Пояс койпера и облако оорта. «Пограничная застава» на окраине Солнечной системы Объекты пояса 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.

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.

Астроном Джерард Койпер, в честь которого назван пояс Койпера

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.

Спутник Сатурна - 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.

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.

После того как в 1930 году открыли Плутон, надолго установилось представление о нем как о последней планете Солнечной системе, а о самой системе - как о девятипланетной. Не так давно открытый пояс Койпера перевернул привычные представления о Солнечной системе.

Оказалось, что за орбитой Нептуна вращается еще множество объектов. Сначала, как часто бывает в астрономии, пояс Койпера предположили. Еще в 1949 Кеннет Эджворт, исследуя пути комет, высказал гипотезу о существовании некоего пространства, откуда прилетают кометы. В разные годы приходили к похожей мысли другие астрономы.

Любопытно, что как раз Джерард Койпер полагал, что если источник комет, загадочный пояс, и существует, то в очень удаленном пространстве, а непосредственно за Плутоном космос пуст. Тем не менее почему-то все-таки обнаруженному сразу за Плутоном поясу дали именно это название - пояс Койпера.

Как вы знаете, в 1930 году за планетой Нептун была обнаружена еще одна планета - Плутон. С тех пор было принято считать, что Солнечная система состоит из девяти планет, их спутников, астероидов и комет. Однако давно высказывалось предположение, что Солнечная система этим себя не исчерпывает. В 1949 году два астронома, англичанин Кеннет Эджворт и американец Джерард Койпер, предположили, что за орбитой Нептуна и Плутона, примерно на расстоянии 35-50 а.е. от Солнца должен быть «пояс» из различных объектов. Откуда, возможно и прилетают кометы и астероиды. Однако вплоть до 1978 года не удалось обнаружить ни одного объекта, кроме спутника Плутона - Харона.

И вот, наконец, в 1992 году был открыт первый объект пояса Койпера, обозначенный 1992QB1 - диаметром 280 км. Но это было только начало. Вскоре после этого открытия объектов посыпались как из рога изобилия. Так, к 2000 году было обнаружено уже 270 объектов.

На сегодняшний день в поясе Койпера насчитывается более 70 тысяч объектов диаметром более 100 км. 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.

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).

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.

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.

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. Было выдвинуто предположение, 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.

Если про процесс образования планет Солнечной системы мы кое-что знаем, то образование пояса Койпера пока объясняется только гипотезами. Высказывается теория, что все тела, которые образуют пояс, были сформированы намного ближе к Солнцу и впоследствии были отброшены планетами-гигантами на окраины Солнечной системы. Как же это происходило? Стройная система образования планет Солнечной системы рушится на глазах. Какие силы должны были быть задействованы, чтобы выбрасывать на занептунную орбиту десятки тел размером, по меньшей мере, с Плутон? Следовательно, в процессе формирования планет происходили сотни столкновений, приведшие к нынешнему положению планет Солнечной системы.

Статус Плутона. Как видите, все эти открытия изрядно «расшатали» стройную и чинную ранее систему планет. Если раньше считалось, что система состоит из четырех внутренних планет, четырех планет-гигантов и самой маленькой «планеты-бродяги» Плутона, то теперь Солнечная система пополнилась тысячами новых домочадцев.

Если раньше он был самой маленькой планетой Солнечной системы, то теперь он может гордиться званием самого большого члена пояса Койпера. Скорее всего, Плутон принадлежит к семейству планет из пояса. В настоящее время в поясе Койпера не обнаружено планет крупнее Плутона.

Пояс Койпера - область Солнечной системы, лежащая за орбитой Нептуна. Простирается на расстояниях 30 - 55 а.е. от Солнца. Первые объекты в поясе Койпера были открыты в 1992 году, если не считать открытие Плутона в 1930-ом.

