Пояс койпера и облако оорта. Что такое пояс койпера Облако койпера

Рисунок астероида из пояса Койпера

Когда мы смотрим в чёрное небо, то понимаем, что светящиеся точки бесконечно малы по сравнению с тёмной пустотой. Чаще любуемся звёздами, реже наблюдаем планеты, но они не единственные жители космоса. В этой кажущейся пустоте находятся целые миры, скопления, огромные семьи небесных тел.

Пояс Койпера - ледяной мир на окраине Солнечной системы. Это пространство, состоящее из малых объектов. Многие из них меньше нашей подружки — Луны. Пояс расширяется за орбитой Нептуна и выглядит, как пончик: толстенький и круглый.

Учёные считают Пояс Койпера родным домом комет. Там рождаются короткопериодические кометы. Они проходят по орбите менее, чем за 200 лет.

Количество жителей ледяного семейства неизвестно. Предполагаются сотни тысяч объектов и триллион комет. На данный момент подтверждено существование 1300.

Карликовые планеты, принадлежащие Поясу Койпера, обладают тоненькими атмосферами, которые разрушаются, по мере отдаления планеты от Солнца. У некоторых из них есть крошечные спутницы - луны. Особенные из них, больше Плутона. Из-за этого факта Плутон лишили статуса планеты. Совершенно понятно, что в ледяном мире жизни быть не может.

В 2015 году учёные надеются узнать много нового о поясе Койпера от космической миссии «Новые горизонты», которая приближается к Плутону.

Его открыли, потому что очень этого хотели

Астрономы только предполагали наличие объектов за Плутоном. Споры велись весь двадцатый век. В 1943 г. Кеннет Эджворт выдвинул гипотезу, что кометы, посещающие Солнечную систему, это небесные тела, проживающие за её внешней границей. По неизвестным причинам они покидают привычные места и путешествуют ближе к Солнцу. Своё имя Пояс Койпера получил от Джерарда Койпера. Астроном говорил о возможности наличия диска из множества ледяных тел, но считал влияние Плутона достаточно сильным. Предполагал, что Плутон рассеял тела к далёкому облаку Оорта.

По мере того, как учёные обнаруживали на орбитах Урана, Сатурна, Нептуна ледяные планетоиды, гипотеза об огромном скоплении таких тел крепла и ждала своего подтверждения. Доказательство нашли Девид Джуит и Джейн Лу. Пять лет фотографировали и изучали кажущуюся пустоту. В августе 1992 года они увидели первый объект пояса Койпера, затем, через шесть месяцев, второй объект. Сейчас, в ходе исследования известных тел, продолжают открывать всё новые и новые объекты.

Жители Пояса Койпера

Астрономы называют тела в этой области - объект пояса Койпера, сокращённо ОПК. Исследования ОПК основываются на параметрах отражающей поверхности. Так определяют размер. По составу ОПК содержат, в замороженном состоянии, углекислый лёд, азот, метан, аммиак, метанол, возможно воду. Точное количество обитателей пояса неизвестно. При открытии нового объекта, учёные классифицируют его, как планету или астероид. На это уходят годы, потому что видимость ограничена, сведения минимальны и чаще, приходится основываться на предположениях.

Хаумеа

Хаумеа со спутниками

Наиболее необычным ОПК является Хаумеа. Предполагают, что она образовалась от сильнейшего удара в результате столкновения. Сейчас Хаумеа и её две маленькие луны, Хииака и Намака, кружатся с поразительной скоростью - один оборот вокруг оси за четыре часа. За счёт такого стремительного вращения Хаумеа похожа на мяч для регби.

Планета Седна названа в честь ледяной эскимоской богини. Период её вращения 10500 лет. Она отдаляется от Солнца в самую холодную область системы. Седну не всегда причисляют к ОПК, потому что она путешествует значительно дальше, но открыта благодаря изучению Пояса Койпера.

Эрида и Дисномия

Карликовая планета Эрида меньше Плутона на 10%. Она совершает оборот вокруг Солнца за 560 лет. Имеет спутницу - луну Дисномию.

Плутон

Плутон самый известный ОПК. Долгое время его считали ледяным изгнанником на окраине системы. Сейчас, он член многочисленного семейства карликовых планет. Им дали название «плутинос», за наличие схожих характеристик.

