На окраине Солнечной системы

На данный момент астрономы хорошо изучили внутреннюю область нашей Солнечной системы, а вот что находится на ее окраине — до сих пор точно не известно. Эта область стала для ученых источником сенсационных открытий, за последние десятилетия в ней обнаружили ряд довольно значительных по размеру космических объектов.

Знакомьтесь: пояс Койпера!

Пояс Койпера иногда называют границей нашей Солнечной системы, хотя это не так. А вот то, что он находится на ее окраине, не вызывает сомнения. Никто не искал специально этот «пояс» и не предсказывал его обнаружение. Были только предположения, что на самом краю Солнечной системы могут находиться еще не открытые объекты. В 1943 году ирландец Кеннет Эджворт в своей статье написал: «Возможно, есть какие-то небесные тела на краю Солнечной системы, которые слишком тусклые, чтобы мы их увидели, и, возможно, они относятся к кометам». Это предположение не было чем-то научно обосновано, но, можно сказать, попало в цель.

Гораздо более известно предположение американского астронома голландского происхождения Жерарда Койпера. В 1951 году в своей работе он отметил странность того факта, что Плутон является границей Солнечной системы, и предположил ее продолжение после него. Также он заявил: «Если бы на границе Солнечной системы были маленькие объекты, гравитация Плутона (который 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 ошибался насчет Плутона, его масса составляет только 0,2% массы Земли, поэтому особо сильного воздействия на окружающие его небесные тела он не оказывает. Любопытно, что Койпер в какой-то мере отрицал наличие того, что потом назвали поясом Койпера, хотя некоторые считают, что, наоборот, он его предсказал. Первооткрывателем пояса стал астроном Дэвид Джевитт. В 1992 году за известными тогда пределами Солнечной системы ученый обнаружил объект 1992 QB1. Прошло пять лет, за это время он нашел еще более сорока таких объектов. К середине 2016 года их число возросло до 2 тысяч. Область, где были найдены эти объекты, назвали поясом Койпера.

Как мы видим, его открыли сравнительно недавно, поэтому многие параметры этой области еще неизвестны. Вот признание одного из ученых: «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». Пояс Койпера простирается на расстоянии от 30 до 50 а. е. (а. е. — астрономическая единица — 150 млн км) от Солнца.

Сейчас считают, что пояс Койпера является областью реликтов времен образования Солнечной системы. Главным образом он состоит из малых тел, хотя многие из крупнейших объектов пояса после уточнения их параметров могут получить статус карликовых планет. По прикидке ученых, более 100 тысяч объектов пояса Койпера имеют диаметр больше 50 км, многие из них обладают спутниками. Здесь рождаются и короткопериодические кометы. Пока трудно сказать, сколько объектов содержит пояс, по мнению астрономов, их может быть сотни тысяч плюс огромное множество комет.

Плутон и его космическое семейство

Еще в начале 2000-х Нейл Тайсон, директор планетария Американского музея естественной истории, не считал Плутон планетой. Он говорил: «Плутон, наполовину состоящий изо льда, должен по праву занять трон короля пояса Койпера». Кончилось тем, что Плутон на самом деле в 2006 году исключили из числа планет, и теперь их у нас восемь, а не девять. Основной причиной исключения Плутона из семейства планет стал его небольшой размер, диаметр этого космического тела всего 2376,6 км. Кроме этого, размер Плутона меньше 7 спутников-лун других планет. У Плутона есть свой спутник Харон, почти сходный с ним по размеру. Они так сильно влияют друг на друга, что ученые определили их как «двойную планету». Вокруг Плутона и Харона обращаются четыре спутника — Никта, Гидра, Кербер и Стикс.

После открытия ряда объектов в поясе Койпера выяснилось, что Плутон почти неотличим от них. Если абстрагироваться от размера, реальным отличием является только отражательная способность Плутона, которая делает его гораздо ярче других объектов. Теперь Плутон относится к транснептуновым объектам и считается карликовой планетой, так же как Церера, Хаумеа, Макемаке и Эрида. В будущем к этому семейству могут присоединиться Седна, Орк и Квавар. Не исключается вариант, что и спутник Плутона Харон будет переклассифицирован в карликовую планету.

