Что находится за облаком оорта. Облако оорта. Облако Оорта: наблюдение
Облако Оорта - это гипотетический пояс вокруг Солнечной системы, наполненный астероидами и кометами. На сегодняшний момент ни один телескоп еще не способен засечь столь малые объекты на значительном расстоянии, однако множество косвенных свидетельств указывает, что на дальних границах нашей звездной системы существует подобное образование. Вместе с тем не следует путать пояс Койпера и облако Оорта. Первый также похож на и включает множество
небольших субъектов. Он был открыт сравнительно недавно, в двухтысячные годы, когда обнаружилось, что за орбитой Плутона вокруг Солнца вращаются некоторые из которых даже крупнее девятой по счету планеты, но при этом далеко не все они имели четкую и расчищенную орбиту, постоянно смещаясь в своей траектории под действием друг друга. Возникла дилемма: с одной стороны, их едва ли можно было назвать планетами, но с другой стороны, по своим размерам они больше Плутона. Тогда впервые в истории современные ученые создали четкий список критериев, которым должно соответствовать небесное тело, чтобы носить статус планеты. В результате чего Плутон лишился этого статуса. В последние годы ученые открыли десятки объектов в поясе Койпера. Самые крупные из них - Эрида и Седна.
А что же такое облако Оорта?
Если объекты пояса Койпера вполне доступны современным телескопам, то тела отстоят от Солнца на целый Рассмотреть на таком расстоянии непосредственно их в телескопы пока достаточно затруднительно. При этом астрофизики открыли уже десятки планет даже в других но, во-первых, это почти все планеты-гиганты вроде Юпитера, во-вторых, они наблюдаются не сами по себе, а благодаря гравитационному влиянию на свою звезду. Однако облако Оорта буквально шлет нам множество свидетельств о своем существовании. Речь идет о кометах, которые с постоянной периодичностью приходят в Солнечную систему, являясь посланниками этой сферы. Пожалуй, самым знаменитым примером будет Облако Оорта было названо так в честь нидерландского астрофизика, который еще в середине XX века предсказал его открытие, основываясь на наблюдении долгопериодических комет. Эта сфера, так же как и пояс Койпера, состоит из которые, в свою очередь, состоят в основном изо льда, а также метана, угарного газа, циановодорода, этана и других веществ. Очень вероятно, что там могут вращаться и каменные объекты.
Происхождение сферы
Современные астрофизики полагают, что Койпера пояс, Оорта облако - это то, что осталось из веществ, сформировавших Солнечную систему, но не вошедших в состав ни одной планеты. Около пяти миллиардов лет назад большая часть вещества взорвавшейся звезды первого поколения (то есть сформировавшейся относительно скоро после Большого взрыва) вследствие гравитации и миллионов лет уплотнения преобразовалась в новую звезду - Солнце. Небольшая часть этого протопланетного вращающегося диска собралась в огромные глыбы и сформировала планеты нашей системы. Остальная пыль и мелкие объекты туманности были выброшены на самый край Солнечной системы, образовав пояс Койпера и совсем уж далекую сферу облака Оорта.
Облако Оорта — удаленная структура Солнечной системы, существование которой обосновано теоретическими выкладками, но не доказано на практике. Предполагают, что отсюда начинают свое странствие долгопериодические кометы. Многие сведения о нашем уголке Вселенной, обнаруженные в процессе исследований, хорошо согласуются с гипотезой существования облака. Некоторые космические тела уже сегодня официально носят статус объектов этой гипотетической структуры. Однако непосредственно облако Оорта еще не было зафиксировано.
Открытие на кончике пера
Первое упоминание о возможном существовании такой структуры появилось в 1932 году. Автором предположения был советский ученый Эрнст Эпик. Спустя примерно двадцать лет, в 50-х годах прошлого века, нидерландский астроном Ян Оорт независимо выдвинул гипотезу о существовании структуры, являющейся источником долгопериодических комет. Впоследствии гипотетическое облако получило имя этого ученого.
Существовавшие на тот момент теории не могли объяснить того факта, что Солнечная система содержит достаточно внушительное число комет. Их орбиты непостоянны и, по логике, большинство из них должно было разрушиться в результате столкновения друг с другом или же с более массивными телами. Недолговечен и материал, из которого состоят кометы. Это в основном летучие вещества, испаряющиеся при приближении тела к Солнцу. Подобный процесс быстро приводит к разрушению ядра.
