона подгруппу из известных на данный момент , обращающихся за орбитой Нептуна, называют «плутоидами».

– плутоид

Диаметр — 1500 км.
Расстояние до Солнца 6,9 млрд. км.
Со времени возникновения Солнечной системы ледяная планета четко следует по своему пути, не подвергаясь влиянию Нептуна.

– плутоид

Диаметр — 1500 км.
Расстояние до Солнца 7,7 млрд. км.
Хаумеа имеет сильно вытянутую форму. Возможно, этот «волчок» пояса Койпера родился в результате столкновения двух небесных тел.

– спутник Плутона

Диаметр — 1207 км.
Расстояние до Солнца 5,9 млрд. км.
Харон — спутник Плутона. Он имеет большие размеры и всего в 2 раза меньше по диаметру своего хозяина. Ни один спутник в Солнечной системе не обладает таким размером по отношению к своей планете.

– карликовая планета

Диаметр — 1100 км.
Расстояние до Солнца 6 млрд. км.
Орбита Квавара — почти круговая. Ее эксцентриситет (мера вытянутости эллипса) меньше 0.04, что означает, что его расстояние до Солнца меняется меньше, чем на 8%. В этом он сильно отличается от Плутона, эксцентриситет которого в 6 раз больше.

– карликовая планета

Диаметр — 946,3 км.
Расстояние до Солнца 5,8 млрд. км.
Орбита Орка весьма напоминает по параметрам орбиту Плутона. Интересно, что Орк всегда находится на противоположной стороне орбиты по отношению к Плутону. В связи с этим, Орк иногда называют «Анти-Плутон».

– карликовая планета

Размеры — 859 × 453 км.
Расстояние до Солнца 6,4 млрд. км.
Варуна имеет вытянутую форму. Варуна классифицируется как классический транснептуновый объект и следует по почти круговой орбите.

– карликовая планета

Диаметр — 650 км.
Расстояние до Солнца 5,9 млрд. км.
Как и Плутон, Иксион находится в орбитальном резонансе 2:3 с Нептуном (делает два оборота вокруг Солнца за то же время, которое необходимо Нептуну для трёх оборотов).

Пояс Койпера не следует путать с гипотетическим облаком Оорта, которое расположено в тысячи раз дальше. Объекты пояса Койпера, как и объекты рассеянного диска и облака Оорта, относят к транснептуновым объектам.

Пояс Койпера представляет собой околозвездный диск, который вращается вокруг Солнца на расстоянии от 30 до 55 ед.

Пояс Койпера получил свое имя в честь Жерара Койпера, предсказавшего его существование в 1951 году, за 41 год до первых наблюдений этих тел в 1992 году. Они принадлежат к группе так называемых транснептунских объектов. Обнаруженные объекты имеют размеры от 100 до 1000 километров в диаметре. Считается, что этот пояс является источником короткопериодных комет.

Первый из этих объектов был обнаружен в 1992 году командой из Гавайского университета.

Эта кольцевая область похожа на пояс астероидов, но больше, в 20 раз больше и в 20-200 раз более массивных. Подобно поясу астероидов, он в основном состоит из небольших тел, остатков образования Солнечной системы и, по крайней мере, трех карликовых планет, Плутона, Макемаке и Хауме. С другой стороны, в то время как пояс астероидов в основном состоит из скалистых и металлических тел, объекты пояса Койпера состоят в основном из замороженных летучих соединений, таких как метан, аммиак или вода.

Пояс Койпера не следует путать с облаком Оорта, зоной, все еще теоретической. Объекты пояса Койпера, а также рассеянные объекты и любые потенциальные члены облака Оорта называются совместно транснептунскими объектами.

Объекты пояса Койпера

Наблюдалось более 800 объектов пояса Койпера. Долгое время астрономы считали Плутон и Харон главными объектами этой группы.

Однако, 4 июня 2002 года был обнаружен Квавар, объект необычного размера. Это тело оказалось вдвое меньше Плутона. Будучи также больше, чем луна Харон. С тех пор были обнаружены другие второстепенные объекты пояса Койпера.

