Еще в далёком 1950 году астрофизик из Голландии Ян Оорт высказал мнение, что все кометы образуются в одном месте, некоем облаке, окружающем внутреннее пространство нашей Солнечной системы. Данное место именуется учеными «облако Оорта». Облако Оорта — граница Солнечной системы.
Немного предыстории для понимания сути
Расстояние до облака Оорта по сравнению с остальной частью Солнечной системы
Нередко поблизости Солнца можно наблюдать небесные тела, материя которых в окрестностях самой жаркой звезды испаряется и уносятся от нее космическими ветрами. Эти испаряющиеся небесные тела и есть кометы. Свидетельством того, что кометы держат свой путь из весьма удаленных участков Солнечной системы, является их вытянутая форма орбит. Ежегодно астрономами фиксируется движение около десятка комет. Но не астрономы одни любят наблюдать за небесными телами. Так, именно астрофизик Ян Оорт выдвинул следующую гипотезу: все кометы появляются в далеком облаке, которым окружена внешняя часть Солнечной системы.
Что происходит с небесными телами внутри облака?
Седна, кандидат в объекты внутреннего облака Оорта
Принято считать, что в данном космическом облаке сосредотачивается не менее миллиарда «зародышей» будущих комет. Они представляют собой некие тела, свободно вращающиеся по своим орбитам, которые пока ни разу так и не приблизились к Солнцу. Если верить Оорту, подобных тел в составе облака собрано не менее 10 в 11-й степени. Но кроме них там можно обнаружить и миллиарды «состоявшихся» комет, то есть тех, которые уже имели встречу с главной звездой нашей системы. К слову, орбиты комет впоследствии будут зависеть от приближения друг к другу пока еще «зародышей» комет, от притяжения звезд, соседствующих с Солнцем, и еще от притяжения «возможно» существующих непосредственно в облаке Оорта тел на подобии планет и звезд.
Если заглянуть внутрь облака Оорта, можно понять, что кометные тела внутри него могут довольно долго просто свободно кружиться по нему, могут вырываться за пределы Солнечной системы, а могут устремляться к Солнцу. В последнем случае мы как раз и имеем возможность наблюдать самые настоящие кометы с хвостами. Современные исследования ученых позволяют заявлять, что облако простирается от Солнца на расстояние в 2 световых года. Этот факт говорит также и, что орбита облака Оорта имеет радиус, превышающий в 3000 раз радиус орбиты планеты Плутон. Кроме того, есть сведения, что сумма масс всех планет меньше предполагаемой массы облака. А это значит, что сегодня пока рано говорить об окончательном формировании Солнечной системы и ее неизменности в будущем.
Изучение
Пояс Койпера активно изучается и по сей день, так как его объекты вполне могут быть остатками ранних аккреционных фаз Солнечной системы, то есть старше всех планет. Также там могут зарождаться короткопериодические кометы, аналогично тому, как в облаке Оорта рождаются долгопериодические.
Обнаружение и название
Первым существование объектов далеко за Нептуном предположил астроном Фредерик Леонард в 1930 году. По его мнению, Плутон – далеко не самый далекий объект Солнечной системы. И он оказался прав. 13-ю годами позже, еще один астроном Кеннет Эджворт подтвердил слова Леонарда, выдвинув свою гипотезу о том, что на границе нашей системы находится туманность, наполненная мелкими телами, которые так и не собрались в единую планету.
Иронично, что Джерард Койпер, в честь которого назван пояс, в отличие от других предполагал, что никакого пояса там вообще нет. В 1951 году, когда он сделал это заявление, считалось, что Плутон гораздо больше, чем он есть на самом деле. Поэтому астроном предположил, что, если пояс и был, то он не мог сохраниться до наших дней.
