Опубликовать ОпубликоватьРеферат на тему:
Известные объекты пояса Койпера, по данным Центра малых планет. Объекты основного пояса показаны зелёным, рассеянного диска — оранжевым. Четыре внешних планеты имеют голубой цвет. Троянские астероиды Нептуна показаны жёлтым, Юпитера — розовым. Рассеянные объекты между Солнцем и поясом Койпера известны как кентавры. Масштаб показан в астрономических единицах. Пробел в нижней части рисунка вызван нахождением в этой области полосы Млечного пути, скрывающей тусклые объекты.
Пояс Ко́йпера (иногда также называемый пояс Э́джворта — 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 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 объектов пояса Койпера (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, так как он принадлежит поясу Койпера, то был повторно классифицирован 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 смешивать с гипотетическим облаком Оорта, которое расположено в тысячи раз дальше. Объекты пояса Койпера, как и объекты рассеянного диска, облака Хиллса и облака Оорта, относят к транснептуновым объектам (ТНО)[9].
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 сложно сказать, кто именно первым выдвинул подобную гипотезу.
Первым астрономом, выдвинувшим предположение о существовании транснептуновой популяции, был Фредерик Леонард. В 1930 году, вскоре после открытия Плутона, он писал: «Нельзя ли предположить, что Плутон — лишь первый из серии тел за орбитой Нептуна, которые ещё ожидают своего открытия, и в конечном счёте будут обнаружены?»[10].
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. 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[17]. Поэтому со времён открытия Хирона астрономы предполагали, что популяция кентавров должна пополняться из какого-то внешнего источника[18].
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[19]. 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[20]. 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[21]. 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 194 дня] 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[22]. Так как слова «Койпер» и «кометный пояс» присутствовали в первом предложении статьи Фернандеса, Тремен назвал эту гипотетическую область космоса «поясом Койпера»[23].
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.»[24] 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[24]. Первоначально проверка каждой пары пластинок занимала до 8 часов[25], 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[26]. В 1988 году Джуитт перешёл в Астрономический институт Гавайского университета. Впоследствии Лу присоединилась к его работе на 2,24 -метровом телескопе обсерватории Мауна-Кеа[27]. Позднее поле зрения ПЗС-матрицы было увеличено до 1024 на 1024 пикселя, что позволило ускорить поиск ещё больше[28]. 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 194 дня]
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].
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»[29]. 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.
На 26 мая 2008 года известно 1077 объектов транснептунового пояса, которые делятся на следующие категории:
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[32].
Сравнительные размеры крупнейших ТНО и Земли.Изображения объектов — ссылки на статьи.
| 136199 | Эрида | 2330+10/−10[33]. | 67,84 | 38,16 | 97,52 | 559 | 2003 i | [34] |
| 134340 | Плутон | 2390[35] | 39,45 | 29,57 | 49,32 | 248 | 1930 i | [36] |
| 136472 | Макемаке | 1500 +400/−200[37] | 45,48 | 38,22 | 52,75 | 307 | 2005 i | |
| 136108 | Хаумеа | ~1500 | 43,19 | 34,83 | 51,55 | 284 | 2005 i[38] | |
| 134340 I | Харон | 1207 ± 3[39] | 39,45 | 29,57 | 49,32 | 248 | 1978 | [36] |
| 225088 | 2007 OR10 | 875-1400 | 67,3 | 33,6 | 101,0 | 553 | 2007 i | |
| 50000 | Квавар | ~1100 | 43,61 | 41,93 | 45,29 | 288 | 2002 i | |
| 90482 | Орк | 946,3 +74,1/−72,3[37] | 39,22 | 30,39 | 48,05 | 246 | 2004 i | Плутино |
| 55565 | 2002 AW197 | 940 | 47,1 | 41,0 | 53,3 | 323 | 2002 i | |
| 20000 | Варуна | 874[40] | 42,80 | 40,48 | 45,13 | 280 | 2000 i | |
| 28978 | Иксион | < 822[40] | 39,70 | 30,04 | 49,36 | 250 | 2001 i | Плутино |
| 55637 | 2002 UX25 | 681 +116/−114[37] | 42,6 | 36,7 | 48,6 | 278 | 2002 i |
Категории: Солнечная система, Пояс Койпера.
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.wreferat.baza-referat.ru
Трансплутоновые планеты (пояс Койпера)
Открытие у Плутона его спутника позволило уточнить массу Плутона и определить суммарную массу системы Плутон-Харон. Она оказалась 1/400 частью массы Земли, и объяснять влиянием этой массы все аномалии движения Нептуна оказалось невозможно. Усилились поиски трансплутоновых планет.