Оорт предположил, что кометы сформировались не на своих орбитах, а в удаленной от светила области. Там они проводят большую часть своей «жизни». Эта гипотеза объясняет значительное число сохранных по своей структуре комет.
Родина хвостатых странников
Сегодня существование облака Оорта признается большим числом астрономов всего мира. В современной науке, таким образом, принято выделять две зоны, в которых зарождаются кометы. Первая — это связанные пояс Койпера и рассеянный диск. Они считаются источником комет короткопериодического типа. Для них характерны достаточно близкие орбиты с незначительным наклонением к плоскости эклиптики. Период обращения таких тел вокруг Солнца - менее 200 лет.
Второй источник — это облако Оорта. Здесь находятся ядра долгопериодических комет (период обращения - более 200 лет). Для них характерны эллиптические, сильно вытянутые орбиты. Что касается угла наклона к плоскости эклиптики, то в случае с долгопериодическими кометами он может быть самым разным.
Протяженность
По самым минимальным оценкам, облако Оорта располагается на расстоянии 2-5 тысяч астрономических единиц от Солнца. Максимально его отодвигают вплоть до 50-100 или даже 200 а. е. Внешняя часть структуры является гравитационной границей Солнечной системы, так называемой сферой Хилла. Ее протяженность составляет, по оценкам ученых, два световых года.
Структура
Выделяют два облака Оорта Солнечной системы. Первое — внешнее сферическое — располагается на расстоянии 20-50 тысяч астрономических единиц от светила. Второе называется внутренним и имеет форму тора. Внешнее облако в меньшей степени испытывает влияние Солнца. Именно оно считается «родиной» долгопериодических комет, а также комет, относящихся к семейству Нептуна.
Внутреннее кольцо названо облаком Хиллса в честь Джека Хиллса, астронома, в 1981 году предположившего его существование. Согласно теоретическим подсчетам, внутреннее облако содержит значительно больше кометных ядер, чем внешнее. Отсюда они предположительно время от времени переходят в более удаленную область. Так происходит пополнение кометного «запаса» внешнего облака.
Еще одним вероятным источником космических тел в структуре Оорта является рассеянный диск. По расчетам уругвайского астронома Хулио Анхеля Фернандеса, около половины объектов этой части Солнечной системы перенаправлено во внешнюю область. Возможно, рассеянный диск до сих пор снабжает облако Оорта дополнительными кометными ядрами.
Происхождение
Солнечная система сформировалась примерно 4,6 миллиарда лет назад. По мнению ученых, в то время вокруг светила образовались молодые планеты и астероиды. Здесь же формировались и будущие объекты облака Оорта. После появления таких гигантов, как Юпитер, Уран и Нептун, орбиты этих космических тел стали значительно более вытянутыми. За траекторией движения Плутона постепенно начала формироваться структура, состоящая из кометных ядер. По расчетам ученых, максимальная суммарная масса была достигнута облаком Оорта приблизительно через 800 млн лет после появления. Позже в этой области стали преобладать процессы уменьшения количества объектов.
Эволюция
Сферическая форма внешнего облака сложилась под воздействием гравитации близлежащих звезд, а также так называемых галактических приливных сил. Последние воздействуют на космические объекты подобно Луне, влияющей на воды Мирового океана. Действие этих факторов изменило орбиты кометных ядер: они стали более приближенными по форме к круговым.
Астрофизики отмечают, что подобная судьба ждет и облако Хиллса. Под воздействием Солнца оно со временем также приобретет сферическую форму.
Объекты
«Население» облака Оорта — это миллиарды ледяных космических тел. Суммарная масса внешней его сферической части оценивается в 3*10 25 кг. Аналогичный параметр для облака Хиллса на данный момент остается неизвестным.
Ледяные объекты в результате воздействия проходящих мимо звезд попадают во внутренние области Солнечной системы. Здесь они классифицируются как долгопериодические кометы.
Объекты, «населяющие» облако, а также пояс Койпера, в основном состоят изо льда разного происхождения (замерзшие вода, аммиак, метан). Этим «местные жители» отличаются от космических тел, наполняющих Главный пояс астероидов, который располагается между орбитами Юпитера и Марса.