Эрида была открыта 5 января 2005 года группой американских астрономов во главе с Майклом Брауном. Какое-то время это космическое тело даже претендовало на статус десятой планеты Солнечной системы. Открытие Эриды, которая долгое время считалась крупнее Плутона, и подтолкнуло к исключению последнего из числа планет. Однако с помощью данных, полученных с АМС «Новые горизонты», выяснилось, что Плутон все же немного больше Эриды и пока является самым крупным из транснептуновых объектов.

Среднее расстояние Эриды от Солнца составляет 68,05 а. е. (10,18 млрд км). Период обращения Эриды вокруг Солнца — 561 год. Ее диаметр составляет 2326±12 км. На поверхности карликовой планеты лежит метановый снег, в котором присутствует примесь азотного льда, доля которого растёт с глубиной. У Эриды есть спутник Дисномия, который обращается на расстоянии 37 тыс. км от нее, затрачивая на полный оборот около 16 земных суток. На данный момент Эрида занимает по размеру второе место среди карликовых планет после Плутона.

Квавар (2002 LM60) диаметром около 1300 км является одним из крупнейших объектов пояса Койпера. Впервые его удалось сфотографировать еще в 1980 году. Однако к семейству транснептуновых тел его причислили только в 2002 году. Он обращается на орбите диаметром около 42 а. е. с периодом 288 лет. Состоит из камня и водяного льда. У Квавара есть спутник Вейвот 100 км в диаметре. Довольно необычное название Квавар взято из мифологии народа тонгва, некогда проживавшего на территории нынешнего Лос-Анджелеса, и означает великую созидательную силу.

Макемаке — третья по величине (после Плутона и Эриды) карликовая планета, почти 1500 километров в диаметре. Была открыта в 2005 году американскими астрономами. Год на Макемаке длится как 306 земных. Ее поверхность покрыта метановым снегом и льдом.

27 апреля 2016 года с помощью телескопа «Хаббл» у этой карликовой планеты был обнаружен спутник. Эта темная луна отражает столь незначительное количество света, что ее очень долго не могли заметить.

Хаумеа — довольно необычная карликовая планета. Она и ее две маленькие луны, Хииака и Намака кружатся в пространстве с невероятной скоростью (один оборот вокруг оси за 4 часа). Полагают, что за счет такого стремительного вращения Хаумеа имеет сильно вытянутую форму и напоминает мяч для регби.

Мы перечислили далеко не все уже открытые в поясе Койпера объекты. Он содержит столь значительное количество космических тел, что со временем «семейство» Плутона обязательно обзаведется новыми членами. Кто знает, может, один из них даже превзойдет по размеру бывшую девятую планету?

«Облако» из ледяных объектов

Пояс Койпера — это еще не край Солнечной системы, за ним располагается облако Оорта, гораздо более глобальное образование. Еще в 1950 году нидерландский астроном Ян Оорт высказал предположение, что источником так называемых долгопериодических комет, изредка появляющихся во внутренней части Солнечной системы, является протяженная сферическая оболочка, состоящая из ледяных тел. Она находится на окраинах Солнечной системы и простирается в сфере, радиусом от 5 000 до 100 000 а. е. Вот этот огромный «рой», в котором миллиарды ледяных объектов, и называют облаком Оорта.

Иногда под влиянием внешних сил происходит нарушение орбиты одного из тел этого облака и оно направляется во внутреннюю часть Солнечной системы как долгопериодическая комета. У таких комет очень протяженная и вытянутая орбита, поэтому их обычно наблюдают всего один раз. А вот короткопериодические кометы с периодом обращения менее 200 лет прилетают к нам из пояса Койпера. По предположению ученых, объекты, составляющие облако Оорта, когда-то сформировались рядом с Солнцем и оказались рассеяны гравитационными воздействиями планет-гигантов на окраине Солнечной системы на раннем этапе ее развития.

Полагают, что наибольшую плотность облако Оорта имеет в плоскости эклиптики, где сосредоточена примерно одна шестая всех составляющих его объектов. Считается, что пространство, находящееся за облаком Оорта, к Солнечной системе уже не относится. Есть гипотеза о том, что у внутренней границы облака Оорта (30 тысяч а. е.) может находиться внушительная по размеру планета — газовый гигант Тюхе. Не исключают и возможность наличия в облаке других планет.