В результате этого в начале 1990-х годов с разницей в один год были открыты две малые планеты с диаметрами порядка нескольких сотен километров, то есть тела, соразмерные крупным астероидам. Первое такое тело обнаружили в конце 1992 г. Д.Джюит и Дж.Луу из Гонолулу. Разумеется, это не объяснило особенности движения Нептуна, но был открыт второй пояс малых планет - пояс Койпера (назван в честь одного из двух его предсказателей). Он расположен за орбитой Плутона и, возможно, является поставщиком спутников для внешних планет-гигантов (Уран, Нептун). Считается, что этот пояс довольно широк, но всё-таки в облако Оорта, начинённое зародышами комет, переходит не постепенно. Удалённость пояса Койпера от Солнца составляет примерно 50 - 100 а.е., а облако Оорта начинается на расстоянии порядка десятков тысяч а.е. [Минипланета нового класса, 1998]. Приводились и несколько другие параметры для пояса Койпера: 30 - 130 а.е., но разница не принципиальна [Новый транснептунианский..., 1995; Минипланета нового класса, 1998].
Со вторым поясом малых планет произошло то же, что и с первым: число открытых тел лавинообразно растёт. Уже известно 40 объектов с предполагаемым диаметром от 100 до 200 км. Открыто также тело диаметром 300 км, на поверхности которого по данным недавно построенного самого большого в мире Оптического телескопа им. У.М.Кека (Гавайские острова, CША) лежат замёрзшие углеводороды: метан, этан, этилен или ацетилен, есть и более сложные молекулы [Объект 1993 SC из пояса Койпера, 1998]. Эти углеводороды узнаются по необычайно красноватому цвету небесных тел [Новый транснептунианский объект 1994 TG2, 1995]. Слой замёрзшего метана есть также на Плутоне и Тритоне, что говорит об их родстве с малыми планетами второго пояса.
С каждым годом возрастает также размер самого большого тела, известного в поясе Койпера. "Увеличивается" и удалённость от Солнца. Cороковая планета пояса Койпера (1996TL-66) оказалась в 4 - 6 раз дальше Нептуна, и её возможные размеры по одному источнику составляют 500 км, или 490 км - по другому [Минипланета нового класса, 1998]. Орбита сильно вытянута, и планета уходит за пределы пояса Койпера на расстояние до 130 а.е. от Солнца. Существует также объект 1996RQ-20. Он тоже не коренной в поясе Койпера. Видимо, это та же сорок первая планета, которая в 2 - 3 раза дальше Нептуна и фигурирует в заметке "Пояс Койпера всё "расширяется"" [1997]. Высказывается предположение, что эти тела менее стабильны, чем "полноправные обитатели" пояса Койпера и легче могут превратиться в кометы, то есть между астероидами второго пояса и кометными телами нет чёткой границы.
В 2000 г. группой во главе с Х.Левинсоном (США) открыт объект диаметром порядка 400 км, который подходит к Солнцу на 6,6 млрд. км (а не на 4,5, где Нептун), отходит на 58,2 млрд км и делает оборот за 3175 земных лет [Ядро суперкометы..., 2001]. Ему дали "имя" Варуна [Сурдин, 2002].
Интересно, что для пояса Койпера открыты такие же резонансные явления, как и для астероидов. Часть открытых тел движется на расстоянии 31 - 36 а.е. от Солнца, часть - 40 - 45 а.е., а промежуток между ними или совсем пуст, или, по крайней мере, мало населён. Это связано с гравитационным влиянием Нептуна, который выталкивает небесные тела из этого промежутка (см. главу об астероидах) [Новый транснептунианский..., 1995].
Для 12 самых маленьких тел в поясе Койпера (из числа открытых) определены периоды их вращения вокруг оси (У.Романишин и С.Теглер, США). Как правило, они составляют от 6 до 10,4 часов. Для более крупных тел этого пояса получить аналогичную информацию труднее, так как они сферичны, а потому меньше меняют яркость при вращении [Как вращаются тела в поясе Койпера? 1999].
Что же касается того небесного тела, которое искажает орбиту Нептуна, то теоретически оно должно быть тёмным (трудно открыть), в несколько раз превосходить размеры Земли (иначе бы не влияло на Нептун), вращаться в несколько раз дальше Нептуна (раза в три). Это тело может оказаться возмутителем спокойствия в кометном мире, заставляя кометы в некоторых случаях падать на него, в некоторых - покидать пределы Солнечной системы, а в некоторых - направлять кометы к центру Солнечной системы, то есть к Солнцу и Земле. Таких крупных тел в облаке Оорта может оказаться несколько. Так проще объяснить приход комет из самых разных точек пространства. Кометные зародыши и сами могут во время случайных сближений "портить" друг другу круговые орбиты.