Гости с границы Солнечной системы
Помимо долгопериодических комет, к числу «жителей» облака Оорта относят такие транснептуновые объекты, как Седна, 2000 CR 105 , 2006 SQ 372 , 2008 KV 42 и 2012 VP 113 . Их орбиты характеризуются сильно удаленным афелием и значительным эксцентриситетом. В 2008 году были приведены доказательства того, что астероид 2006 SQ 372 относится к объектам облака Оорта. По поводу происхождения Седны и 2000 CR 105 ученые не сходятся во мнениях. Некоторые астрономы причисляют их к телам рассеянного диска. Все названные объекты на сегодняшний день остаются наиболее удаленными из открытых в Солнечной системе.
Трудности
Главный аргумент противников теории существования облака Оорта — тот факт, что его до сих пор никто не наблюдал. По мнению многих ученых, в пользу достоверности гипотезы свидетельствовала бы зернистость или смазанность на фотоизображениях удаленного космоса, сделанных телескопом «Хаббл». Однако подобных эффектов не наблюдается. Вопросы возникают и при детальном рассмотрении гипотезы происхождения облака.
Тем не менее большая часть научного мира склоняется к правдоподобности теории. Многие наблюдаемые факты, обнаруженные и теоретически выведенные закономерности хорошо согласуются с гипотезой о существовании облака Оорта. Сегодня малые тела Солнечной системы: астероиды, кометы, метеориты — находятся в центре внимания крупных международных исследовательских проектов. Поэтому вполне вероятно, что в ближайшее время астрофизики получат сведения, которые позволят однозначно доказать или опровергнуть теорию Яна Оорта.
Картина, нарисованная Г. Гамовым, была красочной, полной внутреннего драматизма и очень убедительной. Но, увы, и его космогонические рецепты не сумели удовлетворить всех запросов специалистов. Нет-нет да и возникала на астрономическом горизонте какая-нибудь темная тучка. «Вновь наблюденная» особенность солнечной системы постоянно не влезала в предложенную теоретическую схему. Так еще в гипотезе К. Вейцзеккера не получалось объяснения происхождения комет. Их разнообразие никак не поддавалось единому «механизму» образования. Может быть, это вообще чужаки, случайно залетевшие к нам из «горных сфер»?
Небесные скитальцы, которых так боялись в прошлые века и которые в семидесятые годы получили презрительное название «видимое ничто», самым удивительным образом распадались на коротко- и долгопериодические. Первые никакой загадки собой не представляли, поскольку их афелии группировались возле планет-гигантов. И их происхождение уместно было связывать с этими планетами. А вот вторая группа…
Директор Лейденской обсерватории профессор Я. Оорт (кстати, с 1966 года иностранный член АН СССР) собрал огромное количество информации по долгопериодическим кометам. Он выписал значения больших полуосей их орбит и обнаружил, что большинство имеют величину примерно в 150 тысяч астрономических единиц. Может быть, все-таки кометы-«чужаки» поставляются межзвездным пространством?
Нет, Оорт был убежден, что они — члены солнечного семейства, путешествующие вместе с нашим светилом по вселенной. А что такое тогда 150 тысяч астрономических единиц? И Я. Оорт возрождает старую идею, высказанную еще итальянским астрономом XIX века Д. Скиапарелли об облаке комет, окружающем солнечную систему. Он облекает ее в изящную математическую форму, утверждая, что 150 тысяч астрономических единиц не что иное, как критическое расстояние. Вспомните сферу Хилла. Если большая полуось кометной орбиты выйдет за этот предел, главной возмущающей силой станет уже не Солнце, а звезды. Их влияния могут быть настолько велики, что вполне способны увести дальних странников из пределов солнечной системы. Звезды же влияют и на то, что постепенно самые дальние кометы, изменяя свои орбиты, переходят в ближнюю область и становятся видны с Земли.
Гипотеза Оорта объясняла многие особенности кометного семейства. Причем результаты его теоретических выводов совпадали с расчетами наблюдателей.
Источником образования комет Я. Оорт считал возможный взрыв планетоподобного тела, орбита которого пролегала некогда между и Юпитером. Одни осколки получили при этом примерно круговые орбиты, потеряли под действием солнечных лучей имевшийся первоначально газ и стали обычными малыми планетами и метеоритами. Другие, получившие эллиптические орбиты, испытали на себе возмущения многих планет. Их должно остаться достаточно много, даже если предположить, что большая часть из них потерялась в космосе, вполне достаточно, чтобы образовать внешнее облако комет. Эти осколки могли удержать при себе и лед, и аммиак, и метан, потому что на таких больших расстояниях (порядка 100 тысяч а. е.) свет Солнца во много раз слабее, чем на Земле. И его лучи не в состоянии произвести необратимых изменений в составе кометы.