Харон

Харон ближайший спутник Плутона. Они настолько влияют друг на друга, что учёные дали им определение «двойной планеты». Атмосферы планет связаны между собой. Однако, они отличаются по своему составу. Харон покрыт водяным льдом, а Плутон - азотным.

Квавар один из крупнейших объектов. Его диаметр около 1300 км. Планета состоит из камня и водяного льда.

На её поверхности 220 гр. мороза. Имеет спутник - Вейвот, 100 км в диаметре.

Макемаке совершает свой круг вокруг Солнца за 306 лет. Поверхность покрыта метановым снегом и льдом. Имеет временную атмосферу из азота, которую уносит планетарный ветер при удалении от Солнца.

Для учёных-астрономов Пояс Койпера - это неисчерпаемый источник сюрпризов. Они открывают, сравнивают, спорят и определяют всё новые планеты и астероиды. Для изучения используется самая современная техника. Эта область Солнечной системы ещё не раз удивит впечатляющими открытиями.

Под малыми телами Солнечной системы обычно подразумевают хорошо всем известные астероиды и кометы. В течение длительного времени считалось, что в Солнечной системе существуют два главных резервуара этих малых тел. Один из них – это Главный астероидный пояс, который располагается между Марсом и А другой – это Облако Оорта, находящееся далеко на краю Солнечной системы. Главный астероидный пояс, в соответствии с его названием, содержит только астероиды. А Облако Оорта является главным резервуаром для комет. Это облако носит имя знаменитого голландского астронома, предсказавшего его существование.

Древние свидетели

Традиционный интерес к исследованиям комет и астероидов заключается в следующем. Обычно считается, что эти малые тела состоят из вещества, оставшегося еще со стадии протопланетного диска вокруг Солнца. Это значит, что их изучение дает информацию о процессах, происходивших в Солнечной системе еще до образования .

​ Астероиды – это малые планеты, имеющие диаметры в интервале от 1 до 1000 км. Их орбиты расположены примерно между орбитами и Юпитера.

История открытия Главного астероидного пояса началась с предсказания в 1596 году великого астронома Иоганна Кеплера. Он полагал, что между орбитами Марса и Юпитера должна существовать отдельная планета. В 1772 году немецкий ученый И. Тициус предложил эмпирическую формулу, согласно которой неизвестная планета должна находится на расстоянии 2,8 а.е. от Солнца (1 а.е. – это одна астрономическая единица, равная расстоянию от Земли до ~150 млн км). Закон, который описывается этой формулой, получил название закона Тициуса-Боде. В 1796 году на специальном конгрессе ученых – астрономов был принят проект поиска этой неизвестной планеты. И спустя четыре года итальянский астроном Дж. Пиацци открыл первый астероид – .

Затем знаменитый немецкий астроном Г. Ольберс открыл второй астероид, получивший название Паллада. Так состоялось открытие Главного астероидного пояса Солнечной системы. К началу 1984 года число астероидов этого пояса с надежно установленными параметрами орбит достигло 3000. Научная работа по открытию новых астероидов и уточнению их орбит продолжается и по сей день.

Кометы и облако Оорта

​ Другой вид малых тел – кометы, также принадлежит Солнечной системе. Кометы, как правило, движутся вокруг Солнца по вытянутым эллиптическим орбитам различных размеров. Они произвольно ориентированы в пространстве. Размеры орбит большинства комет в тысячи раз больше поперечника планетной системы. Большую часть времени кометы находятся в самых удаленных точках своих орбит (афелиях). Образуя, таким образом, кометное облако на далеких окраинах Солнечной системы. Это облако и получило название Облака Оорта.

Это облако простирается далеко от Солнца, достигая расстояний в 105 а.е. Считается, что Облако Оорта содержит до 1011 кометных ядер. Периоды обращения наиболее удаленных комет вокруг Солнца могут достигать значений 106-107 лет. Напомним, что знаменитая комета наших дней – комета Хейла-Боппа прибыла к нам из ближайших окрестностей Облака Оорта. Ее орбитальный период составляет всего (!) около трех тысяч лет.