Говоря о поясе Койпера (поясе Эджворса-Койпера), нельзя обойти молчанием проблему скрытого вещества во Вселенной. Большинство тел пояса Койпера пока нам не видны, но ясно, что их очень много. Обследована ничтожно малая часть неба (сотые доли процента), а уже открыты десятки "жильцов" этого пояса. По подсчётам должны быть десятки тысяч тел такого же размера, как открытые (сотни километров), и миллионы тел размером с ядро кометы Галлея (десятки километров). В сумме тела пояса Койпера должны быть в сотни раз массивнее пояса астероидов [Новый транснептунианский..., 1995].
Возможно, во Вселенной действует закон: чем меньше масса тела, тем больше таких тел существует. Не исключено, что тела вроде тех, какие найдены в поясе Койпера, насыщают межзвёздное пространство и даже составляют основную часть массы Галактики [Гончаров, 1999]. Мы же живём в исключительной области, где вся эта "мелочь" объединилась в большие планеты.
www.referatmix.ru
Открытие у Плутона его спутника позволило уточнить массу Плутона и определить суммарную массу системы Плутон-Харон. Она оказалась 1/400 частью массы Земли, и объяснять влиянием этой массы все аномалии движения Нептуна оказалось невозможно. Усилились поиски трансплутоновых планет.
В результате этого в начале 1990-х годов с разницей в один год были открыты две малые планеты с диаметрами порядка нескольких сотен километров, то есть тела, соразмерные крупным астероидам. Первое такое тело обнаружили в конце 1992 г. Д.Джюит и Дж.Луу из Гонолулу. Разумеется, это не объяснило особенности движения Нептуна, но был открыт второй пояс малых планет — пояс Койпера (назван в честь одного из двух его предсказателей). Он расположен за орбитой Плутона и, возможно, является поставщиком спутников для внешних планет-гигантов (Уран, Нептун). Считается, что этот пояс довольно широк, но всё-таки в облако Оорта, начинённое зародышами комет, переходит не постепенно. Удалённость пояса Койпера от Солнца составляет примерно 50 — 100 а.е., а облако Оорта начинается на расстоянии порядка десятков тысяч а.е. [Минипланета нового класса, 1998]. Приводились и несколько другие параметры для пояса Койпера: 30 — 130 а.е., но разница не принципиальна [Новый транснептунианский..., 1995; Минипланета нового класса, 1998].
Со вторым поясом малых планет произошло то же, что и с первым: число открытых тел лавинообразно растёт. Уже известно 40 объектов с предполагаемым диаметром от 100 до 200 км. Открыто также тело диаметром 300 км, на поверхности которого по данным недавно построенного самого большого в мире Оптического телескопа им. У.М.Кека (Гавайские острова, CША) лежат замёрзшие углеводороды: метан, этан, этилен или ацетилен, есть и более сложные молекулы [Объект 1993 SC из пояса Койпера, 1998]. Эти углеводороды узнаются по необычайно красноватому цвету небесных тел [Новый транснептунианский объект 1994 TG2, 1995]. Слой замёрзшего метана есть также на Плутоне и Тритоне, что говорит об их родстве с малыми планетами второго пояса.
С каждым годом возрастает также размер самого большого тела, известного в поясе Койпера. «Увеличивается» и удалённость от Солнца. Cороковая планета пояса Койпера (1996TL-66) оказалась в 4 — 6 раз дальше Нептуна, и её возможные размеры по одному источнику составляют 500 км, или 490 км — по другому [Минипланета нового класса, 1998]. Орбита сильно вытянута, и планета уходит за пределы пояса Койпера на расстояние до 130 а.е. от Солнца. Существует также объект 1996RQ-20. Он тоже не коренной в поясе Койпера. Видимо, это та же сорок первая планета, которая в 2 — 3 раза дальше Нептуна и фигурирует в заметке «Пояс Койпера всё „расширяется“» [1997]. Высказывается предположение, что эти тела менее стабильны, чем «полноправные обитатели» пояса Койпера и легче могут превратиться в кометы, то есть между астероидами второго пояса и кометными телами нет чёткой границы.
В 2000 г. группой во главе с Х.Левинсоном (США) открыт объект диаметром порядка 400 км, который подходит к Солнцу на 6,6 млрд. км (а не на 4,5, где Нептун), отходит на 58,2 млрд км и делает оборот за 3175 земных лет [Ядро суперкометы..., 2001]. Ему дали «имя» Варуна [Сурдин, 2002].