Джерард Койпер
Данную гипотезу развивали еще достаточно долгое время. Над ней работали многие астрономы и астрофизики, пытавшиеся доказать, что пояс есть, или опровергнуть это. Гипотеза постепенно была переведена в разряд теорий, и была полностью доказана лишь в 1988 году благодаря исследовательской статье Хулио Фернандеса, на основе которой несколько ученых из Канады провели расчеты и подтвердили существование «кометного пояса» за Нептуном. Именно Фернандес назвал это скопление поясом Койпера в своей статье, и это имя быстро прижилось. Первые снимки объектов из этого пояса появились в 1992 году, и новые тела открываются там до сих пор.
Помимо комет и астероидов в поясе Койпера были обнаружены даже карликовые планеты, такие как Церера и Хаумеа. Самый крупный объект пояса – Плутон.
Есть ли особенности у этого необычного облака?
Вид со стороны
Оказывается, особенностей более чем достаточно. Прежде всего, стоит сказать, что свойства облака Оорта различны на разной удаленности от Солнца. Отметим, что за Плутоном и поясом Койпера еще далеко не начало облака Оорта. Внешние его границы отделены довольно внушительной щелью, за которой следует внутреннее пространство облака. В этом месте движение кометных тел ничем не отличается от привычного движения планет. Они обладают стабильными и, в большинстве случаев, круговыми орбитами. А вот во внешней части облака кометы движутся как им вздумается: в разных плоскостях, ведомые притяжением Солнца или других звезд. Есть информация, что через каких-то 26000 лет к Солнцу настолько близко подберется Альфа Центавра, что к Земле и прочим планетам устремится поток комет, отклонившихся от своих орбит в облаке Оорта.
Снимки обнаруженных объектов из Облака Оорта
Есть вероятность, что подобные периоды «бомбежки» кометами случались и ранее. Именно в те моменты и усиливался процесс образования и формирования планет. Подсчитано, что пока существует наша планета, чужеродные звезды около десятка раз пронизали внутреннее пространство облака Оорта, усилив, таким образом, в тысячи раз движение комет. Длится это явление приблизительно 400000 лет, в ходе которого на Землю упадет в среднем две сотни комет, что в рамках науки принято считать настоящим космическим ливнем.
Будущее пояса Койпера
Предположение Койпера о том, что объекты за Нептуном уже не существуют, не совсем ошибочно. Они не будут существовать вечно, и уже сейчас объекты в поясе сталкиваются между собой и медленно превращаются в пыль. Все через каких-то сто миллионов лет от пояса Койпера не останется и следа.
Пояс Койпера
Интересные факты о поясе Койпера
Самый интересный факт о поясе Койпера заключается в том, что по форме он напоминает пончик. После этого, вам уже нет смысла читать остальные факты, но если вы все же хотите, то вот они:
- Это старейший объект нашей системы, так как появился в процессе ее зарождения.
- В нем может насчитываться несколько миллионов различных объектов, от маленьких осколков, до полноценных карликовых планет.
- Такие же пояса есть и около других звезд, например, HD 138664.
- В его центральной части может скапливаться до нескольких триллионов комет.
- Жизни там нет.
Откуда выводится его существование?
В 1932 году астроном Эрнс Эпик, он постулировал, что кометы, обращающиеся по орбите в течение длительного времени, возникли в большом облаке за пределами Солнечной системы. В 1950 году астроном Ян Оорт, он постулировал теорию независимо, что привело к парадоксу. Ян Оорт заверил, что метеориты не могли образоваться на их нынешней орбите из-за астрономических явлений, которые ими управляют, поэтому он заверил, что их орбиты и все они должны храниться в большом облаке. В честь этих двух великих астрономов это колоссальное облако получило свое название.
Оорт исследовал два типа комет. Те, у которых орбита меньше 10 а.е., и те, у кого долгопериодические орбиты (почти изотропные), которые больше 1.000 а.е., даже достигают 20.000 тысяч. Он также видел, как все они шли со всех сторон. Это позволило ему сделать вывод, что если они летят со всех сторон, гипотетическое облако должно иметь сферическую форму.
Что существует и охватывает Облако Оорта?
Согласно гипотезам происхождение облака Оорта, находится в формировании нашей солнечной системы, и крупные столкновения, которые существовали, и материалы, которые были обстреляны. Объекты, которые его образуют, были сформированы очень близко к Солнцу в его начале. Однако гравитационное действие планет-гигантов также исказило их орбиты, отправив их в далекие точки, где они находятся.
