В середине ХX века голандский астроном Я. Оорт выдвинул гипотезу о существовании на периферии Солнечной системы облака гигантских размеров, состоящего почти из газа и пыли. Разумеется, к его гипотезе астрономы и астрофизики отнеслись с большим недоверием. Но он оказался прав, и в настоящее время мало кто сомневается в существовании этого облака. А расположено оно много дальше пояса Койпера. Но и пояс Койпера долгое время был под сомнением в мире астрономов. Только после того, как были обнаружено свыше тысячи так называемых «объектов пояса Койпера» – небесных тел относительно небольшой (по сравнению с «нормальными» планетами) массы, обращающихся вокруг Солнца за пределами орбиты Нептуна, ученый мир поверил-таки в реальность этого пояса. А ученые – Оорт и Койпер, чьи имена еще 50 лет вызывали усмешки у коллег, – оказались гениальными провидцами.
Джон Хендрих Оорт (1900–1992).
Облако Оорта на фоне Галактики Млечный Путь. Схема с сайта: http://yastro.narod.ru/a5/a_news444.htm
Однако среди известных объектов пояса Койпера чрезвычайно мало относительно небольших тел в поперечнике менее 70 км. Их доля примерно в 25 раз меньше теоретически предсказываемой. Объяснить это несовершенством инструментов трудно, так как телескоп «Хаббл» различает объекты вплоть до 28,5 звездной величины. Так что дефицит малых тел в поясе Койпера – это научный факт.
Строение Солнечной системы
Джерард Петер Койпер (1905–1973). Фото с сайта: http://kivis.info/person/1931
Внешняя граница облака Оорта совпадает с гравитационной границей Солнечной системы, внешний край которого удален от Солнца на расстояние около 4-х световых лет. Форма пояса Койпера похожа на тороид и определяется, скорее всего, структурой электромагнитного поля Солнца. Планетный диск составляет маленькую толику пространства, ограниченного облаком Оорта. С внешней границы облака Оорта Солнце выглядит просто одной из ярких звезд, каждая из которых наверняка имеет свои "облака Оорта". Джон Оорт и Джерерд Койпер были первыми, кто задумался над внешними границами Солнечной системы и расширили ее далеко за орбиту Нептуна. Схема с сайта: http://yastro.narod.ru/x/continuum1a.htm
Движение Солнечной системы по орбите в пространстве Галактики. На фронтальной ганице магнитосфера Солнца сталкивается с галактической плазмой. Этот галактический ветер сильно сжимает магнитосферу Солнца и деформирует ее в элипсоид. При этом галактический ветер магнитосферой притормаживается, а заряженные частицы отклоняются и отбрасываются в тыл магнитосферы – в пояс Койпера. Внешний край облака Оорта – это, по-видимому, гравитационная граница Солнечной системы, эта граница имеет шарообразную форму.
Перемещение астероидов и планетоидов из облака Оорта в пояс Койпера происходит постепенно, по мере того, как их орбиты постепенно смещаются в плоскость Солнечной системы и, наконец, попадают в планетный диск. А в облако Оорта они попадают из галактического пространства, и уж никак не из плоскости планетного диска, как утверждают некоторые астрофизики и астрономы. Схема с сайта: http://www.innovanews.ru/info/news/hightech/4687/
На этой схеме показана Солнечная система в разрезе. На ней примерно выдержаны относительные размеры облака Оорта, пояса Койпера и планетного диска.
Здесь Солнечная система показана в разрезе. Масштаб не соблюден. Если орбита Нептуна находится в 4 световых часах от Солнца, то внешняя граница облака Оорта в 4 световых годах от Солнца. Чувствуете разницу?