Образование Солнечной системы

Проблема происхождения малых тел Солнечной системы тесно связана с проблемой происхождения самих планет. В 1796 году французский ученый П. Лаплас выдвинул гипотезу об образовании Солнца и всей Солнечной системы из сжимающейся газовой туманности. Согласно Лапласу, часть газового вещества отделилась от ядра туманности под действием возросшей при сжатии центробежной силы. Это прямо следует из закона сохранения момента количества движения. Это вещество и послужило материалом для образования планет.

Эта гипотеза встретилась с трудностями, которые были преодолены в работах американских ученых Ф. Мультона и Т. Чемберлена. Они показали, что более вероятным является образование планет не прямо из газа, а скорее из малых твердых частиц, названных ими планетозималями. Поэтому в настоящее время считается, что процесс образования планет Солнечной системы проходил в два этапа. На первом этапе из пылевого компонента первичного облака околосолнечного вещества образовалось множество промежуточных тел размером в сотни километров (планетозималей). И лишь затем на втором этапе из роя промежуточных тел и их обломков аккумулировались планеты.

​ В Солнечной системе может существовать несколько резервуаров таких промежуточных тел, или планетозималей. В 1949 году астроном К.Е. Эджворт (K.E. Edgeworth), а затем в 1951 году астроном Дж.П. Койпер (G.P. Kuiper) предсказали существование другого резервуара – семейства транснептуновых объектов. Они возникли на ранней стадии образования Солнечной системы. Являясь остатками протопланетного диска, эти предсказанные объекты должны были концентрироваться на орбитах с малыми эксцентриситетами и углами наклона непосредственно вокруг Нептуна. Гипотетический резервуар таких объектов и получил название пояс Койпера (КП, Kuiper Belt).

​ ОТКРЫТИЕ ПОЯСА КОЙПЕРА:

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СОСТАВЛЯЮЩИХ ЕГО ОБЪЕКТОВ

​ Начнем с того факта, что исследование орбиты знаменитой кометы Галлея позволило дать грубую оценку массы пояса Койпера в пределах до 50 а.е. от Солнца. Она должна составлять довольно малую часть массы Земли.

​ Многочисленные фотографические поиски медленно движущихся объектов пояса Койпера (ОК) долго не приводили к успеху. Наконец, в 1930 году астроном Томба открыл первый новый объект за пределами орбиты Нептуна. Это была планета Плутон. Следует сразу заметить, что масса Плутона необычайно мала и составляет всего 0,0017 М Земли. В то время как масса Нептуна равняется 17,2 М Земли.

В 1979 году был открыт второй объект – 2060 Хирон, который относится к группе объектов, получивших название Кентавры. Кентавр – это объект, орбита которого лежит в области между Юпитером и Нептуном. Неудачи в поиске новых объектов были связаны с недостаточной эффективностью фотографического метода наблюдений. После появления полупроводниковых твердотельных приемников излучения (так называемых ПЗС-приборов с зарядовой связью) стало возможным проведение более глубоких обзоров неба. Появилась возможность регистрации света, отраженного от естественных космических малых тел с размером порядка 100 км и меньше в районе орбиты Нептуна и далее.

​ Астрономы создали специальную программу поиска таких тел – Программу наблюдения космического пространства (Spacewatch program). И в результате работы этой программы были открыты еще два объекта, принадлежащие к группе Кентавров – это 5145 Фолус и 1993НА2 .

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.

Пояс Койпера - это дискообразная область ледяных объектов за орбитой Нептуна – в миллиардах километрах от нашего Солнца. Плутон и Эрида являются самыми известными из этих ледяных миров. Там могут быть еще сотни ледяных карликов. Пояс Койпера и еще более далекое Облако Оорта, как полагают, являются домом для комет, вращающихся вокруг Солнца.

