Русская Википедия:Пояс Койпера
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 (ОПК) состоят главным образом из летучих веществ (называемых льдами), таких как метан, аммиак и вода. В этой области ближнего космоса находятся по крайней мере четыре карликовые планеты: Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. 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 Койпера был открыт[6], число известных ОПК превысило тысячу, и предполагается, что ещё свыше 70 000 ОПК диаметром более 100 км пока не обнаружены[7]. Ранее считалось, что пояс Койпера — главный источник короткопериодических комет с орбитальными периодами менее 200 лет. Однако наблюдения, проводимые с середины 1990-х годов, показали, что пояс Койпера динамически стабилен и что настоящий источник этих комет — рассеянный диск, динамически активная область, созданная направленным вовне движением Нептуна 4,5 миллиарда лет назад[8]; объекты рассеянного диска, такие как Эрида, похожи на ОПК, но уходят по своим орбитам очень далеко от Солнца (до 100 а. е.).
Плутон — крупнейший известный объект пояса Койпера. Первоначально он считался планетой, но был переклассифицирован как карликовая планета. По составу Плутон напоминает прочие ОПК, а его период обращения позволяет отнести его к подгруппе ОПК под названием «плутино». В честь Плутона подгруппу из четырёх известных на данный момент карликовых планет, обращающихся за орбитой Нептуна, называют «плутоидами».
Пояс Койпера не следует путать с гипотетическим облаком Оорта, которое расположено в тысячи раз дальше. Объекты пояса Койпера, как и объекты рассеянного диска и облака Оорта, относят к транснептуновым объектам (ТНО)[9].
История исследования
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, трудно сказать, кто именно первым выдвинул подобную гипотезу.
Гипотезы
Первым астрономом, выдвинувшим предположение о существовании транснептуновой популяции, был Шаблон:Iw. В 1930 году, вскоре после открытия Плутона, он писал: «Нельзя ли предположить, что Плутон — лишь первое из серии тел за орбитой Нептуна, которые ещё ожидают своего открытия и в конечном счёте будут обнаружены?»[10].
Кеннет Эджворт предположил (1943, Журнал Британской астрономической ассоциации), что в области космоса за орбитой Нептуна первичные элементы туманности, из которой сформировалась Солнечная система, были слишком рассеяны, 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 время от времени какое-либо из этих тел «покидает своё окружение и появляется как случайный гость внутренних областей Солнечной системы»[12], становясь кометой.
Джерард Койпер высказал предположение (1951, журнал «Астрофизика»), что подобный диск образовался на ранних этапах формирования Солнечной системы, однако не считал, что такой пояс сохранился и до наших дней. Койпер исходил из распространённого для того времени предположения, что размеры Плутона близки к размерам Земли и потому Плутон рассеял эти тела к облаку Оорта или вообще из Солнечной системы[13].
В последующие десятилетия гипотеза принимала много различных форм. Например, в 1962 году американо-канадский астрофизик Аластер Дж. У. Кэмерон 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 чтобы, по крайней мере, 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 пятьюдесятью годами ранее помогло Клайду Томбо открыть Плутон[16]. В 1992 году был обнаружен другой объект с похожей орбитой — ФолШаблон:Ref-en[17]. Сегодня известно, что на орбитах между Юпитером и Нептуном существует целая популяция кометоподобных небесных тел, именуемых «кентаврами». Орбиты кентавров непостоянны и имеют динамические времена жизни в несколько миллионов лет[18]. Поэтому со времён открытия Хирона астрономы предполагали, что популяция кентавров должна пополняться из какого-то внешнего источника[19].
Новые доказательства в пользу существования пояса Койпера были получены в ходе исследования комет. Давно было известно, что кометы обладают конечным временем жизни. Когда они приближаются к Солнцу, его высокая температура испаряет летучие вещества с их поверхности в открытый космос, постепенно уничтожая их. Поскольку кометы не исчезли задолго до нашего времени, эта популяция небесных тел должна постоянно пополняться[20]. Предполагают, что одна из областей, из которой идёт такое пополнения — это «облако Оорта», сферический рой комет, простирающийся более чем на 50 000 а. е. от Солнца, гипотеза о существовании которого была впервые выдвинута Яном Оортом в 1950 году[21]. Считается, что в этой области возникают долгопериодические кометы — такие, например, как комета Хейла-Боппа с периодом обращения в тысячелетия.
