Пояс Койпера

Большинство известных объектов пояса Койпера имеют большую полуось в диапазоне примерно между 35 и 48 а.е. (красные и синие объекты на диаграмме). Считается, что кентавры (показаны жёлтым) и объекты рассеянного диска (серые) ранее тоже располагались в поясе Койпера, но были рассеяны Нептуном внутрь и наружу

Пояс Ко?йпера (иногда также называемый пояс Э?джворта — Койпера ) — область Солнечной системы от орбиты Нептуна (30 а. е. от Солнца ) до расстояния около 55 а. е. от Солнца [1]. Хотя пояс Койпера похож на пояс астероидов. он примерно в 20 раз шире и в 20—200 раз массивнее последнего [2] [3]. Как и пояс астероидов, он состоит в основном из малых тел. то есть материала, оставшегося после формирования Солнечной системы. В отличие от объектов пояса астероидов, которые в основном состоят из горных пород и металлов, объекты пояса Койпера (ОПК) состоят главным образом из летучих веществ (называемых льдами), таких как метан. аммиак и вода. В этой области ближнего космоса находятся по крайней мере три карликовые планеты. Плутон. Хаумеа и Макемаке. Кроме того, считается, что некоторые спутники планет Солнечной системы, такие как спутник Нептуна  — Тритон и спутник Сатурна  — Феба. также возникли в этой области [4] [5] .

С тех пор, как в 1992 году пояс был открыт [6]. число известных ОПК превысило тысячу, и предполагается, что ещё более 70 000 ОПК с диаметром более 100 км пока не обнаружены [7]. Ранее считалось, что пояс Койпера — главный источник короткопериодических комет с орбитальными периодами менее 200 лет. Однако наблюдения, проводимые с середины 1990-х годов, показали, что пояс Койпера динамически стабилен и что настоящий источник этих комет — рассеянный диск. динамически активная область, созданная направленным вовне движением Нептуна 4,5 миллиарда лет назад [8] ; объекты рассеянного диска, такие как Эрида. похожи на ОПК, но уходят по своим орбитам очень далеко от Солнца (до 100 а. е.).

Плутон — крупнейший известный объект пояса Койпера. Первоначально он считался планетой, но был переклассифицирован как карликовая планета. По составу Плутон напоминает прочие объекты пояса Койпера, а его период обращения позволяет отнести его к подгруппе ОПК под названием «плутино ». В честь Плутона подгруппу из четырёх известных на данный момент карликовых планет, обращающихся за орбитой Нептуна, называют «плутоидами ».

Пояс Койпера не следует путать с гипотетическим облаком Оорта. которое расположено в тысячи раз дальше. Объекты пояса Койпера, как и объекты рассеянного диска и облака Оорта, относят к транснептуновым объектам (ТНО) [9] .

Содержание

История [ править | править исходный текст ]

Гипотезы [ править | править исходный текст ]

Астроном Джерард Койпер. в честь которого назван пояс Койпера

В 1943 году, в статье Журнала Британской астрономической ассоциации. Кеннет Эджворт предположил, что в области космоса за орбитой Нептуна первичные элементы туманности, из которой сформировалась 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» [11] и что время от времени одно из этих тел «покидает своё окружение и появляется как случайный гость внутренних областей Солнечной системы» [12]. становясь кометой .

В 1951 году, в статье для журнала Астрофизика. Джерард Койпер предположил, 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 размеры Плутона близки 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 [13] .

В последующие десятилетия гипотеза принимала много различных форм: например, в 1962 году физик Алистер Кемерон выдвинул гипотезу о существовании «огромной массы мелкого материала на окраине Солнечной системы» [14]. а позднее, в 1964 году, Фред Уиппл (популяризатор известной теории «грязного снежка », объясняющей строение кометы) предположил, что «кометный пояс» может быть достаточно массивным, чтобы вызвать заметные возмущения в орбитальном движении Урана. которые инициировали поиски пресловутой планеты за орбитой Нептуна. или, по крайней мере, чтобы затронуть орбиты известных комет [15]. Наблюдения, однако, исключили эту гипотезу [14] .

В 1977 году Чарльз Коваль открыл ледяной планетоид Хирон. орбита которого расположена между Сатурном и Ураном. Он использовал блинк-компаратор  — то же самое устройство, которое пятидесятью годами ранее помогло Клайду Томбо открыть Плутон [16]. В 1992 году был обнаружен другой объект с похожей орбитой — Фол [17]. 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 [18]. Поэтому со времён открытия Хирона астрономы предполагали, что популяция кентавров должна пополняться из какого-то внешнего источника [19] .

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 испаряет летучие 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 [20]. Предполагают, что одна из областей, из которой идёт такое пополнения — это «облако Оорта », сферический рой комет, простирающийся более чем на 50 000 а. е. от Солнца, гипотеза о существование которого была впервые выдвинута Яном Оортом в 1950 году [21]. Считается, что в этой области возникают долгопериодические кометы — такие, например, как комета Хейла-Боппа с периодом обращения в тысячелетия.