10 фактов, которые необходимо знать о Поясе Койпера и Облаке Оорта

1. Пояс Койпера и Облако Оорта – это области пространства. Известные ледяные миры и кометы в обеих областях значительно меньше, чем Луна Земли.
2. Пояс Койпера и Облако Оорта окружают наше Cолнце. Пояс Койпера представляет собой кольцо в форме пончика, расширяясь как раз за орбитой Нептуна на расстоянии приблизительно от 30 до 55 а.е. Облако Оорта представляет собой сферическую оболочку, занимающую пространство на расстоянии от пяти тысяч до 100 тысяч а.е.
3. Долгопериодические кометы (у которых период обращения более 200 лет) происходят из Облака Оорта. Короткопериодические кометы (период обращения меньше 200 лет) берут начало в поясе Койпера.
4. В пределах пояса Койпера могут быть сотни тысяч ледяных тел размером более 100 км (62 миль) и около триллиона или больше комет. Облако Оорта может содержать более триллиона ледяных тел.
5. Некоторые карликовые планеты в пределах пояса Койпера имеют тонкие атмосферы, которые разрушаются, когда их орбиты несут их на самое дальнее расстояние от Солнца.
6. Несколько карликовых планет в поясе Койпера имеют крошечные луны.
7. Не существует известных колец вокруг миров в любом участке пространства.
8. Первой миссией в поясе Койпера является миссия "Новые Горизонты". Она достигнет Плутона в 2015 году.
9. Насколько известно, область пространства не способна поддерживать жизнь.
10 Пояс Койпера и облако Оорта названы по именам астрономов, которые предсказали их существование в 1950-х: Джерард Койпер и Ян Оорт.

Облако Оорта
В 1950 году голландский астроном Ян Оорт предположил, что некоторые кометы приходят из огромной, очень далекой сферической оболочки ледяных тел, окружающих Солнечную систему. Эта гигантская туча объектов теперь называется Облако Оорта, занимающее пространство на расстоянии от 5000 до 100 000 астрономических единиц. (Одна астрономическая единица, или а.е., равна среднему расстоянию Земли от Солнца: около 150 млн. км или 93 миллиона миль.)

Внешнее пространство Облака Оорта, как полагают, находится в области пространства, где гравитационное влияние Солнца слабее, чем влияние ближайших звезд.

Иллюстрированное изображение Облака Оорта

Облако Оорта, вероятно, содержит от 0,1 до 2 трлн ледяных тел в солнечной орбите. Иногда гигантские молекулярные облака, звезды, проходящие неподалеку, или приливные взаимодействия с диском Млечного Пути нарушают орбиты некоторых из этих тел во внешней области Облака Оорта, в результате чего объекты падают внутрь Солнечной системы, это так называемые долгопериодические комета. Эти кометы имеют очень большие, эксцентричные орбиты, и им необходимо тысячи лет, чтобы облететь Солнце. В истории человечества они наблюдались во внутренней Солнечной системе только один раз.

Пояс Койпера
В отличие от долгопериодических, короткопериодическим кометам нужно менее 200 лет, чтобы облететь вокруг Солнца, и они путешествуют примерно в той же плоскости, в которой находятся орбиты большинства планет. Как предполагается, они происходят из дискообразной области за Нептуном, называемой пояс Койпера, названный в честь астронома Джерарда Койпера. (Его иногда называют пояс Эджворта-Койпера, признавая независимое и предыдущее обсуждение Кеннета Эджворта.) Объекты в облаке Оорта и в поясе Койпера, предположительно, являются остатками от формирования Солнечной системы около 4,6 миллиарда лет назад.

Иллюстрированное изображение Пояса Койпера

Пояс Койпера простирается приблизительно от 30 до 55 а.е. и, вероятно, заполнен сотнями тысяч ледяных тел размером более 100 км (62 миль) в диаметре и приблизительно триллион или более комет.

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 марте 2004 года группа астрономов объявила об обнаружении планеты, как транснептунового объекта, вращающейся вокруг Солнца на экстремальной дистанции, в одной из самых холодных известных областях нашей солнечной системы. Объект (2003VB12), названный Седной в честь эскимосской богини, которая живет на дне холодного Ледовитого океана, приближается к Солнцу только на короткое время по своей 10500-летней орбите. Он никогда не входил в пояс Койпера, у которого область внешней границы находится примерно в 55 а.е. - вместо этого, Седна движется по длинной, вытянутой эллиптической орбите от 76 до почти 1000 а.е. от Солнца. Поскольку орбита Седны находится на такой экстремальной дистанции, ее первооткрыватели предположили, что это первое наблюдаемое небесное тело, принадлежащее к внутренней части Облака Оорта.

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.