Пояс Койпера , как и Главный (Внутренний) пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера, состоит из малых тел, оставшихся от ранних этапов формирования Солнечной системы. Но, по современным представлениям, астероиды пояса Койпера состоят в основном не из скальных пород, как астероиды Главного пояса, а из замёрзших кусков воды и газов вроде аммиака и метана.
Пояс Койпера не только больше Внутреннего пояса по своим размерам, но тяжелее от 20 до 200 раз. Уже открыто более тысячи объектов, но предполагают существоване ещё нескольких десятков тысяч неоткрытых объектов диаметром более 100км.

Плутон, недавно разжалованный из планет в разряд карликовых планет, тоже принадлежит к поясу Койпера. Кроме Плутона, здесь также располагаются и другие карликовые планеты - Макемаке и Хуамеа. Эрида вроде бы тоже "здесь", но её орбита уходит далеко за пределы пояса и принадлежит одновременно к Рассеянному Диску. Рассейнный диск может рассматриваться как часть пояса Койпера, но чаще его понимают как переходную зону - от пояса Койпера к Облаку Орта.

На сегодняшний день в поясе Койпера открыто больше тысячи крупных астероидов. Предполагаемое число неоткрытых мелких объектов размером около ста километров - несколько десятков тысяч. Общая масса пояса Койпера в десятки раз больше массы внутреннего кольца астероидов.

Одно время считалось, что пояс Койпера является поставщиком комет с периодом обращения до 200 лет. которые периодически залетают во внутренние области Солнечной системы. Но, по последним данным больше похоже, что объекты пояса имеют сравнительно устойчивые орбиты, а кометы этого типа прилетают к нам из гораздо более далёкого Рассеянного Диска.
Также, есть предположения, что некоторые малые тела Солнечной системы первоназчально возникли в поясе Койпера и лишь потом оказались во внутренних областях Солнечной системы. Таковы например спутник Нептуна Тритон и спутник Сатурна Феба.

Объекты пояса Койпера иногда делят на три вида: 1. Кьюбивано - это классические обитатели пояса Койпера. Они омеют почти круговые орбиты и их движение не связано с движением других планет. Названы так по имени первого открытого объекта - 1992 QB1. Сюда входят также например Макемаке, Квавар и Варуна. 2. Плутино - названы в честь карликовой планеты Плутон. Орбиты Плутино находятся в орбитальном резонансе с движением Нептуна в виде целых чисел: 1:2, 2:3, 2:5, 3:4, 3:5, 4:5 и так далее. Сюда входят такие тела как Орк, Иксион и Хуйа. 3. Рассеянные объекты, принадлежащие или частично принадлежащие Рассеянному диску. Самые известные представители: Эрида и Седна.

Самые большие объекты пояса Койпера

№	Название	Экваториальный диаметр (км)	Большая полуось, а. е.	Перигелий, а. е.	Афелий, а. е.	Период обращения вокруг Солнца (лет)	Год открытия
136199	Эрида	2330 ±10	67,84	38,16	97,52	559	2005
134340	Плутон	2390	39,45	29,57	49,32	248	1930
136472	Макемаке	1500 +400/−200	45,48	38,22	52,75	307	2005
136108	Хаумеа	~1500	43,19	34,83	51,55	284	2005
134340	Харон	1207 ±3	39,45	29,57	49,32	248	1978
225088	2007 OR10	~1535	67,3	33,6	101,0	553	2016
50000	Квавар	~1100	43,61	41,93	45,29	288	2002
90482	Орк	946,3 +74,1/−72,3	39,22	30,39	48,05	246	2004
55565	2002 AW197	940	47,1	41,0	53,3	323	2002
20000	Варуна	874	42,80	40,48	45,13	280	2000
28978	Иксион		39,70	30,04	49,36	250	2001
55637	2002 UX25	681 +116/−114	42,6	36,7	48,6	278	2002

Значения экваториальных диаметров даны со значениями возможных отклонений в обе стороны. или расскажите друзьям:

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.