Но 13 ноября 2003 года было объявлено об открытии большого тела которое намного дальше чем Плутон, они назвали его Седной. Объект Седна сверг с позиции второго по величине транснептунского объекта. Его принадлежность к поясу Койпера подвергается сомнению некоторыми астрономами, которые считают его слишком далеким от пояса Койпера, возможно, представителя нижнего предела облака Оорта.

Удивление произошло 29 июля 2005 года, когда было объявлено об открытии трех новых объектов: Эрис, Макемаке и Хаумеа. Сначала считалось, что Эрис была старше самого Плутона, поэтому он получил название, как десятая планета, и в то время считался легендарной Планетой X. Однако зонд NASA New Horizons в 2015 году выявил диаметр Плутона. Он составляет 2370 километров, то есть примерно на 80 километров больше, чем предыдущие оценки, и поэтому мы теперь с уверенностью знаем, что Эрис (2326 ± 12 км) немного меньше Плутона. Строго говоря, Эрис не принадлежит к поясу Койпера. Он является частью облака Оорта, потому что его среднее расстояние до Солнца составляет 67 мкА.

Классификация

Точная классификация всех этих объектов неясна, поскольку в наблюдениях содержится очень мало информации об их составе или поверхностях. Даже оценки их размера сомнительны, поскольку во многих случаях они основаны только на косвенных данных по сравнению с другими подобными объектами, такими как .

С момента открытия первого объекта в 1992 году в поясе Койпера было обнаружено более тысячи других объектов, и в нем было бы более 70 000 тел диаметром более 100 км.

Крупные объекты пояса Койпера

В 2007 году Плутон был самым крупным известным объектом пояса Койпера диаметром 2300 км. С 2000 года было обнаружено несколько объектов в поясе Койпера диаметром от 500 до 1200 км. Квавар, классический объект, открытый в 2002 году, имеет диаметр более 1200 км. Макемаке и Хауме, открытия которых были объявлены одновременно 29 июля 2005 года, еще больше. Другие объекты, такие как Иксион (обнаруженный в 2001 году) и Варуна (обнаруженный в 2000 году), имеют диаметр около 500 км.

В 2015 году только пять объектов солнечной системы, Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрис, официально считаются карликовыми планетами, а последние четыре — плутоидами. Однако многие другие объекты в поясе Койпера достаточно велики, чтобы быть сферическими и в будущем могут быть классифицированы как планеты карлики.

Несмотря на свою большую протяженность, общая масса пояса Койпера довольно мала, что примерно на одну десятую от общей площади Земли. Большинство объектов тускло освещены, что согласуется с аккреционными моделями, так как только некоторые из объектов с определенным размером были в состоянии расти больше. В общем случае число объектов определенного размера N обратно пропорционально некоторой мощности q диаметра D: N ~ D-q. Это соотношение пропорциональности подтверждается наблюдениями, а значение q оценивается в 4 ± 0,555. В текущем состоянии знаний (2008) известна только величина объектов; их размер определяется исходя из их постоянного альбедо.

Два из трех крупнейших объектов в поясе Койпера имеют спутники: у Плутона пять, а у Хаума — два. Кроме того, Эрис, рассеянный объект, который сформировался в поясе Койпера, имеет один. Доля объектов пояса Койпера со спутниками выше для больших объектов, чем для более мелких, указывает на другой механизм формирования. С другой стороны, 1% (или высокий процент) объектов были бы двоичными системами, то есть двумя объектами относительно близкой массы на орбите вокруг друг друга. Плутон и Харон — самые известные примеры.

Общая масса объектов в поясе Койпера оценивалась телескопом по их числу и величине, оценивая среднее альбедо при 0,04 и среднюю плотность при 1 г / см3. Это дает массу, примерно равную 1% массы земли.