Обе отдаленные области названы по именам астрономов, предсказавших их существование - Джерард Койпер и Ян Оорт. Объекты, обнаруженные в поясе Койпера, получили свои названия по именам персонажей из различных мифологий. Эрида названа в честь греческой богини раздора и вражды. Хаумеа названа в честь гавайской богини плодородия и деторождения. Кометы из обеих областей, как правило, называются в честь человека, который обнаружил их.

Крупнейшие объекты пояса Койпера

Карликовая планета Эрида

Ледяной карликовой планете Эрида требуется 557 земных года, чтобы совершить один полный оборот вокруг нашего Солнца. Плоскость орбиты Эриды расположена вне плоскости планет Солнечной системы и простирается далеко за пределы пояса Койпера, в зону ледяного мусора за пределами орбиты Нептуна.

Карликовая планета Эрида так часто находится далеко от Солнца, что ее атмосфера разрушается и полностью замерзает на поверхности в ледяной глазури. Ее поверхность отражает столько же солнечного света, сколько свежевыпавшей снег.

Движение Эриды на ночном небе

Ученые считают, температура поверхности Эриды изменяется в промежутках от -359 градусов по Фаренгейту (-217 градусов по Цельсию) до -405 градусов по Фаренгейту (-243 градусов по Цельсию). Тонкая атмосфера Эриды начинает таять, когда планета подходит ближе к Солнцу, обнажаю свою скалистую поверхность, похожую на Плутон.

Эрида оказалась больше Плутона. Это открытие вызвало дебаты в научном сообществе и в конечном итоге привело к пересмотру определения планеты Международным Астрономическим Союзом.

Как показали последние наблюдения, Эрида на самом деле может быть меньше, чем Плутон. Плутон, Эрида и другие подобные объекты в настоящее время классифицируются как карликовые планеты. Они также называются плутоиды, в знак признания особого места Плутона в нашей истории.

Эрида слишком мала и слишком далека, чтобы быть увидена. Дисномия является единственным известным спутником карликовой планеты Эрида. Эта и другие мелкие спутники вокруг карликовых планет, позволили астрономам вычислить массу родительского тела.

Дисномия играет важную роль в определении того, как сопоставимы Плутон и Эрида друг к другу.

Все астероиды в поясе астероидов могли бы легко поместиться внутри Эриды. Тем не менее, Эрида, как и Плутон меньше, чем спутник Земли Луна.

Эрида была впервые замечена в 2003 году во время обследования внешней Солнечной системы Майком Брауном из обсерватории Паломар, Чадом Трухильо из обсерватории Гемини и Дэвидом Рабиновичем из Йельского университета. Открытие было подтверждено в январе 2005 года и было представлено в качестве возможной 10-й планеты нашей Солнечной системы, так как это был первый объект в поясе Койпера, который оказался больше, чем Плутон.

Первоначально она называлась 2003 UB313. Эрида названа в честь древнегреческой богини раздора и вражды. Название соответствует истине, поскольку Эрида остается в центре научной дискуссии об определении планеты.

Спутник Эриды Дисномия названа в честь дочери Эриды, которая являлась богиней беззакония.

Карликовая планета Плутон

Карликовая планета Плутон является единственной планетой-карликом в Солнечной системе, которая стояла в ряду основных планет. Не так давно Плутон считался полноценной девятой планетой, наиболее удалённой от Солнца. Теперь же он рассматривается, как один из самых крупных объектов пояса Койпера – тёмной дискообразной зоны, за пределами орбиты Ньютона, содержащий триллионы комет. Плутон причислили к планетам-карликам в 2006 году. Это событие рассматривалось, как понижение в статусе и вызвало бурные споры и дискуссии в научных и общественных кругах.

История открытия планеты Плутон
Признаки существования Плутона впервые заметил астроном из США Персиваль Лоуэлл в 1905 году. Наблюдая за Непутном и Ураном, он обнаружил отклонения в их орбитах и предположил, что это вызвано действием гравитации неизвестного крупного небесного объекта. В 1915 году он рассчитал возможное местоположение этого объекта, но умер, так и не найдя его. В 1930 году Клайд Томбо из Обсерватории Лоуэлла, основываясь на прогнозах Лоуэлла, обнаружил девятую планету и сообщил об её открытии.