Орбиты комет, моделирование НАСА
Внутри облака Оорта мы можем выделить две части:
- Внутреннее / внутреннее облако Оорта: Оно более гравитационно связано с Солнцем. Его также называют Облако Холмов, оно имеет форму диска. Его размер составляет от 2.000 20.000 до XNUMX XNUMX AU.
- Внешнее облако Оорта: Сферической формы, больше связанной с другими звездами и галактическим приливом, который изменяет орбиты планет, делая их более круглыми. Меры от 20.000 50.000 до XNUMX XNUMX AU… Следует добавить, что это действительно предел гравитации Солнца.
Облако Оорта в целом охватывает все планеты нашей солнечной системы, карликовые планеты, метеориты, кометы и до миллиардов небесных тел диаметром более 1,3 км. Несмотря на такое значительное количество небесных тел, расстояние между ними оценивается в десятки миллионов километров. Общая масса неизвестна., но делая приближение, имея в качестве прототипа комету Галлея, По оценкам, он составляет примерно 3 × 10 ^ 25 кг, то есть примерно в 5 раз больше, чем на планете Земля.
На дальних рубежах Солнечной системы
Где заканчивается наша звездная система? Еще пятьдесят лет назад ученые сказали бы, что ее пределы находятся за орбитой Плутона. Сегодня астрономы полагают, что размеры куда больше: они совпадают с границами гравитационного влияния Солнца и составляют несколько световых лет. Таким образом, наша система гораздо больше, чем орбиты самых отдаленных планет. «Вояджерам» понадобится еще тысячи лет, чтобы действительно выйти в межзвездное пространство.
Сразу за орбитой Нептуна начинается пояс Койпера. Его внутренняя граница находится на расстоянии примерно в 30 а. е. от Солнца, внешняя – отстоит на 55 а. е. от нашего светила. Космические тела в поясе Койпера в основном состоят из замерзшего метана, воды и аммиака. Через пояс Койпера проходят орбиты множества карликовых планет.
Пояс Койпера и облако Оорта. Хорошо видны орбиты короткопериодичных и долгопериодичных комет, прилетающих во внутренние области Солнечной системы из этих скоплений
Еще дальше находится Рассеянный диск, который частично перекрывается с поясом Койпера. Он является основным источником короткопериодичных комет. Их примером может служить комета Галлея, которая приближается к Земле один раз в 75 лет. За поясом Койпера расположено облако Оорта. Его внешний край проходит по сфере Хилла.
Структура и состав
Внутренняя граница облака Оорта проходит на расстоянии в 2-5 тыс. а. е. от Солнца, а внешняя – на отдалении в 50 тыс. а. е. от нашего светила. Оно состоит из миллиардов объектов. Среди них находятся триллионы ядер комет, которые при определенных обстоятельствах могут посетить внутренние области Солнечной системы. Считается, что именно пояс Койпера и облако Оорта являются главными «поставщиками» периодических комет в нашей системе. По сути, облако Оорта — огромный сферический кометный рой. Предполагается, что объекты могут спокойно дрейфовать в скоплении на протяжении миллионов лет, пока на них не будет оказано гравитационное взаимодействие.
Масса облака достоверно неизвестна, но не вызывает сомнения, что она во много раз превосходит массу нашей планеты.
Строение облака Оорта: дискообразная внутренняя часть (облако Хиллса) и сферическая внешняя
Исходя из имеющихся данных о составе комет, предполагается, что объекты в облаке состоят из метана, воды, цианистых соединений и углекислоты. Однако открытие астероида 1996 PW указывает на наличие в скоплении и скалистых объектов – осколков планетоидов, распавшихся по тем или иным причинам.
Облако Оорта на разном расстоянии от Солнца весьма отлично по своей структуре и свойствам.
Оно состоит из двух частей:
- внутренняя область, которая называется облаком Хиллса и имеет форму диска;
- внешнее сферическое скопление, служащее источником комет с долгим периодом.