Интересно, что для пояса Койпера открыты такие же резонансные явления, как и для астероидов. Часть открытых тел движется на расстоянии 31 — 36 а.е. от Солнца, часть — 40 — 45 а.е., а промежуток между ними или совсем пуст, или, по крайней мере, мало населён. Это связано с гравитационным влиянием Нептуна, который выталкивает небесные тела из этого промежутка (см. главу об астероидах) [Новый транснептунианский..., 1995].
Для 12 самых маленьких тел в поясе Койпера (из числа открытых) определены периоды их вращения вокруг оси (У.Романишин и С.Теглер, США). Как правило, они составляют от 6 до 10,4 часов. Для более крупных тел этого пояса получить аналогичную информацию труднее, так как они сферичны, а потому меньше меняют яркость при вращении [Как вращаются тела в поясе Койпера? 1999].
Что же касается того небесного тела, которое искажает орбиту Нептуна, то теоретически оно должно быть тёмным (трудно открыть), в несколько раз превосходить размеры Земли (иначе бы не влияло на Нептун), вращаться в несколько раз дальше Нептуна (раза в три). Это тело может оказаться возмутителем спокойствия в кометном мире, заставляя кометы в некоторых случаях падать на него, в некоторых — покидать пределы Солнечной системы, а в некоторых — направлять кометы к центру Солнечной системы, то есть к Солнцу и Земле. Таких крупных тел в облаке Оорта может оказаться несколько. Так проще объяснить приход комет из самых разных точек пространства. Кометные зародыши и сами могут во время случайных сближений «портить» друг другу круговые орбиты.
Говоря о поясе Койпера (поясе Эджворса-Койпера), нельзя обойти молчанием проблему скрытого вещества во Вселенной. Большинство тел пояса Койпера пока нам не видны, но ясно, что их очень много. Обследована ничтожно малая часть неба (сотые доли процента), а уже открыты десятки «жильцов» этого пояса. По подсчётам должны быть десятки тысяч тел такого же размера, как открытые (сотни километров), и миллионы тел размером с ядро кометы Галлея (десятки километров). В сумме тела пояса Койпера должны быть в сотни раз массивнее пояса астероидов [Новый транснептунианский..., 1995].
Возможно, во Вселенной действует закон: чем меньше масса тела, тем больше таких тел существует. Не исключено, что тела вроде тех, какие найдены в поясе Койпера, насыщают межзвёздное пространство и даже составляют основную часть массы Галактики [Гончаров, 1999]. Мы же живём в исключительной области, где вся эта «мелочь» объединилась в большие планеты.
www.ronl.ru
ОпубликоватьРеферат на тему:
Известные объекты пояса Койпера, по данным Центра малых планет. Объекты основного пояса показаны зелёным, рассеянного диска — оранжевым. Четыре внешних планеты имеют голубой цвет. Троянские астероиды Нептуна показаны жёлтым, Юпитера — розовым. Рассеянные объекты между Солнцем и поясом Койпера известны как кентавры. Масштаб показан в астрономических единицах. Пробел в нижней части рисунка вызван нахождением в этой области полосы Млечного пути, скрывающей тусклые объекты.
Пояс Ко́йпера (иногда также называемый пояс Э́джворта — 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 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 объектов пояса Койпера (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, так как он принадлежит поясу Койпера, то был повторно классифицирован 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 смешивать с гипотетическим облаком Оорта, которое расположено в тысячи раз дальше. Объекты пояса Койпера, как и объекты рассеянного диска, облака Хиллса и облака Оорта, относят к транснептуновым объектам (ТНО)[9].
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 сложно сказать, кто именно первым выдвинул подобную гипотезу.
Первым астрономом, выдвинувшим предположение о существовании транснептуновой популяции, был Фредерик Леонард. В 1930 году, вскоре после открытия Плутона, он писал: «Нельзя ли предположить, что Плутон — лишь первый из серии тел за орбитой Нептуна, которые ещё ожидают своего открытия, и в конечном счёте будут обнаружены?»[10].
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. 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[17]. Поэтому со времён открытия Хирона астрономы предполагали, что популяция кентавров должна пополняться из какого-то внешнего источника[18].
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[19]. 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[20]. 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[21]. 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 194 дня] 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[22]. Так как слова «Койпер» и «кометный пояс» присутствовали в первом предложении статьи Фернандеса, Тремен назвал эту гипотетическую область космоса «поясом Койпера»[23].
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.»[24] 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[24]. Первоначально проверка каждой пары пластинок занимала до 8 часов[25], 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[26]. В 1988 году Джуитт перешёл в Астрономический институт Гавайского университета. Впоследствии Лу присоединилась к его работе на 2,24 -метровом телескопе обсерватории Мауна-Кеа[27]. Позднее поле зрения ПЗС-матрицы было увеличено до 1024 на 1024 пикселя, что позволило ускорить поиск ещё больше[28]. 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 194 дня]
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].