Однако есть и другая группа комет, известная как короткопериодические или «периодические» кометы — например, комета Галлея с 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 из облака



Оорта [22]. Для того, чтобы объект из облака Оорта стал короткопериодической кометой, он сначала должен быть захвачен планетами-гигантами. В 1980 году, в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Хулио Фернандес подсчитал, что на каждую комету, которая движется из облака Оорта во внутренние области Солнечной системы, приходится 600 комет, которые выбрасываются в межзвёздное пространство. Он предположил, что кометный пояс между 35 и 50 а. е. мог бы объяснить наблюдаемое количество комет. [источник не указан 1230 дней ] Развивая работы Фернандеса, в 1988 году группа канадских астрономов, в которую входили Мартин Дункан, Томас Куин и Скот Тремен, 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 плоскости эклиптики. 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 [23]. Так как слова «Койпер» и «кометный пояс» присутствовали в первом предложении статьи Фернандеса, Тремен назвал эту гипотетическую область космоса «поясом Койпера» [24] .

Открытие [ править | править исходный текст ]

Телескопы на вулкане Мауна-Кеа. при помощи которых был обнаружен пояс Койпера

В 1987 году астроном Дэвид Джуитт. из МТИ всерьёз задумался над «кажущейся пустотой внешней Солнечной системы» [6]. Пытаясь обнаружить другие объекты за орбитой Плутона. он говорил помогавшей ему аспирантке Джейн Лу. «Если этого не сделаем мы, то не сделает никто» [25]. Используя телескопы обсерватории Китт-Пик в Аризоне и обсерватории Сьерро-Тололо в Чили. Джьюит и Лу вели поиски почти тем же способом, что Клайд Томбо и Чарльз Коваль. при помощи блинк-компаратора [25]. Первоначально проверка каждой пары пластинок занимала до 8 часов [26]. однако потом этот процесс был сильно ускорен при помощи ПЗС-матрицы. которые, несмотря на более узкое поле зрения, более эффективно собирали свет (они сохраняли 90 процентов полученного света, тогда как фотопластинки — всего 10) и позволяли провести процесс компарации на мониторе компьютера. Сегодня ПЗС-матрицы — основа для большинства астрономических детекторов [27]. В 1988 году Джуитт перешёл в Астрономический институт Гавайского университета. Впоследствии Лу присоединилась к его работе на 2,24-метровом телескопе обсерватории Мауна-Кеа [28]. Позднее поле зрения ПЗС-матрицы было увеличено до 1024 на 1024 пикселя, что позволило ускорить поиск ещё больше [29]. В конце концов, после 5 лет поисков, 30 августа 1992 года, Джуитт и Лу объявили об открытии кандидата в объекты пояса Койпера (15760) 1992 QB1 [6]. Через шесть месяцев они обнаружили второго кандидата, (181708) 1993 FW. [источник не указан 1230 дней ]

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 [8] .

Имя [ править | править исходный текст ]

Признавая заслуги Кеннета Эджворта, астрономы иногда называют пояс Койпера «поясом Эджворта-Койпера». Однако Брайан Марсден считает, что ни один из этих учёных не заслуживает такой чести: «Ни Эджворт, ни Койпер не писали ни о чём похожем на то, что мы сейчас наблюдаем — это сделал Фред Уиппл » [30]. Есть и ещё одно мнение — Дэвид Джуитт сказал по поводу этой проблемы следующее: «Если говорить о чьём-то имени… то Фернандез более всех заслуживает чести считаться человеком, предсказавшим пояс Койпера» [13]. Некоторые группы учёных предлагают использовать для объектов этого пояса термин транснептуновый объект (ТНО) как наименее спорный. Однако это не синонимы, так как к ТНО относят все объекты, обращающиеся за орбитой Нептуна, а не только объекты пояса Койпера.

Категории объектов пояса [ править | править исходный текст ]

На 26 мая 2008 года известно 1077 объектов транснептунового пояса, которые делятся на следующие категории:

  • Классические объекты . имеют приблизительно круговые орбиты с небольшим наклонением. не связаны с движением планет. Такие объекты иногда называют «кьюбивано » в честь первого представителя, 1992 QB1. На 2004 год было известно 524 таких объекта [31] .
  • Резонансные объекты . образуют орбитальный резонанс 1:2, 2:3, 2:5, 3:4, 3:5, 4:5 или 4:7 с Нептуном. Объекты с резонансом 2:3 называются плутино в честь самого известного представителя — Плутона. На 2005 год известно около 150 плутино и 22 других резонансных объекта. Предполагается, что плутино составляют от 10 до 20 % общей численности объектов пояса Койпера, и, таким образом, общее число плутино диаметром более 100 км составляет более 30 000 [31] .
  • Рассеянные объекты . имеют большой эксцентриситет орбиты и могут в афелии удаляться от Солнца на несколько сотен астрономических единиц. Их известно около 100, общее число считается примерно равным 10 000 [32]. Во многих публикациях объекты рассеянного диска рассматриваются как отдельное семейство транснептуновых объектов, не входящее в пояс Койпера.

Предполагается, что объекты пояса Койпера состоят из льда с небольшими примесями органических веществ. то есть близки к кометному веществу.

Совокупная масса населения пояса Койпера в сотни раз превышает массу пояса астероидов. однако, как предполагается, существенно уступает массе облака Оорта. Считается, что в поясе Койпера имеется несколько тысяч тел диаметром более 1000 км, около 7000 с диаметром более 100 км и как минимум 450 000 тел диаметром более 50 км [33] .

Крупнейшие объекты пояса Койпера [ править | править исходный текст ]

Источник: ru.wikipedia.org

Другие товары