Тела Солнечной системы, включая астероиды, кометы и метеориты, имеют орбиты, лежащие в плоскости эклиптики. Объекты облака Хиллса также имеют более или менее круговые и стабильные орбиты, но во внешней области тела движутся хаотически, в разных плоскостях, подчиняясь воздействию притяжения не только Солнца, но и других звезд. Внутренняя часть имеет наибольшую плотность — в нем находится около шестой доли всех объектов скопления.
Гравитационная сила Солнца на таком удалении слишком мала, зато на кометы и планетоиды из облака существенно воздействуют внешние факторы. Сила притяжения соседних звезд и приливные силы нашей галактики Млечный путь изменили орбиты комет скопления. Данное предположение может объяснить практически идеальную шарообразную форму облака. Вероятно, что в далеком будущем облако Хиллса также превратится в сферу.
Облако Оорта определяет границы Солнечной системы
Считается, что внешний край Облака Оорта как бы очерчивает границы Солнечной системы и определяет предел сферы Хилла для Солнца. Проще говоря, предел сферы Хилла для Солнца (назван в честь американского астронома Джорджа Уильяма Хилла, определившего этот предел) представляет собой точку, в которой гравитация Солнца больше не доминирует перед лицом гравитационных эффектов более массивных тел. В данном случае этими телами будет либо галактика Млечный Путь, либо гравитационные эффекты звездных скоплений, проходящих на относительно небольшом расстоянии от предела сферы Хилла для Солнца.
Как появилось скопление Оорта
Сегодня ученые уверены, что облако Оорта образовалось из газопылевой туманности, из которой позже сформировались планеты и другие тела нашей системы. Это произошло примерно 4,5 млрд лет тому назад. Причем первоначально объекты скопления располагались гораздо ближе к Солнцу, но позже они были «выброшены» на дальние орбиты мощной гравитацией планет-гигантов.
Облако Оорта представляет собой скопление из миллиардов ледяных и каменных объектов
Масса скопления достигла своего максимума приблизительно через 800 млн лет после появления. Согласно некоторым моделям, одним из главных «поставщиков» материала для него служил рассеянный диск. Наличие этого скопления прекрасно сочетается с гипотезой о формировании нашей системы, как части единого звездного кластера, состоящего из 200—400 звёзд. Вероятно, они сыграли существенную роль в образовании облака Оорта: звёзды тогда к Солнечной системе приближались гораздо чаще, чем сегодня.
Трудно сказать, являются ли подобные скопления типичными для нашей Вселенной, но они уже обнаружены в других звездных системах. Исследования продолжаются. Возможно, в ближайшем будущем мы получим ответ на этот вопрос.
История открытия облака Оорта
Первым догадку о существовании огромной области на краю Солнечной системы, откуда к нам прилетают кометы, высказал астроном Эрнст Эпик в 1932 году. В 1950 году аналогичную идею высказал голландский астрофизик Ян Оорт. Он занимался решением парадокса недолговечности комет, которые довольно быстро распадаются под действием солнечного света или уничтожаются при столкновениях с более массивными небесными объектами.
Ученый предположил, что где-то на окраине нашей системы находится «огромный запас» кометных тел, достаточный для восполнения их естественной убыли. Научный мир воспринял эту гипотезу весьма скептически.
После изучения девятнадцати различных комет Оорт пришел к выводу, что все они являются «коренными» обитателями Солнечной системы и прибыли к нам из области, удаленной на 20 тыс. а. е. Он обратил внимание, что скорость этих объектов составляла 1 км/с, тогда как ближайшие звезды двигаются по отношению к Солнцу со скоростью приблизительно 20 км/с.
Оорт считал, что данная область содержит примерно 1011 кометных «зародышей», значительная часть из которых никогда не приближалась к Солнцу.
Формирование
Вероятней всего, облако осталось с момента формирования Солнечной системы и является остатками протопланетного диска из которого появились планеты.
Общепринятая гипотеза говорит, что объекты облака были рассеяны от Солнца на окраину под действием гравитации планет-гигантов.
