Пояс Койпера и Облако Оорта

На протяжении почти всего прошлого века единственным известным объектом, находившимся за пределами Нептуна, считался Плутон, небольшая планета диаметром всего 2300 км. Поначалу он казался уникумом, странным образом расположившимся на краю Солнечной системы. Астрономы классифицировали Плутон как девятую планету, при этом они пытались доказать, что он – «беженец» из иной части Солнечной системы.

И хотя наземные телескопы были слишком слабыми, чтобы разглядеть что-нибудь в такой дали, некоторые ученые имели свои представления о том, что притаилось в далекой темноте. Большинство таких теорий базировалось на движении комет.

ТЕОРИИ О ДАЛЕКОМ

В 1932 году эстонский астроном Эрнст Эпик осознал, что большинство долгопериодических комет достигают афелия (самой отдаленной точки от Солнца) примерно на одном и том же расстоянии.

Следовательно, позади орбиты Плутона лежит огромный резервуар комет. Кроме того, поскольку долгопериодические кометы имеют тенденцию появляться из любой области, такой резервуар не может быть расплющен в плоскости остальной Солнечной системы, а скорее должен представлять диффузное сферическое облако.

В начале 1950-х годов голландский астроном Ян Оорт пришел к таким же выводам, развил идею дальше и описал ее в виде того, что сейчас называется облаком Оорта.

Другие ученые также пытались разгадать тайну происхождения короткопериодических комет и Плутона. Ирландский астроном Кеннет Эджворт был первым, кто выдвинул в 1943 году идею о существовании пояса ледяных обломков за Нептуном, а Джерард Койпер только в 1951 году показал, как такой пояс мог появиться в условиях молодой Солнечной системы. Ученые называют это кольцо в форме бублика поясом Койпера.

И хотя напрямую наблюдать облако Оорта мы не можем, поведение комет показывает, что оно должно существовать. Что касается пояса Койпера, то, к счастью, далекие транснептуновые объекты (ТНО), помимо Плутона, оказались в зоне видимости самых мощных телескопов, а непрерывный поток открытий с начала 1990-х годов помог узнать сложную структуру внешней части Солнечной системы.

КАК ОРГАНИЗОВАН ДАЛЕКИЙ КОСМОС

Если собрать воедино орбиты всех известных ТНО, становится очевидным, что они делятся на несколько групп. Большая часть из них – члены так называемого классического пояса Койпера, который тянется в ширину от 42 до 48 а. е. от Солнца (примерно на 900 млн км). Объекты классического пояса Койпера (ОПК) можно разделить на две категории: крупную группу, следующую по почти круговым орбитам с малым наклонением в сторону эклиптики (т. е. плоскости Солнечной системы), и вторую группу, у членов которой более эллиптические орбиты с большим углом наклона. Считают, что эти два семейства имеют разное происхождение.

На сегодня открыто более 1000 ОПК, хотя предполагают, что в этом поясе содержится до 70 000 объектов диаметром 100 км и больше с общей массой, равной около 10 % земной. Объекты в поясе Койпера управляются, прежде всего, гравитацией Нептуна. Объекты, находящиеся на орбитах на расстоянии от 40 до 42 а. е., становятся нестабильными со временем и в конце концов могут оказаться на других траекториях или вообще за пределами пояса.

ОПК внутри пояса, похоже, избегают резонансных орбит, создавая между собой щели, похожие на щели Кирквуда в поясе астероидов, которые соответствуют расположению резонансных областей в орбите Юпитера. Объекты, приближающиеся к Нептуну, оказываются вытесненными на резонансную орбиту. Такие объекты называют плутино, их насчитывается уже свыше 200.

На расстоянии примерно 48 а. е. от Солнца плотность пояса Койпера резко падает. Пока отсутствуют причины, объясняющие, почему пояс не может простираться дальше этого барьера Койпера. Астрономы не могут определиться с тем, действительно ли это уже край или всего лишь широкий интервал, в котором может находиться еще один существующий мир – т. н. планета X.

ЗА КОЙПЕРОМ

Несмотря на резкий обрыв классического пояса Койпера, позади него существуют и другие объекты. Это объекты рассеянного диска (ОРД), небесные тела с крайне эллиптическими орбитами, которые выводят их в перигелии на расстояние 35 а. е. от Солнца, а в самых удаленных точках относят их вдаль на 100 а. е. Такие орбиты часто имеют очень большой наклон, иногда достигающий 40° относительно плоскости Солнечной системы.

Самый известный ОРД, бесспорно, Эрида, карликовая планета, большая по размерам, чем Плутон.

Большинство астрономов считает, что ОРД начинали свою жизнь как ОПК, но по мере миграции Нептуна по Солнечной системе вырывались на более эксцентрические орбиты. Некоторые ОРД были также рассеяны в другом направлении, они попадали в сторону Солнца и превращались в кентавры и кометы.

Эллиптическая форма орбит ОРД говорит о том, что они становятся нестабильными на протяжении длительных периодов времени и склонны к такого рода «разрывам», вот почему считается, что Рассеянный диск является крупнейшим источником короткопериодических комет.

Происхождение. При наличии такого количества различных групп объектов, происхождение которых нужно как-то объяснить, ни одна из существующих теорий образования внешней части Солнечной системы не дает ответы на все вопросы. Правда, большинство астрономов соглашается с тем, что кометы в облаке Оорта, а возможно, и в поясе Койпера, родились в зоне намного ближе к Солнцу. Кометы в облаке Оорта, как считается, сформировались вокруг сегодняшних орбит планет-гигантов и уже позднее были отброшены на нынешние далекие орбиты в результате встреч с этими растущими планетами в ходе их миграции в Солнечной системе. Объекты пояса Койпера представляют собой более сложный вопрос. Вполне возможно, что они образовались примерно там, где пребывают и сейчас.

В НАПРАВЛЕНИИ ООРТА

Что касается самого облака Оорта, то теоретические модели дают основание считать, что оно поделено на две отдельные области: кольцеобразное внутреннее облако (иногда именуемое облаком Хиллса) на расстоянии примерно от 2000 до 20 000 а. е. от Солнца и сферическое внешнее облако, которое начинается примерно в 50 000 а. е. от нашего светила.

В обеих областях вращаются триллионы маленьких комет, каждая диаметром не более пары километров; кроме того, масса только внешнего облака, возможно, равна пяти земным массам. Здесь засиживаются холодные спящие кометы, которые ожидают будоражащих событий – предположительно, случайного столкновения, приливных волн, поднятых проходящей звездой, которые могут резко вытеснить их в сторону внутренней части Солнечной системы.