Что означает имя «Плутон»?
Плутон – это единственная планета в мире, название которой было дано 11-летним ребёнком - девочкой Венецией Берни (Оксфорд, Англия). Венеция посчитала уместным назвать вновь открытую планету именем римского бога и высказала это мнение своему дедушке. Он же передал идею своей внучки в обсерваторию Лоуэлла. Название Плутон было принято. Необходимо отметить, что две первых буквы этого слова отражают инициалы Персиваль Лоуэлла. Особенности планеты Плутон
Поскольку Плутон находится очень далеко от Земли, о его размерах и условиях на его поверхности известно очень мало. По имеющимся данным, масса Плутона менее одной пятой массы Земли, а диаметр - около двух третьих от диаметра Луны. Поверхность Плутона предположительно состоит из скалистого основания, покрытого мантией из водяного льда, замёрзшего метана и азота.

Странные горы на Плутоне, которые возможно, являются ледяными вулканами

Орбита планеты Плутон в Солнечной системе имеет большой эксцентриситет, то есть она очень далека от круговой. Расстояние Плутона до Солнца может значительно варьироваться. Когда Плутон приближается к Солнцу, его лед начинает таять и образует атмосферу, состоящую преимущественно из азота и метана. На Плутоне гравитация значительно меньше земной, поэтому его атмосфера во время оттепели расширяется, простираясь значительно выше, чем атмосфера Земли. Предполагается, что когда Плутон совершает обратное путешествие, удаляясь от Солнца, большая часть его атмосферы вновь замерзает, и почти полностью исчезает. В период обладания атмосферой, на поверхности Плутона, вероятно, присутствуют сильные ветра. На поверхности Плутона температура составляет около -375 °F(-225 C).

Фотография туманной Арктики Плутона, сделанная космическим аппаратом Новые Горизонты

Долгое время из-за огромного расстояния до Плутона астрономы мало что знали о его поверхности. Но шаг за шагом они всё больше приближаются к раскрытию многих его тайн. Благодаря орбитальному телескопу Хаббл, получены изображения Плутона. На них разные области поверхности планеты предстают в красноватых, желтоватых и сероватых тонах и с любопытным ярким пятном в районе экватора. Возможно, что это место богато замороженной окисью углерода. По сравнению с прошлыми фотографиями Хаббла, можно увидеть, что поверхность Плутона со временем меняет свой цвет, становясь более красной. Предположительно это связано с сезонными изменениями.

Увеличенное изображение региона Томбо на Плутоне

Эллиптическая орбита Плутона находится в 49 раз дальше от Солнца, чем земная орбита. Во время своего обращения вокруг Солнца, длящегося 248 земных лет, Плутон в течение 20 лет к Солнцу находится ближе, чем Нептун. В этот период астрономы получают шанс изучать этот небольшой, холодный, далекий мир. Последний период максимального сближения Плутона и Солнца закончился в 1999 году. Таким образом, после 20 лет пребывания в качестве 8-й планеты, Плутон пересек орбиту Нептуна, чтобы вновь стать самой далекой планетой (до признания его карликом).

Карликовая планета Макемаке

Наряду с другими карликовыми планетами, такими как Плутон и Хаумеа, Макемаке находится в поясе Койпера – области, расположенной за пределами орбиты Нептуна. Астрономы полагают, что Макемаке лишь немного меньше, чем Плутон. Этой карликовой планете требуется около 310 земных лет, чтобы совершить один полный оборот вокруг нашего Солнца.

Астрономы обнаружили признаки замороженного азота на поверхности Макемаке. Кроме того, были также обнаружены замороженный этан и метан. Астрономы полагают, что гранулы метана, присутствующие на Макемаке, могут достигать одного сантиметра в диаметре.

Ученые также обнаружили доказательства толинов – молекул, которые образуются каждый раз, когда солнечный ультрафиолетовый свет взаимодействует с веществами, такими как этан и метан. Толины обычно вызывают красно-коричневый цвет, именно поэтому при взгляде на Макемаке она имеет красноватый оттенок.

Макемаке занимает важное место в Солнечной системе, потому что она, наряду с Эридой, была одним из объектов, открытие которых побудило Международный Астрономический Союз пересмотреть определение планет и создать новую группу карликовых планет.

