Доктор Майк Браун - профессор планетарной астрономии в Калифорнийском технологическом институте. Он наиболее известен как человек, убивший Плутон, благодаря обнаружению его командой Эрис и других объектов пояса Койпера. Мы попросили его помочь нам объяснить этот необычный регион нашей солнечной системы.
Вскоре после того, как Плутон был открыт Клайдом Томбо 18 февраля 1930 года, астрономы начали выдвигать теории о том, что Плутон был не единственным во внешней Солнечной системе. Со временем они начали постулировать о существовании других объектов в этом регионе, которые они откроют к 1992 году. Короче говоря, существование пояса Койпера - большого поля космического мусора на краю Солнечной системы - теоретизировалось еще до того, как оно стало реальностью. когда-либо обнаруженный.
Определение:
Пояс Койпера (также известный как пояс Эджворта-Койпера) - это область Солнечной системы, которая существует за пределами восьми основных планет, простирается от орбиты Нептуна (30 а.е.) до примерно 50 а.е. от Солнца. Он похож на пояс астероидов тем, что содержит множество маленьких тел, все это остатки образования Солнечной системы.
Но в отличие от пояса астероидов, он намного больше - в 20 раз шире и в 20-200 раз массивнее. Как объясняет Майк Браун:
Пояс Койпера - это совокупность тел за пределами орбиты Нептуна, которые, если бы ничего другого не произошло, если бы Нептун не сформировался или если бы все пошло немного лучше, возможно, они могли бы собраться вместе и сформировать следующую планету. за Нептуном. Но вместо этого в истории Солнечной системы, когда сформировался Нептун, это привело к тому, что эти объекты не смогли собраться вместе, так что это просто пояс материала за пределами Нептуна.
Открытие и наименование:
Вскоре после открытия Томбо Плутона астрономы начали размышлять о существовании транснептуновой популяции объектов во внешней Солнечной системе. Первым это предположил Фрекрик К. Леонард, который начал предполагать существование «ультра-нептуновых тел» за пределами Плутона, которые просто еще не были обнаружены.
В том же году астроном Армин О. Лейшнер предположил, что Плутон «может быть одним из многих долгопериодических планетных объектов, которые еще предстоит открыть». В 1943 г.Журнал Британской астрономической ассоциацииКеннет Эджворт более подробно остановился на этом предмете. Согласно Эджворту, материал внутри изначальной солнечной туманности за Нептуном был слишком широко разнесен, чтобы конденсироваться в планеты, и поэтому скорее сконцентрировался в несметное количество более мелких тел.
В 1951 г. в статье для журналаАстрофизика, что голландский астроном Джерард Койпер предположил, что подобный диск сформировался в начале эволюции Солнечной системы. Иногда один из этих объектов забредал внутрь Солнечной системы и становился кометой. Идея этого «пояса Койпера» имела смысл для астрономов. Это не только помогло объяснить, почему дальше в Солнечной системе нет больших планет, но и удобно скрыло загадку происхождения комет.
В 1980 г. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества Уругвайский астроном Хулио Фернандес предположил, что пояс комет, который находится между 35 и 50 а.е., потребуется для объяснения наблюдаемого количества комет.
Продолжая работу Фернандеса, в 1988 году группа канадских астрономов (команда Мартина Дункана, Тома Куинна и Скотта Тремейна) провела ряд компьютерных симуляций и определила, что Облако Оорта не могло учесть все короткопериодические кометы . С «поясом», как его описал Фернандес, добавленным к формулировкам, моделирование соответствовало наблюдениям.
Тела в поясе Койпера. Предоставлено: Дон Диксон.
В 1987 году астроном Дэвид Джуитт (тогда из Массачусетского технологического института) и тогдашняя аспирантка Джейн Луу начали использовать телескопы в Национальная обсерватория Китт-Пик в Аризоне и Межамериканская обсерватория Серро Тололо в Чили для поиска внешней части Солнечной системы. В 1988 году Джуитт переехал в Институт астрономии в Гавайском университете, и Луу позже присоединился к нему, чтобы работать в обсерватории Мауна-Кеа при университете.
После пяти лет поисков 30 августа 1992 года Джуитт и Луу объявили: « Открытие объекта-кандидата в пояс Койпера ”(15760) 1992 QB1. Шесть месяцев спустя в этом районе был обнаружен второй объект - (181708) 1993 FW. Многие, многие другие последуют…
В своей статье 1988 года Тремейн и его коллеги назвали гипотетическую область за Нептуном «поясом Койпера», по-видимому, из-за того, что Фернандес использовал слова «Койпер» и «кометный пояс» в первом предложении своей статьи. Хотя это название осталось официальным, астрономы иногда используют альтернативное название пояса Эджворта-Койпера, чтобы отдать должное Эджворту за его ранние теоретические работы.
Однако некоторые астрономы зашли так далеко, что заявили, что ни одно из этих названий не является правильным. Например, Брайан Г. Марсден - британский астроном и давний директор Центр малых планет (MPC) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики - заявил, что «Ни Эджворт, ни Койпер не писали ни о чем отдаленно похожем на то, что мы сейчас видим, но Фред Уиппл (американский астроном, выдвинувший гипотезу кометы «грязный снежный ком») сделал ».
Схема Солнечной системы, включая пояс Койпера и Облако Оорта, в логарифмическом масштабе. Предоставлено: НАСА.