Пояс Койпера - это регион в Солнечной системе, который начинается за Нептуном. Но ученые на данный момент не знают, где он заканчивается. Мы не знаем, что происходит на наружном крае пояса Койпера и где он находится, но мы знаем, что он очень далеко: некоторые открытые объекты пояса Койпера имеют необычные орбиты, которые в 2000 раз больше, чем расстояние между Землей и Солнцем.

Открытие пояса Койпера

Никто не предсказывал обнаружение пояса Койпера. Никто не писал работу, в которой бы говорилось: «Ищите здесь объекты такой-то яркости, такого-то размера и в таком-то количестве». Но были предположения. Самое известное из них - это предположение Джерарда Койпера, американского астронома голландского происхождения. В 1951 году он написал работу, в которой говорил, что это странно, что Солнечная система заканчивается на Плутоне, и, возможно, она продолжается и после него. Это звучит нормально для современных читателей. Но, кроме того, Койпер сказал: «Если бы на границе Солнечной системы были маленькие объекты, гравитация Плутона (которого мы считаем таким же массивным небесным телом, как Земля, или больше) давным-давно дестабилизировала бы орбиты этих объектов, а этот регион был бы пуст». Койпер был неправ насчет Плутона: он не так массивен, содержит только 0,2% массы Земли и не оказывает такого эффекта на окружающие небесные тела. Ирония состоит в том, что Койпер не предположил существования того, что впоследствии стало называться поясом Койпера. Он предположил, что его там нет. Это пример закона Стиглера: «Никакое научное открытие не было названо в честь первооткрывателя». Закон Стиглера был открыт Робертом Мертоном, что доказывает это утверждение.

Джерард Койпер (1905–1973)

До Койпера ученые также выдвигали разные предположения. Одно из них было сделано в 1943 году во время Второй мировой войны ирландцем по имени Кеннет Эджворт. Он написал одно или два предложения в своей статье и сказал: «Возможно, есть какие-то небесные тела на крае Солнечной системы, которые слишком тусклые, чтобы мы их увидели (он назвал их кластерами), и, возможно, они относятся к кометам». Но это не научное предположение, оно ни на чем не основано, и с ним ничего нельзя сделать. Это напоминает записи Нострадамуса, который в XVI веке случайно предсказал Вторую мировую войну и убийство президента Кеннеди. Если вы пишете что-то расплывчатое, вы оставляете для будущих поколений простор для раздумий. Кто-то может решить, что вы знали, о чем говорили, хотя на самом деле это было не так.

Когда мы начали искать пояс Койпера в 1986 году, компьютеры были такими слабыми, что никто не мог вычислить динамику Солнечной системы. Нужно было работать с приблизительными цифрами, которые складывались аналитически, а это очень сложно. В то время был большой интерес к тому, откуда приходят короткопериодические кометы, потому что их предполагаемый источник - облако Оорта - еще не был найден. Уругвайский астроном Хулио Фернандез написал статью в 1980 году, предположив, что за Нептуном может существовать область, откуда приходят короткопериодические кометы. Эта статья уже была похожа на научное предположение. В отличие от работ Койпера и Эджворта, она кажется убедительной в ретроспективе. Но она не мотивировала ученых на поиски, включая нас. Звучит плохо, но это была просто еще одна статья.

Первые объекты пояса Койпера

Научный метод часто описывается как предположения, которые доказаны наблюдениями. Но наука часто работает не так. В астрономии почти ничего не открывается с помощью предположений и почти все важное открывается случайно. Теории часто создаются, чтобы описать новые вещи, которые поддаются наблюдениям. Редко бывает так, что выдвинутое предположение подтверждается наблюдениями. Мы просто недостаточно хороши для этого. Тем не менее без подходящей модели в 1985 году мы бы не знали, что тот факт, что на границах Солнечной системы пусто, кажется странным. За Сатурном были Уран, Нептун и Плутон - три объекта. При этом внутренняя часть Солнечной системы полна разных объектов: астероидов, комет, других планет. И это было очень странно: почему Солнечная система должна быть пустой с краю и полной объектов внутри? Вот почему мы решили провести исследование. Она пустая, потому что все объекты отдалены, либо она пустая, потому что далекие объекты слишком тусклые, чтобы мы их заметили. Мы не думали о поясе Койпера, не думали о том, что находится за Нептуном, мы были счастливы, что знаем хотя бы, что находится за Сатурном, и больше не о чем было говорить. В итоге мы начали исследование, которое назвали «исследование медленных объектов». Оно было нацелено на то, чтобы найти что-то за Сатурном.