Орбиты объектов в Солнечной системе
Объекты облака Оорта
Седна — кандидат в карликовые планеты. Параметры ее орбиты делают возможным ее принадлежность к облаку Оорта. Помимо Седны, существует еще минимум 4 объекта, чьим «домом» является облако Оорта.
Фото Седны — отмечена зеленым кружком
Облако Оорта — родина долгопериодических комет
Хотя вопрос о происхождении (и даже существовании) Облака Оорта все еще не решен, находчивые астрономы использовали данные об орбитах наблюдаемых долгопериодических комет, таких как комета Галлея, в качестве основы для формирования представления о том, что все долгопериодические кометы, а также «кентавры» и «семейные кометы Юпитера» берут свое начало в Облаке Оорта.
Считается, что большинство короткопериодических комет происходит из рассеянного диска (не является частью облака Оорта), но, вполне возможно, что изначальным местом их рождения были внешние области Облака Оорта.
Облако Оорта действительно очень большое
Хотя облако Оорта не наблюдалось напрямую, считается, что оно похоже на сферу, внутренняя область которой начинается на расстоянии 2000-5000 а.е. (0,03-0,08 световых лет) от Солнца и простирается примерно на 100 000—200 000 а.е. (1,58—3,16 световых лет) от Солнца. Это действительно много, учитывая, что Проксима Центавра, ближайшая к нам звезда, находится всего в 4,2 световых годах от Земли .
Облако Оорта всего в пять раз массивнее Земли
Применив сложное компьютерное моделирование, ученые подсчитали, что Облако Оорта содержит по крайней мере несколько триллионов объектов, диаметр которых превышает один километр, и еще несколько миллиардов объектов диаметром около 20 километров. И это при том, что все эти объекты в среднем удалены на десятки миллионов километров друг от друга. Хотя полная масса Облака Оорта доподлинно неизвестна, расчеты, основанные на массе кометы Галлея (предполагаемой кометы Облака Оорта), позволили предположить, что общая масса объектов Облака Оорта составляет около 3 x 10^25 килограммов, что примерно в пять раз больше массы нашей планеты.
Приливный эффект в облаке Оорта и на Земле
Таким же образом, как Луна воздействует на моря, поднимая прилив, был сделан вывод, что Галактически это явление происходит. Расстояние между одним телом и другим уменьшает силу тяжести, которую одно влияет на другое. Чтобы понять описываемое явление, мы можем взглянуть на силу, которую гравитация Луны и Солнца оказывает на Землю. В зависимости от положения Луны по отношению к Солнцу и нашей планете приливы могут различаться по величине. Выравнивание с Солнцем влияет на такую гравитацию на нашей планете, что объясняет, почему прилив так сильно поднимается.
В случае Облака Оорта, допустим, оно представляет моря нашей планеты. И Млечный Путь будет представлять Луну. Это приливный эффект. В результате, как и в графическом описании, происходит деформация к центру нашей галактики. Принимая во внимание, что гравитационная сила Солнца ослабевает по мере того, как мы удаляемся от него, этой небольшой силы также достаточно, чтобы нарушить движение некоторых небесных тел, заставляя их возвращаться к Солнцу.
Циклы исчезновения видов на нашей планете
Ученые смогли проверить следующее: примерно каждые 26 миллионов лет, есть повторяющийся узор. Речь идет о вымирании в эти периоды значительного количества видов. Хотя причину этого явления точно сказать нельзя. Приливный эффект Млечного Пути на облако Оорта это может быть гипотеза для рассмотрения.
Если учесть, что Солнце вращается вокруг галактики и по своей орбите стремится с некоторой регулярностью проходить через «галактическую плоскость», эти циклы вымирания можно описать.
Было подсчитано, что каждые 20-25 миллионов лет Солнце проходит через галактическую плоскость. Когда это произойдет, гравитационной силы, проявленной галактической плоскостью, будет достаточно, чтобы нарушить все Облако Оорта. Учитывая, что это сотрясет и потревожит тела членов в Облаке. Многие из них будут отброшены к Солнцу.