Пожалуй, гипотеза Оорта впервые более или менее свела концы с концами в вопросе происхождения комет и нашла им место в общей космогонии солнечной системы.
На данный момент самой далекой планетой в Солнечной системе признан Нептун. Что касается Плутона, то с 2006 года Международным астрономическим союзом он был разжалован из определения быть "планетой" и стал частью пояса Койпера, получив определение "карликовая планета". Далекие небесные объекты у которых среднее расстояние до Солнца больше, чем у Нептуна при этом они обращаются вокруг Солнца получили название "транснептуновые объекты". Поэтому к самым крупным транснептуновым объектам, располагающимся в поясе Койпера относятся Плутон, его крупный спутник Харон, массивная карликовая планета Эрида и еще около 1400 транснептуновых объектов
За орбитой самой дальней планетой от Солнца Нептуна начинается пояс Койпера, который представляет собой остаточный материал после построения Солнечной Системы в виде различных объектов похожих на астероиды, только состоящие в основном из льда, метана, аммиака и воды.
После открытия пояса Койпера в 1992 году количество обозначенных объектов превысило 1000, среди которых известные карликовые планеты Плутон, Хаумеа и Макемаке.
В начале открытия полагали, что именно пояс Койпера является строительным материалом для комет, небольшой орбитальный период которых не превышал 200 лет, однако позже выяснилось, что источником может быть динамически активная область, которую назвали рассеянный диск, орбиты объектов которой уходят на большое расстояние от Солнца (свыше 100 а.е.)
Рассеянный диск
Данный регион слишком далеко находится от Солнца, где располагается небольшое количество небесных тел, состоящие в основном изо льда. Как и из чего появилась область со столь "рассеянными" объектами, (они же классифицируются, как "транснептуновые объекты"), но большинство ученых склоняются к мнению, что такое поле появилось из объектов Пояса Койпера за счёт гравитационного взаимодействия с внешними планетами, одной из которых был крупной планетой Нептун.
Еще не подтвержденная техническими средствами область очень далекая от Солнца от 50 тыс. до 100 тыс. а.е. (это примерно 1 световой год) и около 1/4 расстояния до Проксимы Центавра, ближайшей звезды к нашей Солнечной системы.
Пояс Койпера (иногда также называемый пояс Эджворта-Койпера) – область Солнечной системыоторбитыНептуна(30а.е.отСолнца) до расстояния около 55 а.е. от Солнца. Хотя пояс Койпера похож напояс астероидов, он примерно в 20 раз шире и в 200 раз массивнее последнего. Он состоит в основном измалых тел, то есть материала, оставшегося после формирования Солнечной системы. Объекты пояса Койпера состоят главным образом излетучих веществ(называемых льдами), таких какметан,аммиакивода. В этой области ближнего космоса находятся по крайней мере трикарликовые планеты:Плутон,ХаумеаиМакемаке. Кроме того, считается, что некоторые спутники планет Солнечной системы, такие как спутникНептуна–Тритони спутникСатурна–Феба, также возникли в этой области.
С тех пор, как в 1992 году пояс был открыт, число известных объектов пояса Койпера превысило тысячу, и предполагается, что ещё более 70 000 объектов с диаметром более 100 км пока не обнаружены. Ранее считалось, что пояс Койпера – главный источник короткопериодических кометс орбитальными периодами менее 200 лет. Однако наблюдения, проводимые с середины 1990-х годов, показали, что пояс Койпера динамически стабилен. Настоящий источник этих комет –рассеянный диск, динамически активная область, созданная 4,5 миллиарда лет назад; объекты рассеянного диска, такие какЭрида, уходят по своим орбитам очень далеко от Солнца (до 100 а. е.).
История открытия
После открытия Плутона многие учёные полагали, что он не единственный в своём роде объект. Различные предположения по поводу области космоса, ныне известной как пояс Койпера, выдвигались в течение нескольких десятков лет, однако первое прямое доказательство его существования было получено только в 1992 году. Так как гипотезы о природе пояса Койпера, предшествовавшие его открытию, были весьма многочисленны и разнообразны, то трудно сказать, кто именно первым выдвинул подобную гипотезу.