Однако есть и другая группа комет, известная как короткопериодические или «периодические» кометы с периодом обращения менее 200 лет — например, комета Галлея. К 1970-м годам темпы открытия новых короткопериодических комет стали всё хуже и хуже согласовываться с предположением о том, что они происходят только из облака Оорта[22]. Для того, чтобы объект из облака Оорта стал короткопериодической кометой, он сначала должен быть захвачен планетами-гигантами. В 1980 году, в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Шаблон:Iw 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[23]. 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[24]. Так как слова «Койпер» и «кометный пояс» присутствовали в первом предложении статьи Х. Фернандеса, Тремен назвал эту гипотетическую область космоса «поясом Койпера»[25].
Открытие
В 1987 году астроном Дэвид Джуитт (Массачусетский технологический институт) 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»[26]. Используя телескопы обсерватории Китт-Пик в Аризоне и обсерватории Сьерро-Тололо в Чили, Джуит и Лу вели поиски при помощи блинк-компаратора, почти тем же способом, что Клайд Томбо и Чарльз Коваль[26]. Первоначально проверка каждой пары пластинок занимала до 8 часов[27], в дальнейшем процесс был сильно ускорен при помощи ПЗС-матриц, которые, несмотря на более узкое поле зрения, более эффективно собирали свет (сохраняли 90 % полученного света, тогда как фотопластинки — всего 10 %), и допускали процесс сравнения на мониторе компьютера. Сегодня ПЗС-матрицы — основа для большинства астрономических детекторов[28]. В 1988 году Джуитт перешёл в Астрономический институт Гавайского университета. Впоследствии Лу присоединилась к его работе на 2,24-метровом телескопе обсерватории Мауна-Кеа[29]. Позднее поле зрения ПЗС-матриц было увеличено до 1024×1024 пикселя, что ещё более ускорило поиск[30]. После 5 лет поисков, 30 августа 1992 года, Джуитт и Лу объявили об открытии кандидата в объекты пояса Койпера Шаблон:Mpl[6]. Через шесть месяцев они обнаружили второго кандидата (181708) 1993 FW[31].
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 соседней области, называемой «рассеянный диск», который образовался в те времена, когда Нептун мигрировал ко внешним границам Солнечной системы. Область, позднее ставшая поясом Койпера, тогда была значительно ближе к Солнцу. Нептун 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, в отличие от стабильного пояса Койпера, рассеянный диск динамически активен, именно он сегодня считается вероятным источником короткопериодических комет[8].
Название
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»[32]. Есть и ещё одно мнение — Дэвид Джуитт сказал по поводу этой проблемы следующее: «Если говорить о чьём-то имени… то Шаблон:Iw более всех заслуживает чести считаться человеком, предсказавшим пояс Койпера»[13]. Некоторые группы учёных предлагают использовать для объектов этого пояса термин транснептуновый объект (ТНО) как наименее спорный. Однако это не синонимы, так как к ТНО относят все объекты, обращающиеся за орбитой Нептуна, а не только объекты пояса Койпера.
Категории объектов пояса
На 26 мая 2008 года известно 1077 объектов транснептунового пояса, которые можно разделить на три категории:
- Классические объекты: имеют приблизительно круговые орбиты с небольшим наклонением, не связаны с движением планет. Такие объекты иногда называют «кьюбивано» в честь первого представителя, 1992 QB1. На 2004 год было известно 524 таких объекта[33].
- Резонансные объекты: образуют орбитальный резонанс 1:2, 2:3, 2:5, 3:4, 3:5, 4:5 или 4:7 с Нептуном. Объекты с резонансом 2:3 называются плутино в честь самого известного представителя — Плутона. На 2005 год известно около 150 плутино и 22 других резонансных объекта. Предполагается, что плутино составляют от 10 до 20 % общей численности объектов пояса Койпера, и, таким образом, общее число плутино диаметром более 100 км составляет более 30 000[33].
- Рассеянные объекты: имеют большой эксцентриситет орбиты и могут в афелии удаляться от Солнца на несколько сотен астрономических единиц. Их известно около 100, общее число считается примерно равным 10 000[34]. Во многих публикациях объекты рассеянного диска рассматриваются как отдельное семейство транснептуновых объектов, не входящее в пояс Койпера.
Предполагается, что объекты пояса Койпера состоят из льда с небольшими примесями органических веществ, то есть близки к кометному веществу.
Совокупная масса объектов 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 70000 с диаметром более 100 км и как минимум 450 000 тел диаметром более 50 км[35].