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»[29]. 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.
На 26 мая 2008 года известно 1077 объектов транснептунового пояса, которые делятся на следующие категории:
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[32].
Сравнительные размеры крупнейших ТНО и Земли.Изображения объектов — ссылки на статьи.
| 136199 | Эрида | 2330+10/−10[33]. | 67,84 | 38,16 | 97,52 | 559 | 2003 i | [34] |
| 134340 | Плутон | 2390[35] | 39,45 | 29,57 | 49,32 | 248 | 1930 i | [36] |
| 136472 | Макемаке | 1500 +400/−200[37] | 45,48 | 38,22 | 52,75 | 307 | 2005 i | |
| 136108 | Хаумеа | ~1500 | 43,19 | 34,83 | 51,55 | 284 | 2005 i[38] | |
| 134340 I | Харон | 1207 ± 3[39] | 39,45 | 29,57 | 49,32 | 248 | 1978 | [36] |
| 225088 | 2007 OR10 | 875-1400 | 67,3 | 33,6 | 101,0 | 553 | 2007 i | |
| 50000 | Квавар | ~1100 | 43,61 | 41,93 | 45,29 | 288 | 2002 i | |
| 90482 | Орк | 946,3 +74,1/−72,3[37] | 39,22 | 30,39 | 48,05 | 246 | 2004 i | Плутино |
| 55565 | 2002 AW197 | 940 | 47,1 | 41,0 | 53,3 | 323 | 2002 i | |
| 20000 | Варуна | 874[40] | 42,80 | 40,48 | 45,13 | 280 | 2000 i | |
| 28978 | Иксион | < 822[40] | 39,70 | 30,04 | 49,36 | 250 | 2001 i | Плутино |
| 55637 | 2002 UX25 | 681 +116/−114[37] | 42,6 | 36,7 | 48,6 | 278 | 2002 i |
Категории: Солнечная система, Пояс Койпера.
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.wreferat.baza-referat.ru
Открытие у Плутона его спутника позволило уточнить массу Плутона и определить суммарную массу системы Плутон-Харон. Она оказалась 1/400 частью массы Земли, и объяснять влиянием этой массы все аномалии движения Нептуна оказалось невозможно. Усилились поиски трансплутоновых планет.
В результате этого в начале 1990-х годов с разницей в один год были открыты две малые планеты с диаметрами порядка нескольких сотен километров, то есть тела, соразмерные крупным астероидам. Первое такое тело обнаружили в конце 1992 г. Д.Джюит и Дж.Луу из Гонолулу. Разумеется, это не объяснило особенности движения Нептуна, но был открыт второй пояс малых планет — пояс Койпера (назван в честь одного из двух его предсказателей). Он расположен за орбитой Плутона и, возможно, является поставщиком спутников для внешних планет-гигантов (Уран, Нептун). Считается, что этот пояс довольно широк, но всё-таки в облако Оорта, начинённое зародышами комет, переходит не постепенно. Удалённость пояса Койпера от Солнца составляет примерно 50 — 100 а.е., а облако Оорта начинается на расстоянии порядка десятков тысяч а.е. [Минипланета нового класса, 1998]. Приводились и несколько другие параметры для пояса Койпера: 30 — 130 а.е., но разница не принципиальна [Новый транснептунианский..., 1995; Минипланета нового класса, 1998].
Со вторым поясом малых планет произошло то же, что и с первым: число открытых тел лавинообразно растёт. Уже известно 40 объектов с предполагаемым диаметром от 100 до 200 км. Открыто также тело диаметром 300 км, на поверхности которого по данным недавно построенного самого большого в мире Оптического телескопа им. У.М.Кека (Гавайские острова, CША) лежат замёрзшие углеводороды: метан, этан, этилен или ацетилен, есть и более сложные молекулы [Объект 1993 SC из пояса Койпера, 1998]. Эти углеводороды узнаются по необычайно красноватому цвету небесных тел [Новый транснептунианский объект 1994 TG2, 1995]. Слой замёрзшего метана есть также на Плутоне и Тритоне, что говорит об их родстве с малыми планетами второго пояса.