Столкновения астероидов в облаке Оорта приводят к их дроблению на мелкие осколки, которые потом после столкновения так роем и движутся вокруг Солнца по близким орбитам. Именно поэтому на Земле случаются метеоритные дожди, когда рой таких обломков пересекает земную орбиту, а Земля в момент пересечения как раз находится в этой точке своей орбиты. Рисунок с сайта: http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-07-33
Это астероид из Пояса Астероидов. Недавно на нем побывала японская станция и сделала серию прекрасных снимков с высоким разрешением. Я поместил здесь эту фотографию, так как считаю, что подобные рыхлые тела могут быть и в облаке Оорта, и в поясе Койпера. Далеко не всегда астероиды могут только сталкиваться друг с другом и рассыпаться при этом на мелкие осколки. Если эти осколки остаются на очень близких орбитах, то со временем мелкие осколки могут притянуться к самому крупному из них, образовав вот такую космическую "дулю". Вероятно, так образовывались тела комет. Вот это тело вначале наверняка формировалось как два раздельных, но потом произошло их гравитационное сближение друг с другом, и они слиплись немного под углом друг к другу.
Не таким ли астероидом был Тунгусский метеорит?
В поясе Койпера обнаружены планетоиды, например вот этот – Квавар (Куарар). Огромные кратеры и разломы в его коре говорят о том, что тектонически это космическое тело активно.
Возможно, вот так выглядят космические тела в поясе Койпера. Солнце с их поверхности мало отличимо от яркой звезды. Далекий холодный мир! Но все же этот мир еще наш, это – часть Солнечной системы.
В облаке Оорта. Где, когда и как образовались эти астероиды – тайна за семью печатями. Предполагаю, что образовались они в Галактике в результате столкновения планетоидов. В Солнечную систему попали в результате гравитации Солнца и его движения по галактической орбите.
В облаке Оорта встречаются не только астероиды – осколки планетоидов, но и целые планетоиды вроде вот этого. Возможно, вот так же в гравитационную ловушку Солнца когда-то попала и наша Земля, и все другие планеты Солнечной системы и их спутники. При этом время их свободного движения в Галактике было гораздо больше времени их нахождения в Солнечной системе. Периодически через облако Оорта и пояс Койпера проходят планетоиды и, в конце концов, становятся полноправными планетами.
Однако всякий раз появление новой планеты нарушает сложившееся гравитационное равновесие в Солнечной системе, в результате чего планеты и их спутники могут менять свои орбиты. А иногда Солнце захватывает огромные планеты с многочисленными спутниками. Тогда в Солнечной системе случаются настоящие гравитационные катастрофы. Эту гипотезу происхождения Солнечной системы я бы назвал "Гипотезой сборки". Не только Солнечная система образовалась путем такой сборки из готовых галактических тел, но планетные системы всех звезд формировались таким же путем. Эволюция Галактик мне представляется длительным (даже по космическим меркам) процессом структурирования, в результате которого формируются все более и более сложные гравитационные системы. Процесс этот является негэнтропийным космическим процессом.
Плутоноиды
Система Плутона
Плутон – второе по размеру космическое тело в поясе Койпера после Эриса. Эти тела сейчас называют карликовыми планетами Солнечной системы, или плутоноидами. Плутон занимает десятое по величине место среди небесных тел, обращающихся самостоятельно вокруг Солнца. До недавнего времени Плутон считали девятой планетой Солнечной системы. Сейчас же его считают одним из крупнейших объектов в поясе Койпера. Некоторые убеждены, что Плутон должен быть переклассифицирован обратно в планету. Думаю, что Плутон и другие плутоноиды – это планеты, только планеты другого типа, и выделение их в особый класс вполне оправдано.
Плутон открыт в 1930 г. Клайдом Томбо. Среднее расстояние его от Солнца составляет 39,52 а.е. Полный оборот вокруг Солнца он совершает за 247,7 земных лет. Вокруг своей оси оборачивается за 6,39 суток. Наклон экватора к плоскости его орбиты 122,5°, он в 6 раз легче Луны и в 500 раз легче Земли. Плутон виден только в очень сильный телескоп. Считается, что это ледяной мир, состоящий из замерзших газов. Температура на его поверхности –235° С. Об атмосфере Плутона пока мало что известно. При такой слабой собственной гравитации он не может удержать легкие газы, а тяжелые при такой температуре замерзают. У него известен довольно крупный спутник Харон, а в 2005 г. открыли еще два его спутника. Таким образом, Плутон приобрел свои спутники в поясе Койпера, а может быть еще раньше, до того, как попал в облако Оорта, еще в галактическом пространстве.