Оказалось, что очень сложно посчитать расстояние до объекта, если вы не используете особую геометрию, чтобы направить телескоп прямо по направлению к Солнцу. Когда вы делаете это, скорость движения объекта по небу обратно пропорциональная расстоянию из-за параллакса. Это как два самолета: тот, что летит выше на скорости 50 миль/час, дольше пересекает небо, а тот, что летит низко на той же скорости, пересекает небо очень быстро. Мы можем измерить расстояние исходя из скорости. Мы использовали эту простую тактику наблюдения противоположно Солнцу, а затем использовали параллакс, чтобы измерить расстояние. Вот почему мы назвали это «исследованием медленных объектов». Мы искали медленно движущиеся объекты, потому что, скорее всего, эти объекты расположены очень далеко.

Мы годами не могли найти ничего интересного. Мы нашли много объектов вроде астероидов внутри Солнечной системы, но не нашли ничего за Сатурном, а искали именно это. Мы потратили около 5 лет на это исследование и не находили ничего ценного вплоть до 1992 года. А потом нашли объект. Он был не просто за орбитой Сатурна - он был далеко за пределами известного региона Солнечной системы. Мы назвали этот объект 1992 QB1. Это был самый далекий объект, который когда-либо наблюдался в Солнечной системе.

Это было захватывающе. Дело в том, что, пока ты не найдешь первый объект, ты не знаешь, бесполезно ли то, что ты делаешь, не знаешь, в правильном ли направлении ты ищешь. Ты даже не знаешь, есть ли там что искать. Но как только ты находишь один объект, все сомнения исчезают. Это так влияет на всю работу, на образ мыслей, что ты переходишь за все психологические барьеры. То, что казалось невозможным, становится обычным делом, когда это уже сделано. Я работал вместе с Джейн Лу, которая была постдоком в то время. После того как мы нашли 1992 QB1, мы начали находить и другие объекты. Мы нашли около 40 или 50 объектов в течение следующих нескольких лет. Другие ученые присоединились к этой игре, и к середине 2016 года общее число известных объектов составляло почти 2 000. Это очень много.

Объекты пояса Койпера и миграция планет

Вскоре мы сделали много удивительных открытий, касающихся пояса Койпера. Например, мы обнаружили, что есть разные виды объектов пояса Койпера. Мы дали им разные названия: классические, резонансные, рассеянные и обособленные. Они динамически отличаются друг от друга - в основном по причинам, связанным с гравитационным контролем Нептуна, который является довольно массивной планетой (в 16 раз массивнее Земли) и находится не так далеко от некоторых объектов пояса Койпера. Нептун накладывает динамическую структуру на пояс Койпера из-за своего гравитационного влияния. Мы доказали, что Плутон - это просто один из больших объектов пояса Койпера, определили распределение размеров и масс в поясе Койпера и поняли, что это только верхушка айсберга: из объектов, которые мы видели, мы извлекли 100 000 объектов пояса Койпера больше сотни километров и миллиард объектов больше одного километра. Поразительно, что раньше они были полностью неизвестными.

Несмотря на то что объектов пояса Койпера очень много, мы обнаружили, что их масса довольно мала и равна только 10% от массы Земли. Это было загадкой: как формируются эти тела, если у них такая маленькая масса? Очень мало материала распространено по большому объему пояса Койпера. Эти тела растут очень медленно. Модели малой массы пояса Койпера стали горячей темой. Они были основаны на идее, что пояс Койпера был гораздо более массивным, когда начал формироваться, - в 20 или 40 раз массивнее Земли. Но большая часть массы была потеряна.