С каждым годом возрастает также размер самого большого тела, известного в поясе Койпера. «Увеличивается» и удалённость от Солнца. Cороковая планета пояса Койпера (1996TL-66) оказалась в 4 — 6 раз дальше Нептуна, и её возможные размеры по одному источнику составляют 500 км, или 490 км — по другому [Минипланета нового класса, 1998]. Орбита сильно вытянута, и планета уходит за пределы пояса Койпера на расстояние до 130 а.е. от Солнца. Существует также объект 1996RQ-20. Он тоже не коренной в поясе Койпера. Видимо, это та же сорок первая планета, которая в 2 — 3 раза дальше Нептуна и фигурирует в заметке «Пояс Койпера всё „расширяется“» [1997]. Высказывается предположение, что эти тела менее стабильны, чем «полноправные обитатели» пояса Койпера и легче могут превратиться в кометы, то есть между астероидами второго пояса и кометными телами нет чёткой границы.
В 2000 г. группой во главе с Х.Левинсоном (США) открыт объект диаметром порядка 400 км, который подходит к Солнцу на 6,6 млрд. км (а не на 4,5, где Нептун), отходит на 58,2 млрд км и делает оборот за 3175 земных лет [Ядро суперкометы..., 2001]. Ему дали «имя» Варуна [Сурдин, 2002].
Интересно, что для пояса Койпера открыты такие же резонансные явления, как и для астероидов. Часть открытых тел движется на расстоянии 31 — 36 а.е. от Солнца, часть — 40 — 45 а.е., а промежуток между ними или совсем пуст, или, по крайней мере, мало населён. Это связано с гравитационным влиянием Нептуна, который выталкивает небесные тела из этого промежутка (см. главу об астероидах) [Новый транснептунианский..., 1995].
Для 12 самых маленьких тел в поясе Койпера (из числа открытых) определены периоды их вращения вокруг оси (У.Романишин и С.Теглер, США). Как правило, они составляют от 6 до 10,4 часов. Для более крупных тел этого пояса получить аналогичную информацию труднее, так как они сферичны, а потому меньше меняют яркость при вращении [Как вращаются тела в поясе Койпера? 1999].
Что же касается того небесного тела, которое искажает орбиту Нептуна, то теоретически оно должно быть тёмным (трудно открыть), в несколько раз превосходить размеры Земли (иначе бы не влияло на Нептун), вращаться в несколько раз дальше Нептуна (раза в три). Это тело может оказаться возмутителем спокойствия в кометном мире, заставляя кометы в некоторых случаях падать на него, в некоторых — покидать пределы Солнечной системы, а в некоторых — направлять кометы к центру Солнечной системы, то есть к Солнцу и Земле. Таких крупных тел в облаке Оорта может оказаться несколько. Так проще объяснить приход комет из самых разных точек пространства. Кометные зародыши и сами могут во время случайных сближений «портить» друг другу круговые орбиты.
Говоря о поясе Койпера (поясе Эджворса-Койпера), нельзя обойти молчанием проблему скрытого вещества во Вселенной. Большинство тел пояса Койпера пока нам не видны, но ясно, что их очень много. Обследована ничтожно малая часть неба (сотые доли процента), а уже открыты десятки «жильцов» этого пояса. По подсчётам должны быть десятки тысяч тел такого же размера, как открытые (сотни километров), и миллионы тел размером с ядро кометы Галлея (десятки километров). В сумме тела пояса Койпера должны быть в сотни раз массивнее пояса астероидов [Новый транснептунианский..., 1995].
Возможно, во Вселенной действует закон: чем меньше масса тела, тем больше таких тел существует. Не исключено, что тела вроде тех, какие найдены в поясе Койпера, насыщают межзвёздное пространство и даже составляют основную часть массы Галактики [Гончаров, 1999]. Мы же живём в исключительной области, где вся эта «мелочь» объединилась в большие планеты.
www.ronl.ru
ОпубликоватьРеферат на тему:
Известные объекты пояса Койпера, по данным Центра малых планет. Объекты основного пояса показаны зелёным, рассеянного диска — оранжевым. Четыре внешних планеты имеют голубой цвет. Троянские астероиды Нептуна показаны жёлтым, Юпитера — розовым. Рассеянные объекты между Солнцем и поясом Койпера известны как кентавры. Масштаб показан в астрономических единицах. Пробел в нижней части рисунка вызван нахождением в этой области полосы Млечного пути, скрывающей тусклые объекты.
Пояс Ко́йпера (иногда также называемый пояс Э́джворта — 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 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 объектов пояса Койпера (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, так как он принадлежит поясу Койпера, то был повторно классифицирован 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 смешивать с гипотетическим облаком Оорта, которое расположено в тысячи раз дальше. Объекты пояса Койпера, как и объекты рассеянного диска, облака Хиллса и облака Оорта, относят к транснептуновым объектам (ТНО)[9].
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 сложно сказать, кто именно первым выдвинул подобную гипотезу.