Плутон и его семейство
Плутон был открыт в марте 1930 г. астрономом К. Томбо. Но оказалось, что Плутон – не совсем "правильная" планета, орбита его сильно вытянута так, что одним своим концом заходит к Солнцу ближе, чем орбита Нептуна, т.е. попросту пересекает ее. Да и сильно отличается Плутон от планет гигантов. Скорее, он годится в их спутники.
Там во мраке ночи плутает Плутон, холодный очень. Плутон и Харон – это крупнейший объект в поясе Койпера.
Спутник Плутона Харон имеет правильную шарообразную форму, он тоже покрыт малыми и большими кратерами, на нем также имеются линейные тектонические структуры в виде глубоких каньонов. Такие разрывы в ледяной коре этого плутоноида могли вызвать только пульсации размера его ядра и мантии. С чем связаны эти пульсации – непонятно.
Ясно, пожалуй, только одно: история у планетоидов, прежде чем они попадают в диск Солнечной системы, бывает очень длительная и сложная, полная гравитационных приключений. Открытие облака Оорта и пояса Койпера на несколько порядков расширяет пространственные и временные рамки, в которых шло формирование планет и их спутников.
На этих фотографиях на холодных далеких планетоидах мы видим темные и светлые участки, кратеры и линейные разломы, на Плутоне видим широкую темную полосу. Смею предположить, что полоса эта – шлейф от мощного извержения. Возможно, оно произошло после столкновения с астероидом. Разломы возникали в результате разрыва коры и расширения поверхности тел этих планетоидов. Вполне возможно, что на большой глубине между ядром планетоида и его ледяной корой находится океан жидкой воды, подогреваемый эндогенным теплом.
На Плутоне. Над горизонтом висит его спутник Харон. Горы и равнины здесь из льда особой кристаллической формы. А вот Солнце с Плутона имеет еще меньший угловой размер и слабо отличается от яркой звезды. На Плутоне, возможно, есть океан с жизнью, но находится он глубоко под толстой ледяной корой. Подогревается этот океан за счет эндогенного тепла, производимого в недрах планетоида то ли от приливного трения, то ли от разуплотнения сверхплотного ядра.
Вид на Плутон и Харон с третьего спутника Плутона. Его поверхность тоже ледяная.
Новый спутник Плутона имеет обозначение P3, это самый маленький среди спутников Плутона: его диаметр от 15 до 24 км. Спутник P5 был обнаружен на фотографиях, полученных космическим телескопом «Хаббл» в 2012 г. Напомним, что первый спутник Плутона Харон был открыт в 1978 году. Его диаметр составляет около 1200 километров, что лишь в два раза меньше диаметра Плутона. В 2005 году «Хаббл» открыл еще два спутника – Никиту и Гидру, чьи поперечники составляют около 45 и 61 км соответственно. В 2011 г. «Хаббл» открыл еще один спутник Плутона – Р4. По предварительным оценкам, его поперечник составляет от 13 до 34 километра. У небольшого Плутона семья спутников оказывается под стать планетам гигантам. Уже известно 6 его спутников: Харон, Никита, Гидра, Р3, Р4, Р5. Может быть, вращаясь вокруг Плутона и собственных осей, члены этой семьи разогревают друг друга? Пусть не снаружи, а только приливным трением изнутри? Будем надеяться, что система Плутона станет объектом пристального изучения аппарата «New Horizons», который направляется к системе Плутона и должен прибыть туда в 2015 году.
