Пояс Койпера и облако Оорта
Идеи о существовании связанного с Солнцем семейства комет высказывал еще в начале 70-х годов XIX века Джованни Скиапарелли. В 1950 году голландский космогонист Ян Оорт, проанализировав распределение орбит известных тогда комет, обнаружил, что большие полуоси их первичных орбит группируются к области, удаленной на расстояния более 200 000 а. е. Оорт предположил, что Солнечная система окружена гигантским облаком кометных тел (по его оценке насчитывающим до 1011 тел), находящихся на расстояниях от 20 000 до 200 000 а. е.
Если в 1950 году Оорт исходил из предположения о том, что эти тела были «заброшены» на такие расстояния в результате взрыва гипотетической планеты (которая раньше якобы существовала на месте современного главного пояса астероидов), то уже в 1951 перешел к представлениям, совпадающим с современными выводами. Считается, что в процессе роста планет-гигантов (в первую очередь Юпитера и Сатурна) при достижении ими достаточно большой массы гравитационные возмущения становятся настолько сильными, что начинается массовый выброс ими планетезималей из ближайших к их орбитам кольцевых зон. Практически все не вошедшие в планеты и находящиеся в этих зонах тела улетели во внешние области Солнечной системы. Облако, которое составили миллионы таких ледяных тел, в дальнейшем стали называть облаком Оорта. Это гигантский резервуар, в котором находятся кометные тела, и из которого под действием сближающихся с Солнцем звезд или гигантских газо-пылевых облаков они изменяют свои орбиты и попадают во внутреннюю область нашей планетной системы.
В 1951 году Койпер высказал гипотезу о существовании наряду с облаком Оорта еще одного резервуара комет. Первый объект пояса Койпера, расположенный на расстоянии 41 а. е., был открыт в 1992 году. Его назвали 1992QB1. В настоящее время открыто более 400 подобных объектов, размеры которых превышают 200 км, находящихся далеко за орбитой Нептуна и Плутона. По современным оценкам, в поясе Койпера до 35 000 объектов размерами свыше 100 км, а общая численность тел, по расчетам специалистов, оценивается в несколько миллиардов. Следовательно, пояс Койпера имеет полную массу, в сотни раз большую, чем пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера.
Объектов пояса Койпера на расстоянии, превышающем 100 а. е., не найдено. Либо далекие тела имеют более темную поверхность, либо за этой границей находятся только мелкие объекты. Ответить на вопрос, где заканчивается Солнечная система, предстоит в XXI веке.
Кроме обычных кометных ядер в поясе Койпера обнаружены объекты, поверхность которых имеет выраженный красный цвет. Красный цвет считают признаком наличия молекул, содержащих углерод и кислород, органические соединения. Могли ли кометы принести на Землю сырье для зарождения жизни?
В 2000 году в поясе Койпера обнаружен объект 20-й звездной величины, предварительно названный 2000WR106. По предварительным расчетам он имеет большие размеры (900–1200 км), чем самый крупный астероид Церера, обращающийся между Марсом и Юпитером. Но вне зависимости от этого 2000WR106 является обычным объектом пояса Койпера, а не новой планетой, открытой за орбитой Плутона. Средний радиус его орбиты составляет 43 а. е. Кстати, другой крупный объект пояса Койпера был обнаружен в начале 2000 года. Его радиус оценивается в 600 км.
Очередной крупный астероид в поясе Койпера был открыт в июле 2001 года на расстоянии 42–49 а. е. от Солнца. Он получил наименование 2001KX76. Этот астероид совершает три оборота вокруг Солнца за время, в течение которого Нептун обращается вокруг Солнца четыре раза. Предполагают, что размеры небесного тела составляют 1270 км; в этом случае, он превышает размеры Цереры и спутника Плутона Харона.
Открытия таких крупных объектов пояса Койпера лишний раз подтверждает, что Плутон – не девятая планета Солнечной системы, а лишь крупнейший объект пояса Койпера. Однако, пока решено сохранить за ним статус планеты.
 |
Население пояса Койпера и облака Оорта |
К концу XX века из ряда объектов пояса Койпера был выделен новый тип, названный плутино. К таким телам относят транснептуновые объекты, которые движутся на резонансных орбитах (их периоды обращения относятся к периоду обращения Нептуна как 3:2). Поскольку именно так движется и большая планета – Плутон, эти объекты назвали плутино, то есть маленькие плутончики. К концу ХХ века было открыто около 200 плутино. Все они имеют большую полуось, равную примерно 39 а. е., а эксцентриситеты и наклоны орбит их могут сильно различаться.
Новая страница наших знаний о Солнечной системе была начата в 1977 году, когда был открыт объект 1977UB, получивший название Хирон. Этот объект имел признаки как кометы (наличие комы и хвоста), так и астероида (его размеры значительно превосходят размеры известных комет). Именно поэтому его назвали в честь древнегреческого кентавра Хирона (получеловека-полулошади).
В 1992 году был обнаружен второй кентавр – Фол, а в 1993 – третий, Несс. Все объекты этого класса (к концу ХХ века их открыли более 20) называют в честь мифических кентавров, а сам класс так и назвали: кентавры. Все кентавры расположены между орбитами Юпитера и Нептуна, движутся по сильно вытянутым орбитам с большим эксцентриситетом, а наклон орбиты к плоскости эклиптики изменяется от 0° до 25°.
На темной поверхности кентавра Асбол телескопом им. Хаббла был сфотографирован яркий и светлый кратер. Во время столкновения здесь были обнажены ледяные недра астериода. Кентавры считают беглецами из поиска Койпера. Наличие такого кратера можно считать доказательством столкновения, приведшего к переходу объекта из пояса Койпера на орбиту, более близкую к Солнцу.
Наличием пояса Койпера и облака Оорта объясняются особенности орбит короткопериодических и долгопериодических комет. Орбиты короткопериодических комет лежат в одной плоскости с планетами Солнечной системы. Такие кометы сформировались на «окраине» Солнечной системы одновременно с планетами. И принадлежат они поясу Койпера. А орбиты долгопериодических комет могут быть расположены как угодно.
Ледяные сателлиты Солнца
