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. 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.
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. 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. 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. Так как слова «Койпер» и «кометный пояс» присутствовали в первом предложении статьи
Фернандеса, Тремен назвал эту гипотетическую область космоса «поясом Койпера».
|
Анимация движения объектов во внешней части Солнечной системы (за пределами орбиты Юпитера), в течение 100 летнего периода
с 200 дневным интервалом.
Показаны орбиты и текущее положение планет-гигантов Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Положение Плутона показывает
большой белый кружок с крестиком в центре. Оранжевые треугольники это кентавры, голубые треугольники - объекты с большим эксцентриситетом, белые
круги - Плутино, красные круги - классические ТНО, пурпурные кружки - объекты рассеянного диска.
Странное поведение комет на графике, которые до 1990х годов стремились в центр Солнечной системы это наблюдаемые
за тот период кометы, если нанести на график все кометы, то такого эффекта уже не будет.
|
ПОЯС КОЙПЕРА
|
В 1987 году астроном Дэвид Джуитт (Массачусетский технологический институт) всерьёз задумался над «кажущейся пустотой внешней Солнечной системы».
Пытаясь обнаружить другие объекты за орбитой Плутона, он говорил помогавшей ему аспирантке Джейн Лу: «Если этого не сделаем мы, то не сделает никто». 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. Первоначально
проверка каждой пары пластинок занимала до 8 часов, 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. В 1988 году Джуитт перешёл в Астрономический институт Гавайского университета. Впоследствии Лу присоединилась к его работе на 2,24-метровом
телескопе обсерватории Мауна-Кеа. Позднее поле зрения ПЗС-матриц было увеличено до 1024х1024 пикселя, что ещё более ускорило поиск. После 5 лет поисков, 30 августа 1992 года,
Джуитт и Лу объявили об открытии кандидата в объекты пояса Койпера (15760) 1992 QB
1. Через шесть месяцев они обнаружили второго кандидата, (181708) 1993 FW.
|
Сравнение размеров самых больших объектов в Солнечной системе (более 200 миль в диаметре).
|
ПОЯС КОЙПЕРА
|
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.
Пояс Койпера
Пояс Койпера (иногда также называемый пояс Эджворта - Койпера) - область Солнечной системы от орбиты Нептуна (30 а. е. от Солнца) до расстояния
около 55 а. е. от Солнца. Хотя пояс Койпера похож на пояс астероидов, он примерно в 20 раз шире и в 20-200 раз массивнее последнего. 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, с небольшими примесями органических веществ, то есть близки к кометному веществу. 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.
|
Распределение транснептуновых объектов (март 2015) по эксцентриситету e и большой полуоси a (а.е.). На диаграмме объекты показаны в масштабах, с
демонстрацией их альбедо и усредненного цвета.
|
ПОЯС КОЙПЕРА
|
|
Положение карликовых планет в плоскости Солнечной системы на 2015 год.
|
ПОЯС КОЙПЕРА
|
С тех пор, как в 1992 году пояс был открыт, число известных объектов в Поясе Койпера превысило 1300, и предполагается, что ещё более 70 000 с диаметром
более 100 км пока не обнаружены. 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; объекты рассеянного диска, такие как Эрида, похожи на объекты Пояса Койпера, но уходят по своим
орбитам очень далеко от Солнца (до 100 а. е.).
|
|
ПОЯС КОЙПЕРА
|
Плутон - крупнейший известный объект пояса Койпера. Первоначально он считался планетой, но был переклассифицирован как карликовая планета. По составу Плутон
напоминает прочие объекты пояса Койпера, а его период обращения относит его к подгруппе «плутино», которая была названа в его честь.
Категории объектов пояса
Объекты транснептунового пояса делятся на следующие категории:
-
Классические объекты: имеют приблизительно круговые орбиты в области 40-50 а.е. с небольшим наклонением (плоскости орбит наклонены к эклиптике менее чем на 40°,
не связаны с движением планет. Такие объекты иногда называют «кьюбивано» в честь первого представителя, 1992 QB
1. Эти объекты не
испытывают сильного влияния больших планет; их орбиты остаются практически неизменными; Сейчас известно более 500 таких объектов.
-
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.
-
Рассеянные объекты: имеют большой эксцентриситет орбиты и могут в афелии удаляться от Солнца на несколько сотен астрономических единиц. "Бродяги", имеющие весьма вытянутые
орбиты (e=0.5-0.9) с большой полуосью 60-100 а.е.; некоторые из них удаляются от Солнца в афелии на 100-200 а.е., а объект 2000 CR
105 - даже на 1300 а.е. Их известно
около 100, общее число считается примерно равным 10 000. Во многих публикациях объекты рассеянного диска рассматриваются как отдельное семейство транснептуновых объектов,
не входящее в пояс Койпера.
|
Большинство известных объектов пояса Койпера имеют большую полуось в диапазоне примерно между 35 и 48 а.е. (красные и синие объекты на диаграмме).
Считается, что кентавры (жёлтые) и объекты рассеянного диска (серые) ранее тоже располагались в поясе Койпера, но были рассеяны Нептуном
внутрь и наружу.
|
ПОЯС КОЙПЕРА
|
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.
|
Крупнейшие объекты Пояса Койпера
|
ПОЯС КОЙПЕРА
|
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) |
67,84 |
38,16 |
97,52 |
559 |
2003 |
Возможно, относится к объектам рассеянного диска. |
134340 |
Плутон |
2390 |
39,45 |
29,57 |
49,32 |
248 |
1930 |
Плутон и Харон образуют двойную систему. |
136472 |
Макемаке |
примерно 1500 |
45,48 |
38,22 |
52,75 |
307 |
2005 |
|
136108 |
Хаумеа |
примерно 1500 |
43,19 |
34,83 |
51,55 |
284 |
2005 |
|
134340 I |
Харон |
1207 |
39,45 |
29,57 |
49,32 |
248 |
1978 |
|
225088 |
2007 OR10 |
875-1400 |
67,3 |
33,6 |
101,0 |
553 |
2007 |
|
50000 |
Квавар |
примерно 1100 |
43,61 |
41,93 |
45,29 |
288 |
2002 |
|
90482 |
Орк |
примерно 946 |
39,22 |
30,39 |
48,05 |
246 |
2004 |
Плутино |
55565 |
2002 AW197 |
940 |
47,1 |
41,0 |
53,3 |
323 |
2002 |
|
20000 |
Варуна |
874 |
42,80 |
40,48 |
45,13 |
280 |
2000 |
|
28978 |
Иксион |
примерно 822 |
39,70 |
30,04 |
49,36 |
250 |
2001 |
Плутино |
55637 |
2002 UX25 |
примерно 681 |
42,6 |
36,7 |
48,6 |
278 |
2002 |
|
Материалы и фото: www.minorplanetcenter.net, ru.wikipedia.org, www.nasa.gov и др.