Планетоид Квавар (Куарар)
Квавар – новый объект пояса Койпера, открыт в 2002 г. Чедом Трульо и Майком Брауном. Он имеет имеет диаметр 1250 км, что составляет половину диаметра Плутона. Квавар находится на расстоянии порядка 1,6 млрд. км отСолнца (11 а.е.). Назван он по имени великой созидающей силы из мифов индейского народа тонгва – одного из коренных народов Южной Калифорнии, где расположена обсерватория, в которой сделано открытие этого объекта. Первоначально размер Квавара оценивался в 1260 ± 190 км. В 2007 г. размер диаметра Квавара был уточнен и снижен до 850 км. После обнаружения у него спутника удалось оценить массу и плотность Квавара. При размере не более 1100 км в поперечнике, масса Квавара оказалась равна 0,19 ± 0,03 от массы Плутона, а вот плотность очень даже приличная – около 3,5 г/см3, что говорит о преобладании в его теле силикатных пород над льдом.
Планетоид Квавар среди звездного неба виден как слабая звездочка, перемещающаяся относительно далеких звезд. Увидеть его можно только в сильный телескоп.
Планетоид Квавар можно разглядеть только в телескоп «Хаббл».
Квавар, вероятно, состоит в основном из каменных пород и водяного льда. Достаточно низкое альбедо и красноватый оттенок Квавара позволяют предположить, что льда на его поверхности меньше, чем должно быть. В 2004 году на поверхности Квавара обнаружены следы аморфного льда. Эта модификация льда образуется при температуре ниже –160°C. Но температура на поверхности Квавара сейчас около –220°C, и пока не ясно, что могло разогреть Квавар на целых 60 градусов.
Квавар находится от нас на расстоянии порядка 42 а.е., значительно дальше, чем Нептун и Плутон, которые удалены примерно на 30 а.е. (Напомню, одна астрономическая единица равна расстоянию от Земли до Солнца, что составляет примерно 150 млн. км). Так что Квавар находится от нас на расстоянии порядка 6 млрд. км.
Квавар. Модель сделана на основе снимков с телескопа «Хаббл» с последующей обработкой.
Это холодное небесное тело делает полный оборот вокруг Солнца за 288 лет на расстоянии 6 миллиардов километров от него.Открытие Кварара стало крупнейшей находкой в Солнечной системе за последние 72 года.
Следами активности этого космического тела является белый снег в некоторых его районах. Скорее всего, это результат извержения какого-то газа из его недр. В холодной разреженной атмосфере вырвавшийся газ быстро конденсируется в снег и выпадает на поверхность. Широкие светлые полосы на поверхности очень похожи на зоны спрединга. Значит, время от времени кора Квавара разрывается, и его поверхность раздвигается. При этом какое-то вещество в жидком состоянии выливается в образующуюся трещину из глубины, возможно, из океана, скрытого под толстым ледяным панцирем.
Планетоид Квавар вращается по очень вытянутой орбите и раз в 288 земных лет оказывается в окрестностях Сатурна, что по космическим меркам совсем близко к Солнцу. Некоторые астрономы заметили, что Квавар – планета не одинокая, что вокруг нее очень плотным кольцом вращается множество небольших космических тел, создающих вместе с Кваваром гравитационную систему. Из чего состоит этот планетоид, пока не совсем непонятно, но астроном Майк Браун предполагает, что, скорее всего, он из льда и камня. И подобных тел в поясе Койпера полным полно.
Свет от Солнца до Квавара долетает за 5 часов. Орбита Квавара – почти круговая. Кваваровский год равен 288 земным годам. В этом он сильно отличается от Плутона, эксцентриситет которого в 6 раз больше. Орбита Квавара наклонена к плоскости эклиптики (плоскости Солнечной Системы) на угол порядка 8°.
Сейчас известно около 600 объектов пояса Койпера, большинство из них имеет диаметр порядка 100 км. Картина напоминает пояс астероидов, отличие же заключается в том, что в поясе Койпера почти в 100 раз больше "строительного материала".