Орбитальный резонанс

Ключ к пониманию потери массы заключается в другом сделанном нами наблюдении. Оно состоит в том, что объекты пояса Койпера «привязаны» орбитальным резонансом Нептуна. Это значит, что их сидерический период обращения, деленный на сидерический период Нептуна, - это отношение малых целых чисел. Например, в резонансе от 3 до 2 Нептун трижды обходит Солнце за то же время, за которое объекты пояса Койпера успевают обогнуть Солнце только два раза. Это значит, что сила притяжения Нептуна действует на тела в той орбите, поэтому сила растет, как когда мы качаем качели и сила приумножается со временем.

Это открытие сделала Рену Малхотра из Аризоны в 1990-х годах вскоре после открытия пояса Койпера. Наблюдение за первыми резонансными объектами привело к появлению этой прекрасной модели. Но вопрос в том, как затянуть эти объекты в резонанс. Если просто разбросать объекты пояса Койпера, немногие из них войдут в такой резонанс, какой мы наблюдаем. Рену объяснила и это. Она отталкивалась от работ Фернандеза и Уинга Ипа, в которых говорилось, что планеты мигрируют. Радиусы орбит планет не всегда были такими, как сейчас: Нептун, к примеру, сначала был ближе к Солнцу, а затем двигался по направлению от него.

И пока он отходил дальше, его резонансы выталкивались и собирали объекты пояса Койпера. Это похоже на то, как снег собирается в лопате, когда мы ее в него заталкиваем. По мере того как резонанс пересекал пояс Койпера, объекты к нему «прилипали». Это объясняет, почему в орбитальном резонансе так много объектов. Это единственное объяснение тому, почему в резонансе с Нептуном находится так много тел. Пояс Койпера показывает, что планеты сформировались не на тех орбитах, на которых они находятся сейчас. Они мигрируют.

Влияние на Солнечную систему

Пояс Койпера сильно повлиял на понимание происхождения и динамики Солнечной системы. До этого Солнечная система была похожа на часы: набор планет, вращающихся вокруг Солнца непринужденно, стабильно, предсказуемо и даже скучно. После обнаружения пояса Койпера, а особенно резонансных объектов, из-за которых мигрируют планеты, появились необыкновенные возможности. Если планеты уносились туда, где они находятся сейчас, они, возможно, прошли через резонансы друг друга. Если это так, то они сотрясли Солнечную систему, и произошли разные хаотичные процессы. В некоторых моделях потеря 99,9% объектов пояса Койпера могла произойти в результате сильного сотрясения Солнечной системы, которое случилось в результате взаимодействий между Юпитером и Сатурном, которое произошло в результате миграции планет.

Понимание того, что структура пояса Койпера зависит от миграции планет, изменило направление исследований Солнечной системы. Особенности, которые не были ожидаемы и которые никто не предсказывал, оказались удивительно важными для понимания нашего места в этой системе. Влияние пояса Койпера на изучение Солнечной системы и эволюции ее формирования было огромным. Наше понимание происхождения архитектуры Солнечной системы сильно отличается от того, что мы думали раньше. И теперь мы понимаем, что Солнечная система работает далеко не как часы.

Пояс Койпера и облако Оорта

Кометы обычно не очень большие (около километра в диаметре), и они теряют массу (она уходит в хвост). Мы можем посчитать, как долго комета может терять массу по нашим меркам. И это происходит не очень долго - около 10 000 лет. Ядро кометы не может быть того же возраста, что и Солнечная система, которой уже 4,5 миллиардов лет. Скорее всего, они недавно появились в Солнечной системе. Другими словами, они только появляются в Солнечной системе где-то недалеко от Земли и, как только они появляются, начинают испаряться. Вопрос в том, откуда они берутся.