Макемаке впервые наблюдалась в марте 2005 года Майклоом Брауном, Чедвиком Трухильо и Дэвидом Рабиновицем в обсерватории Паломар. Она была официально признана как карликовая планета Международным Астрономическим Союзом в 2008 году.

Первоначально она имела обозначение 2005 FY9. Макемаке названа в честь бога плодородия в рапануйской мифологии. Рапануи являются коренными жителями острова Пасхи в юго-восточной части Тихого океана, расположенного в 3600 км от побережья Чили.

Карликовая планета Хаумеа

Имея странную форму, карликовая планета Хаумеа является одним из наиболее быстро вращающихся крупных объектов в нашей Солнечной системе. Она совершает поворот вокруг своей оси каждые четыре часа. Быстрое вращение карликовой планеты астрономы обнаружили в 2003 году. Она примерно такого же размера, как и Плутон. Также как Плутон и Эрида, Хаумеа вращается вокруг нашего Солнца в Поясе Койпера - дальней зоне ледяных объектов за орбитой Нептуна. Хамуее требуется 285 земных года, чтобы совершить полный оборот вокруг Солнца.

Возможно, миллиарды лет назад большой объект врезался в Хаумеа и придал ей такое вращение, а заодно создал два ее спутника: Хииака и Намака. Астрономы полагают, что Хаумеа состоит изо льда и камня.

Хаумеа была открыта в марте 2003 года в обсерватории Сьерра-Невада в Испании. Официальный анонс ее открытия произошел в 2005 году. В том же году были обнаружены ее спутники.

Первоначально оно обозначалась как 2003 EL61. Хаумеа названа в честь гавайской богини родов и плодородия. Ее спутники названы по имени дочерей Хаумеа. Хииака является покровителем богине острова Гавайи и танцоров хула. Намака - дух воды в гавайской мифологии.

Спутник Плутона - Харон

Спутник Харон составляет почти половину размера Плутона. Эта маленькая луна настолько велика, что Плутон и Харон иногда называют двойной карликовой планетарной системой. Расстояние между ними составляет 19 640 км (12 200 миль).

На этой новой фотографии области крупнейшего спутника Плутона - Харона можно увидеть уникальную особенность, а именно многочисленные впадины, которые можно разглядеть на увеличенном фрагменте изображения в правой его части.

Космический телескоп Хаббл сфотографировал Плутон и Харон в 1994 году, когда Плутон был на расстоянии около 30 а.е. от Земли. Эти фотографии показали, что Харон является более серым, чем Плутон (который имеет красный оттенок), указывая, что они имеют разные поверхностные композиции и структуры.

Изображение Харона высокого разрешения, полученное с Long Range Reconnaissance Imager, установленного на космическом аппарате НАСА Новые Горизонты при максимальном приближении к поверхности 14 июля 2015 года с наложенным увеличенным цветным снимком с камеры Ralph/Multispectral Visual Imaging Camera (MVIC).

Полный оборот Харона вокруг Плутона составляет 6,4 земных суток, а один оборот Плутона (1 день на Плутоне) занимает 6,4 земных суток. Харон ни поднимается ни опускается на орбите системы. С одной и той же стороны Харона всегда стоит Плутон - это называется приливной захват. По сравнению с большинством планет и лун, система Плутон-Харон наклоняется на своей стороне, как и Уран. Орбита Плутона ретроградна: она вращается в обратном направлении, с востока на запад (Уран и Венера также имеют ретроградные орбиты).

Харон был открыт в 1978 году, когда остроглазый астроном Джеймс Кристи заметил, что изображения Плутона были странно вытянутыми. Казалось, что капля вращается вокруг Плутона. Направление удлинения циклически назад и вперед по 6,39 дней - период вращения Плутона. Ведя поиск по архивам изображений Плутона, снятых несколько лет назад, Кристи нашел еще случаи, когда Плутон казался вытянутым. Дополнительные изображения подтвердили, что он открыл первый известный спутник Плутона.

Кристи предложил название Харон в честь мифологического перевозчика, который вез души через реку Ахерон, одну из пяти мифических рек, которые окружали подземный мир Плутона. Помимо мифологической связи для этого названия, Кристи выбрал его, потому что первые четыре буквы также соответствуют имени его жены, Шарлин.