Первым астрономом, выдвинувшим предположение о существовании транснептуновой популяции, был Фредерик Леонард. В 1930 году, вскоре после открытия Плутона, он писал: «Нельзя ли предположить, что Плутон — лишь первый из серии тел за орбитой Нептуна, которые ещё ожидают своего открытия, и в конечном счёте будут обнаружены?»[10].
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. 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[17]. Поэтому со времён открытия Хирона астрономы предполагали, что популяция кентавров должна пополняться из какого-то внешнего источника[18].
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[19]. 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[20]. 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[21]. 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 194 дня] 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[22]. Так как слова «Койпер» и «кометный пояс» присутствовали в первом предложении статьи Фернандеса, Тремен назвал эту гипотетическую область космоса «поясом Койпера»[23].
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.»[24] 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[24]. Первоначально проверка каждой пары пластинок занимала до 8 часов[25], 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[26]. В 1988 году Джуитт перешёл в Астрономический институт Гавайского университета. Впоследствии Лу присоединилась к его работе на 2,24 -метровом телескопе обсерватории Мауна-Кеа[27]. Позднее поле зрения ПЗС-матрицы было увеличено до 1024 на 1024 пикселя, что позволило ускорить поиск ещё больше[28]. 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 194 дня]
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].
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»[29]. 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.
На 26 мая 2008 года известно 1077 объектов транснептунового пояса, которые делятся на следующие категории:
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[32].
Сравнительные размеры крупнейших ТНО и Земли.Изображения объектов — ссылки на статьи.
| 136199 | Эрида | 2330+10/−10[33]. | 67,84 | 38,16 | 97,52 | 559 | 2003 i | [34] |
| 134340 | Плутон | 2390[35] | 39,45 | 29,57 | 49,32 | 248 | 1930 i | [36] |
| 136472 | Макемаке | 1500 +400/−200[37] | 45,48 | 38,22 | 52,75 | 307 | 2005 i | |
| 136108 | Хаумеа | ~1500 | 43,19 | 34,83 | 51,55 | 284 | 2005 i[38] | |
| 134340 I | Харон | 1207 ± 3[39] | 39,45 | 29,57 | 49,32 | 248 | 1978 | [36] |
| 225088 | 2007 OR10 | 875-1400 | 67,3 | 33,6 | 101,0 | 553 | 2007 i | |
| 50000 | Квавар | ~1100 | 43,61 | 41,93 | 45,29 | 288 | 2002 i | |
| 90482 | Орк | 946,3 +74,1/−72,3[37] | 39,22 | 30,39 | 48,05 | 246 | 2004 i | Плутино |
| 55565 | 2002 AW197 | 940 | 47,1 | 41,0 | 53,3 | 323 | 2002 i | |
| 20000 | Варуна | 874[40] | 42,80 | 40,48 | 45,13 | 280 | 2000 i | |
| 28978 | Иксион | < 822[40] | 39,70 | 30,04 | 49,36 | 250 | 2001 i | Плутино |
| 55637 | 2002 UX25 | 681 +116/−114[37] | 42,6 | 36,7 | 48,6 | 278 | 2002 i |
Категории: Солнечная система, Пояс Койпера.
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.wreferat.baza-referat.ru
Открытие у Плутона его спутника позволило уточнить массу Плутона и определить суммарную массу системы Плутон-Харон. Она оказалась 1/400 частью массы Земли, и объяснять влиянием этой массы все аномалии движения Нептуна оказалось невозможно. Усилились поиски трансплутоновых планет.
В результате этого в начале 1990-х годов с разницей в один год были открыты две малые планеты с диаметрами порядка нескольких сотен километров, то есть тела, соразмерные крупным астероидам. Первое такое тело обнаружили в конце 1992 г. Д.Джюит и Дж.Луу из Гонолулу. Разумеется, это не объяснило особенности движения Нептуна, но был открыт второй пояс малых планет - пояс Койпера (назван в честь одного из двух его предсказателей). Он расположен за орбитой Плутона и, возможно, является поставщиком спутников для внешних планет-гигантов (Уран, Нептун). Считается, что этот пояс довольно широк, но всё-таки в облако Оорта, начинённое зародышами комет, переходит не постепенно. Удалённость пояса Койпера от Солнца составляет примерно 50 - 100 а.е., а облако Оорта начинается на расстоянии порядка десятков тысяч а.е. [Минипланета нового класса, 1998]. Приводились и несколько другие параметры для пояса Койпера: 30 - 130 а.е., но разница не принципиальна [Новый транснептунианский..., 1995; Минипланета нового класса, 1998].