Крупнейшие объекты пояса Койпера
| Номер | Название | Экваториальный диаметр (км) |
Большая полуось, а. е. |
Перигелий, а. е. |
Афелий, а. е. |
Период обращения вокруг Солнца (лет) |
Открыт | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 136199 | Эрида | 2330+10/−10[36]. | 67,84 | 38,16 | 97,52 | 559 | 2005 i Шаблон:Wayback | [37] |
| 134340 | Плутон | 2390[38] | 39,45 | 29,57 | 49,32 | 248 | 1930 i Шаблон:Wayback | [39] Плутино |
| 136472 | Макемаке | 1500 +400/−200[40] | 45,48 | 38,22 | 52,75 | 307 | 2005 i Шаблон:Wayback | |
| 136108 | Хаумеа | ~1500 | 43,19 | 34,83 | 51,55 | 284 | 2005 i Шаблон:Wayback | |
| 134340 I | Харон | 1207 ± 3[41] | 39,45 | 29,57 | 49,32 | 248 | 1978 | [39] |
| 225088 | Гунгун | ~1535 | 67,3 | 33,6 | 101,0 | 553 | 2016 i | |
| 50000 | Квавар | ~1100 | 43,61 | 41,93 | 45,29 | 288 | 2002 i Шаблон:Wayback | |
| 90482 | Орк | 946,3 +74,1/−72,3[40] | 39,22 | 30,39 | 48,05 | 246 | 2004 i Шаблон:Wayback | Плутино |
| 55565 | Шаблон:Mpl- | 940 | 47,1 | 41,0 | 53,3 | 323 | 2002 i Шаблон:Wayback | |
| 20000 | Варуна | 874[42] | 42,80 | 40,48 | 45,13 | 280 | 2000 i Шаблон:Wayback | |
| 28978 | Иксион | < 822[42] | 39,70 | 30,04 | 49,36 | 250 | 2001 i Шаблон:Wayback | Плутино |
| 55637 | Шаблон:Mpl- | 681 +116/−114[40] | 42,6 | 36,7 | 48,6 | 278 | 2002 i Шаблон:Wayback |
Примечания
Литература
Ссылки
- Астрономы решили "цветовую" загадку пояса Койпера // РГ, 2.06.2023
- Ежедневно обновляемый список транснептуновых объектовШаблон:Ref-enШаблон:Wayback
- List of short period comets by familyШаблон:Ref-enШаблон:Wayback
- [Kuiper Belt Profile] by NASA’s Solar System ExplorationШаблон:Ref-en / Шаблон:Wayback
- The Kuiper Belt Electronic NewsletterШаблон:Ref-en Шаблон:Wayback
- Wm. Robert Johnston’s TNO pageШаблон:Ref-en Шаблон:Wayback
- Website of the International Astronomical UnionШаблон:Ref-en Шаблон:Wayback (debating the status of TNOs)
- XXVIth General Assembly 2006Шаблон:Ref-en
- Discovery Hints at a Quadrillion Space Rocks Beyond Neptune // space.comШаблон:Ref-en / Шаблон:Wayback
- The Outer Solar System Шаблон:Wayback Astronomy Cast episode No. 64, includes full transcriptШаблон:Ref-en
- The Kuiper beltШаблон:Ref-en
Шаблон:ВС Шаблон:Солнечная система
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Johnson, Torrence V.; and Lunine, Jonathan I.; Saturn’s moon Phoebe as a captured body from the outer Solar System, Nature, Vol. 435, pp. 69-71
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 6,0 6,1 6,2 Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 8,0 8,1 Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Davies, p. 2
- ↑ 13,0 13,1 Шаблон:Cite web
- ↑ 14,0 14,1 Davies, p. 14
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Фол Шаблон:WaybackШаблон:Ref-en
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Davies p. 38
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Oort, J. H., The structure of the cloud of comets surrounding the Solar System and a hypothesis concerning its origin, Bull. Astron. Inst. Neth., 11, p. 91-110 (1950) Text at Harvard server (PDF) Шаблон:WaybackШаблон:Ref-en
- ↑ Davies p. 39
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Davies p. 191
- ↑ 26,0 26,1 Davies p. 50
- ↑ Davies p. 51
- ↑ Davies pp. 52, 54, 56
- ↑ Davies pp. 57, 62
- ↑ Davies p. 65
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Davies p. 199
- ↑ 33,0 33,1 Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Возможно, относится к объектам рассеянного диска.
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 39,0 39,1 Плутон и Харон образуют двойную систему.
- ↑ 40,0 40,1 40,2 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ 42,0 42,1 Шаблон:Cite web