Есть два ответа на этот вопрос. Первый был сформулирован в 1950-х годах голландским астрономом Яном Оортом. Он выяснил, что долгопериодические кометы (те, чьи орбиты старше 200 лет) имеют эллиптическую орбиту очень большого размера, которая распространяется рандомно. Примерно равное количество приходит из разных сторон: из северного полушария, из южного, из сферического и изотропного источника. Сферический источник называют облаком Оорта. Оно выглядит как большой пчелиный рой, окружающий Солнечную систему. Он огромный, в 50 000 или 70 000 раз больше расстояния между Солнцем и Землей. Это источник долгопериодических комет. Мы не наблюдаем за объектами в облаке Оорта, потому что они слишком тусклые для наших телескопов. Все, что мы знаем об облаке Оорта, включая сведения о его существовании, было получено из комет, которые выбились из облака Оорта гравитацией пролетающих мимо звезд.

Комета ISON проходит мимо Венеры. Комета прилетела из облака Оорта

С другой стороны, короткопериодические кометы (с периодом меньше 200 лет) имеют относительно малую и круглую орбиту. Они распределены не рандомно, а, напротив, совмещены с плоскостью орбит Солнечной системы. Вопрос тот же: откуда они берутся? Оорт говорил, что они приходят из облака Оорта, но Юпитер смог поймать их и переломить их орбиты так, чтобы они сформировали диск. Эта идея принималась с 1950-х до 1980-х годов. Но оказалось, что Юпитеру сложно схватывать достаточно долгопериодических комет из облака Оорта и делать их короткопериодическими.

Пояс Койпера, который мы знаем, поставляет Солнечной системе короткопериодические системы. И так как пояс гораздо ближе (50 астрономических единиц вместо 50 000 астрономических единиц облака Оорта), мы можем наблюдать за ним, а не просто за предметами, которые залетели в околоземное пространство. Это еще одна причина, по которой пояс Койпера так нашумел среди астрономов.

Пояс Койпера и другие звездные системы

Остаточные диски - это аналоги пояса Койпера, которые находятся вокруг других звезд. Многие звезды того же типа, что и Солнце, имеют диски из пыли, в которых частички пыли в диске не могут жить долго. Мы можем посчитать, как долго существует пыль, и этот срок невелик. Тот факт, что звезда все еще имеет пылевой (или остаточный пылевой) диск, означает, что пыль появляется из какого-то источника. Модель пояса Койпера - это лучший известный нам источник пыли. Одно отличие состоит в том, что большинство остаточных дисков более массивны, чем пояс Койпера. Это сходится с той мыслью, что пояс Койпера был гораздо более массивен, чем он есть сейчас. Если посмотреть на массивные остаточные кольца, можно понять, как выглядела молодая Солнечная система.

Будущие направления исследований

Обнаружение пояса Койпера дало нам лучшее понимание того, как устроена Солнечная система, но мы все еще не можем видеть далекие ее части. Мы не можем наблюдать за облаком Оорта, потому что оно слишком далеко и объекты недостаточно яркие. Даже внешние части пояса Койпера не так просто найти. Мы предполагаем, что пояс Койпера смешивается с облаком Оорта, и хотели бы знать, где и как это происходит. Мы бы хотели измерить орбитальную структуру пояса более детально. Тогда у нас были бы более сильные догадки о происхождении и эволюции Солнечной системы. Например, резонансный захват работает по-разному, если планеты мигрируют медленно и плавно и если они мигрируют быстро и в прыгающем режиме. Измерения орбит объектов пояса Койпера потенциально могут рассказать нам, как мигрировал Нептун, и, возможно, даже как и как долго он это делал. Мы построили модели, которые адаптируются к новым наблюдениям Солнечной системы, но некоторые особенности остаются непонятными. Внешний край классического пояса Койпера - это не природная последовательность предложенных моделей. Будущие наблюдения могут помочь решить эту проблему, но важнее построить новые модели, чтобы улучшить общее понимание устройства Солнечной системы. В конце концов мы бы хотели исследовать пояс Койпера с помощью космического судна. К сожалению, существующие ракетные технологии не готовы к этой задаче. В ближайшие десятилетия прогресс придет из наблюдений с помощью наземных и космических телескопов.