Со вторым поясом малых планет произошло то же, что и с первым: число открытых тел лавинообразно растёт. Уже известно 40 объектов с предполагаемым диаметром от 100 до 200 км. Открыто также тело диаметром 300 км, на поверхности которого по данным недавно построенного самого большого в мире Оптического телескопа им. У.М.Кека (Гавайские острова, CША) лежат замёрзшие углеводороды: метан, этан, этилен или ацетилен, есть и более сложные молекулы [Объект 1993 SC из пояса Койпера, 1998]. Эти углеводороды узнаются по необычайно красноватому цвету небесных тел [Новый транснептунианский объект 1994 TG2, 1995]. Слой замёрзшего метана есть также на Плутоне и Тритоне, что говорит об их родстве с малыми планетами второго пояса.
С каждым годом возрастает также размер самого большого тела, известного в поясе Койпера. "Увеличивается" и удалённость от Солнца. Cороковая планета пояса Койпера (1996TL-66) оказалась в 4 - 6 раз дальше Нептуна, и её возможные размеры по одному источнику составляют 500 км, или 490 км - по другому [Минипланета нового класса, 1998]. Орбита сильно вытянута, и планета уходит за пределы пояса Койпера на расстояние до 130 а.е. от Солнца. Существует также объект 1996RQ-20. Он тоже не коренной в поясе Койпера. Видимо, это та же сорок первая планета, которая в 2 - 3 раза дальше Нептуна и фигурирует в заметке "Пояс Койпера всё "расширяется"" [1997]. Высказывается предположение, что эти тела менее стабильны, чем "полноправные обитатели" пояса Койпера и легче могут превратиться в кометы, то есть между астероидами второго пояса и кометными телами нет чёткой границы.
В 2000 г. группой во главе с Х.Левинсоном (США) открыт объект диаметром порядка 400 км, который подходит к Солнцу на 6,6 млрд. км (а не на 4,5, где Нептун), отходит на 58,2 млрд км и делает оборот за 3175 земных лет [Ядро суперкометы..., 2001]. Ему дали "имя" Варуна [Сурдин, 2002].
Интересно, что для пояса Койпера открыты такие же резонансные явления, как и для астероидов. Часть открытых тел движется на расстоянии 31 - 36 а.е. от Солнца, часть - 40 - 45 а.е., а промежуток между ними или совсем пуст, или, по крайней мере, мало населён. Это связано с гравитационным влиянием Нептуна, который выталкивает небесные тела из этого промежутка (см. главу об астероидах) [Новый транснептунианский..., 1995].
Для 12 самых маленьких тел в поясе Койпера (из числа открытых) определены периоды их вращения вокруг оси (У.Романишин и С.Теглер, США). Как правило, они составляют от 6 до 10,4 часов. Для более крупных тел этого пояса получить аналогичную информацию труднее, так как они сферичны, а потому меньше меняют яркость при вращении [Как вращаются тела в поясе Койпера? 1999].
Что же касается того небесного тела, которое искажает орбиту Нептуна, то теоретически оно должно быть тёмным (трудно открыть), в несколько раз превосходить размеры Земли (иначе бы не влияло на Нептун), вращаться в несколько раз дальше Нептуна (раза в три). Это тело может оказаться возмутителем спокойствия в кометном мире, заставляя кометы в некоторых случаях падать на него, в некоторых - покидать пределы Солнечной системы, а в некоторых - направлять кометы к центру Солнечной системы, то есть к Солнцу и Земле. Таких крупных тел в облаке Оорта может оказаться несколько. Так проще объяснить приход комет из самых разных точек пространства. Кометные зародыши и сами могут во время случайных сближений "портить" друг другу круговые орбиты.
Говоря о поясе Койпера (поясе Эджворса-Койпера), нельзя обойти молчанием проблему скрытого вещества во Вселенной. Большинство тел пояса Койпера пока нам не видны, но ясно, что их очень много. Обследована ничтожно малая часть неба (сотые доли процента), а уже открыты десятки "жильцов" этого пояса. По подсчётам должны быть десятки тысяч тел такого же размера, как открытые (сотни километров), и миллионы тел размером с ядро кометы Галлея (десятки километров). В сумме тела пояса Койпера должны быть в сотни раз массивнее пояса астероидов [Новый транснептунианский..., 1995].
Возможно, во Вселенной действует закон: чем меньше масса тела, тем больше таких тел существует. Не исключено, что тела вроде тех, какие найдены в поясе Койпера, насыщают межзвёздное пространство и даже составляют основную часть массы Галактики [Гончаров, 1999]. Мы же живём в исключительной области, где вся эта "мелочь" объединилась в большие планеты.
superbotanik.net