Первым астрономомв 1930 году, выдвинувшим предположение о существовании транснептуновой популяции, былФредерик Леонард. В 1943 году, в статье Журнала Британской астрономической ассоциации,Кеннет Эджвортпредположил, что в области космоса за орбитой Нептуна первичные элементы туманности, из которойсформировалась Солнечная система, были слишком рассеяны для того, чтобы уплотниться в планеты. Исходя из этого, он пришёл к выводу, что «внешняя область Солнечной системы за орбитами планет занята огромным количеством сравнительно небольших тел» и что время от времени одно из этих тел «покидает своё окружение и появляется как случайный гость внутренних областей Солнечной системы», становяськометой.
В 1951 году, в статье для журнала Астрофизика, Джерард Койперпредположил, что подобный диск образовался на ранних этапах формирования Солнечной системы; однако он не считал, что такой пояс сохранился и до наших дней. Койпер исходил из распространённого для того времени предположения о том, что размерыПлутонаблизки к размерам Земли и потому Плутон рассеял эти тела к облаку Оорта или вообще из Солнечной системы. Если бы гипотеза Койпера оказалась верной, то пояс Койпера не находился бы там, где мы его сейчас наблюдаем.
В последующие десятилетия гипотеза принимала много различных форм: например, в 1962 году физик Алистер Кемеронвыдвинул гипотезу о существовании «огромной массы мелкого материала на окраине Солнечной системы», а позднее, в 1964 году,Фред Уипплпредположил, что «кометный пояс» может быть достаточно массивным, чтобы вызвать заметные возмущения в орбитальном движенииУрана.Наблюдения, однако, исключили эту гипотезу.
В 1977 году Чарльз Ковальоткрыл ледяной планетоидХирон, орбита которого расположена между Сатурном и Ураном. Сегодня известно, что на орбитах между Юпитером и Нептуном существует целая популяция кометоподобных небесных тел, именуемых «кентаврами». Орбиты кентавров непостоянны и имеют динамические времена жизни в несколько миллионов лет. Поэтому со времён открытия Хирона астрономы предполагали, что популяция кентавров должна пополняться из какого-то внешнего источника.
Новые доказательства в пользу существования пояса Койпера были получены в ходе исследования комет. Давно было известно, что кометы обладают конечным временем жизни. Когда они приближаются к Солнцу, его высокая температура испаряетлетучие вещества с их поверхности в открытый космос, постепенно уничтожая их. Чтобы не исчезнуть задолго до современного этапа жизни Солнечной системы, эта популяция небесных тел должна постоянно пополняться. Предполагают, что одна из областей, из которой идёт такое пополнения – это «облако Оорта», сферический рой комет, простирающийся более чем на 50000а. е.от Солнца, гипотеза о существование которого была впервые выдвинутаЯном Оортомв 1950 году. Считается, что в этой области возникают долгопериодические кометы – такие, например, каккомета Хейла-Боппас периодом обращения в тысячелетия.
Однако есть и другая группа комет, известная как короткопериодическиеили «периодические» кометы – например,комета Галлеяс периодом обращения менее 200 лет. К 1970-м годам темпы открытия новых короткопериодических комет стали все хуже и хуже согласовываться с предположением о том, что они происходят только изоблака Оорта. В 1988 году группа канадских астрономов провела серию компьютерных моделирований с целью определить, все ли короткопериодические кометы прибыли из облака Оорта. Они обнаружили, что далеко не все короткопериодические кометы могли происходить из этого облака – в частности, потому, что они группируются вблизи плоскостиэклиптики, тогда как кометы облака Оорта прилетают практически из любой области неба. После того, как описанный Фернандесом пояс был добавлен в расчёты, модель стала соответствовать наблюдениям. Тремен назвал эту гипотетическую область космоса «поясом Койпера».
После создания первых карт области пространства за Нептуном исследования показали, что зона, теперь называемая поясом Койпера, не является местом происхождения короткопериодических комет. На самом деле они образуются в другой, похожей области, которую называют «рассеянный диск». Рассеянный диск образовался в те времена, когда Нептун мигрировал ко внешним границам Солнечной системы в область, позднее ставшей поясом Койпера, которая тогда была значительно ближе к Солнцу, и оставил за собой семейство динамически стабильных объектов, на движение которых он никак не может воздействовать (собственно пояс Койпера), а также отдельную группу объектов, перигелии которых достаточно близки к Солнцу для того, чтобы Нептун мог возмущать их орбиты (рассеянный диск). Поскольку рассеянный диск динамически активен, тогда как пояс Койпера динамически стабилен, первый сегодня считается наиболее вероятным источником короткопериодических комет.