Кометы из Облака Оорта
Полагают, что эти объекты спокойно дрейфуют в Облаке Оорта, пока не выйдут из привычного маршрута из-за гравитационного толчка. Так они становятся долгопериодическими кометами и наведываются во внешнюю систему.
Сравнение размеров облака Оорта и Пояса Койпера
Орбита короткопериодических комет охватывает пару сотен лет, а вот у долгопериодических растягивается на десятки тысяч лет. Первые прибывают из пояса Койпера, а вторые – гости из облака. Но есть исключения.
Есть кометы Юпитера и Галлея. Вторые короткопериодические, но пребывают из Облака Оорта. Ранее они обладали длительным периодом, но попали под воздействие газового гиганта.
Транснептуновые объекты
Все объекты за пределами Нептуна классифицируются как так называемые транснептуновые объекты. Независимо от того, находятся ли они в поясе Койпера или в облаке Оорта. Поскольку Облако расположено намного дальше, чем Пояс, его крайне трудно изучать. И астрономам пока не удалось идентифицировать там объекты с той же степенью детализации, что и в Поясе Койпера. Более того, за исключением комет с длительным периодом, астрономы обнаружили только четыре небесных тела, которые по своим орбитам могли изначально быть родом из тех мест. К сожалению, нет никакой возможности произвести прямые наблюдения этой области пространства в ближайшие годы. И вполне возможно, что пройдут десятилетия, прежде чем мы отправим какой-либо космический аппарат в этот район Солнечной системы.
На Вояджеры надежды тоже нет. Чтобы добраться туда, им потребуется еще 300 лет. И, по оценкам астрономов, потребуется еще 30000, чтобы пролететь облако Оорта насквозь…
Будущее пояса Койпера
Когда Койпер изначально размышлял о существовании ледяного канта за пределами Нептуна, он указал, что такой области, вероятно, больше не существует. Доля истины в этом есть — транснептуновые объекты не будут существовать вечно. Если устроить красочную презентацию пояса Койпера, то это будет выглядеть как большая полоса материала, которую восьмая планета только что взбила. И в наши дни, вместо того, чтобы делать все большее и большее тело, они просто сталкиваются и медленно превращаются в пыль. Если мы вернемся через сто миллионов лет, то от этого холодного обода не останется и следа. Учитывая потенциал открытий и то, что тщательное изучение может рассказать нам о ранней истории нашей Солнечной системы, многие ученые и астрономы с нетерпением ждут того дня, когда мы сможем более подробно изучить и это чудо вселенной.
Какую массу имеет Облако Оорта?
Популярная и всем известная комета Галлея – короткопериодическая комета. Один оборот вокруг Солнца она делает за 72 года. Но, возможно, изначально это была долгопериодическая комета. В этом случае она должна быть родом из облака Оорта. Если мы предположим, что комета Галлея является типичным объектом, который мы можем найти во внешней части Облака Оорта, то можно предположить, что масса облака составляет 3 x 10 25 кг. То есть в 5 раз больше массы Земли. Если предположить, что комета Галлея – это типичный объект облака. Что, конечно же лишь допущение.
После анализа состава комет, которые наблюдались в последнее время, ученые сделали вывод, что большинство объектов Облака Оорта состоят в основном из летучих соединений. Это вода, метан, этан, окись углерода, синильная кислота и аммиак. Также в космосе наблюдались некоторые астероиды, которые тоже в теории могли прибыть из этого региона. Возможно, что астероиды составляют 1 или 2% от общего количества объектов, присутствующих в облаке.
Что касается массы внутреннего диска Облака Оорта, то таких оценок пока нет. Вполне возможно, что этот регион является остатком протопланетного диска, из которого 4,6 миллиарда лет назад родилась Солнечная система. Не исключено, что находящиеся в нем объекты изначально были намного ближе к нашей звезде. И гравитационное взаимодействие с планетами-гигантами привело к тому, что они были выброшены на свои текущие орбиты. Которые гораздо более далекие и более эллиптические.