Более того, Дэвид Джуитт прокомментировал: «Во всяком случае… Фернандес почти заслуживает похвалы за предсказание пояса Койпера». Из-за разногласий, связанных с его названием, термин транснептуновый объект (TNO) рекомендуется для объектов в поясе несколькими научными группами. Однако другие считают этого недостаточным, поскольку это может означать любой объект за орбитой Нептуна, а не только объекты в поясе Койпера.
Состав:
В поясе Койпера было обнаружено более тысячи объектов, и предполагается, что существует целых 100000 объектов диаметром более 100 км. Учитывая их небольшие размеры и удаленность от Земли, химический состав КБО очень сложно определить.
Однако спектрографические исследования, проведенные в регионе с момента его открытия, в целом показали, что его члены в основном состоят из льдов: смеси легких углеводородов (таких как метан), аммиака и водяного льда - состав, который они разделяют с кометами. Первоначальные исследования также подтвердили наличие широкого диапазона цветов среди KBO, от нейтрального серого до темно-красного.
Это говорит о том, что их поверхность состоит из широкого спектра соединений, от грязного льда до углеводородов. В 1996 году Роберт Х. Браун и др. получил спектроскопические данные по КА KBO 1993 SC, которые показали, что его поверхность по составу очень похожа на состав поверхности Плутона, а также спутника Нептуна Тритона, обладающего большим количеством метанового льда.
Сравнение художников восьми крупнейших объектов пояса Койпера. Предоставлено: Lexicon / NASA Images.
Водяной лед обнаружен в нескольких КБО, в том числе в 1996 г.66, 38628 Хуя и 20000 Варуна. В 2004 г. Майк Браун и др. определили наличие кристаллического водяного льда и гидрата аммиака на одном из крупнейших известных KBO, 50000 Quaoar. Оба эти вещества были бы разрушены за время существования Солнечной системы, что позволяет предположить, что Квавар был недавно вновь обнаружен либо из-за внутренней тектонической активности, либо из-за ударов метеоритов.
Помимо Плутона в поясе Койпера, стоит упомянуть и многие другие объекты. Квавар, Макемаке, Хаумеа, Оркус и Эрида - все большие ледяные тела в Поясе. У некоторых из них даже есть собственные луны. Все они чрезвычайно далеки, но все же вполне достижимы.
Исследование:
19 января 2006 г. НАСА запустилоНовые горизонтыкосмический зонд для изучения Плутона, его спутников и одного или двух других объектов пояса Койпера. По состоянию на 15 января 2015 года космический корабль начал приближаться к карликовой планете и, как ожидается, совершит облет к 14 июля 2015 года. Когда он достигнет этой области, астрономы также ожидают несколько интересных фотографий пояса Койпера.
Еще более захватывающим является тот факт, что исследования других солнечных систем показывают, что наша Солнечная система не уникальна. С 2006 года были обнаружены другие «пояса Койпера» (т. Е. Пояса ледяных обломков) около девяти других звездных систем. Они, по-видимому, делятся на две категории: широкие пояса с радиусом более 50 а.е. и узкие пояса (как наш собственный пояс Койпера) с радиусами от 20 до 30 а.е. и относительно резкими границами.
Согласно инфракрасным исследованиям, около 15-20% звезд солнечного типа имеют массивные структуры, похожие на пояс Койпера. Большинство из них выглядят довольно молодыми, но две звездные системы - HD 139664 а также HD 53143 , которые наблюдались космическим телескопом Хаббл в 2006 году, - оцениваются в 300 миллионов лет.
Обширный и неизведанный пояс Койпера является источником многих комет и считается точкой происхождения всех периодических или короткопериодических комет (т. Е. Тех, орбита которых находится на орбите 200 лет или меньше). Самый известный из них - Комета Галлея , который был активен последние 16 000–200 000 лет.
Будущее пояса Койпера:
Когда он первоначально предположил о существовании пояса объектов за Нептуном, Койпер указал, что такой пояс, вероятно, больше не существует. Конечно, последующие открытия доказали, что это неверно. Но в одном Койпер определенно был прав, так это в том, что эти транснептуновые объекты не будут существовать вечно. Как объясняет Майк Браун:
Мы называем это поясом, но это очень широкий пояс. Это что-то вроде 45 градусов по небу - это большая полоса материала, которую только что взбалтывал Нептун. И в наши дни вместо того, чтобы становиться все больше и больше, они просто сталкиваются и медленно превращаются в пыль. Если мы вернемся еще через сто миллионов лет, пояса Койпера не останется.
Учитывая потенциал для открытий и то, что близкое изучение могло бы научить нас о ранней истории нашей Солнечной системы, многие ученые и астрономы с нетерпением ждут того дня, когда мы сможем изучить пояс Койпера более подробно. Надеюсь, чтоНовые горизонтымиссия - это только начало будущих десятилетий исследований этого загадочного региона!
У нас в Universe Today есть много интересных статей по теме Внешняя Солнечная система а также Объекты Trans-Neptunion (TNO) .
И обязательно ознакомьтесь с этой статьей о планета Эрис , последняя карликовая планета и самая большая из обнаруженных TNO.
И астрономы ожидают открытия еще две большие планеты в нашей Солнечной системе .
У Universe Today также есть полнометражное интервью с Майк Браун из Калифорнийского технологического института.
Подкаст (аудио): Скачать (Продолжительность: 4:28 - 4,1 МБ)
Подписывайся: Подкасты Apple | RSS
Подкаст (видео): Скачать (82,7 МБ)
Подписывайся: Подкасты Apple | RSS