Пояс кеплера: Что такое пояс Койпера? Определение | Расположение | Факты

Содержание

Что такое пояс Койпера? Определение | Расположение | Факты

Пояс Койпера представляет собой округлую область ледяных тел за орбитой Нептуна. Он простирается от орбиты Нептуна (30 АЕ) до примерно 50 АЕ от Солнца. В этом регионе миллионы объектов; большинство из них сделаны из ледяных летучих веществ.

Вскоре после открытия Плутона в 1930 году исследователи начали строить предположения, что он может быть не один во внешней Солнечной системе.

Лишь в 1992 году было обнаружено существование других объектов в этом регионе. Эти объекты были ничем иным, как большим полем обломков на краю Солнечной системы. Вместе они составляют Пояс Койпера.

Кроме того, многие астрономы теоретизировали о существовании пояса Койпера за десятилетия до его открытия. Это огромное и таинственное место, которое мы только начали исследовать. Давайте копнем глубже и выясним, что же такое пояс Койпера, где он расположен, и как он был создан?

Определение пояса Койпера

Пояс Койпера — это кольцевидная область ледяных тел за орбитой Нептуна. Как и пояс астероидов, он содержит миллионы маленьких тел, все остатки от формирования Солнечной системы.

Эти ледяные объекты также называют транс-нептунскими объектами (ТНО) или объектами пояса Койпера.

Не путайте пояс Койпера с Облаком Оорта, которое представляет собой более отдаленную область кометоподобных тел, которая окружает пояс Койпера и Солнечную систему.

Расположение и состав

Пояс Койпера простирается от орбиты Нептуна (около 30 астрономических единиц [АЕ]; 4,5 млрд. км) до приблизительно 50 АЕ (7,5 млрд. км) от Солнца.

Он в 20 раз шире и в 20-200 раз массивнее пояса астероидов, который расположен между орбитами Марса и Юпитера.

Пояс Койпера является домом для многих карликовых планет, включая Плутон, Эрис, Хаумеа и Макемаке. Большинство объекты в поясе Койпера сделаны из ледяных летучих веществ, таких как вода, аммиак и метан.

Несмотря на то, что он содержит сотни тысяч лун, некоторые исследования предполагают, что в регионе могли возникнуть такие крупные спутники, как Феба Сатурна и Тритон Нептуна.

Как он был создан?

Хотя происхождение Пояса Койпера и его сложная структура не вполне понятны, ученые полагают, что он содержит остатки, оставшиеся от начала Солнечной системы.

Если бы Нептуна там не было, ледяные объекты в этом регионе могли бы собраться вместе и сформировать планету. Однако гравитационное притяжение Нептуна настолько взбудоражило эту область космоса, что эти ледяные объекты не смогли бы слиться в одну планету.

Согласно модели Ниццы, которая представляет сценарий динамического развития Солнечной системы, пояс Койпера мог сформироваться ближе к нашему Солнцу, чем его нынешнее местоположение. Уран и Нептун участвовали в сложном танце, меняя позиции и перемещаясь наружу в Солнечной системе.

Поскольку обе планеты отошли от Солнца, их гравитационное притяжение могло унести с собой большинство ледяных объектов (в поясе Койпера). Таким образом, многие из этих маленьких ледяных объектов были перенесены из своих первоначальных мест в более холодную область Солнечной системы.

Кто открыл пояс Койпера?

Он назван в честь голландского астронома Джерарда Койпера, хотя он и не предполагал его существования. Однако его исследования были хорошо известны среди исследователей, так что общая идея пояса Койпера стала приписываться ему.

В 1943 году независимый астроном-теоретик Кеннет Эджворт опубликовал статью, в которой высказал гипотезу, что материалы за пределами орбиты Нептуна слишком широко рассеяны, чтобы конденсироваться в планеты.

Вместо этого эти материалы конденсируются в несколько меньших тел во внешней области Солнечной системы. Время от времени некоторые из этих тел уходят из своего региона и появляются как случайные посетители внутренней Солнечной системы, которую мы называем кометами.

Благодаря невероятной работе Эджворта, ученые иногда используют альтернативное название «Пояс Эджворта-Койпера», чтобы приписать ему заслуги.

В 1992 году астроном Дэвид Джевитт и его ученица Джейн Луу обнаружили кандидата в КВО 1992 года QB1. Это была первый объект в поясе Койпера, обнаруженная после Плутона и Харона. Почти полгода спустя, они обнаружили второй объект (181708) 1993 FW.

К настоящему времени астрономами открыто более 2000 объектов в поясе Койпера, и считается, что в регионе существует более 100 000 крупных объектов на расстоянии более 100 км.

7 интересных фактов о поясе Койпера

1. У многих объектов в поясе Койпера есть спутники

Большое количество объектов Пояса Койпера либо имеют Луны, либо являются двойными объектами. Спутники — это существенно меньшие тела, вращающиеся вокруг больших объектов. Объект в этом регионе может иметь более одной луны. Квавар, Хаумеа, Эрис и Плутон — это все объекты Пояса Койпера, имеющие Луны.

Двойные объекты, с другой стороны, это пары объектов, которые относительно похожи по массе или размеру. Они вращаются вокруг общего центра масс, который лежит между ними

2. Они гораздо менее массивны, чем Земля.

Несмотря на огромную протяженность пояса Койпера, его общая масса составляет менее 2% от массы Земли.

Это противоречит стандартным моделям, которые указывают, что пояс Койпера должен в 30 раз превышать массу Земли. Тайна 99% недостающей массы остается нерешенной.

Однако некоторые исследователи предполагают, что объекты в поясе Койпера из-за большого количества столкновений постепенно разрушают друг друга в пыль. Таким образом, пояс Койпера, вероятно, исчезнет в далеком будущем.

3. Это источник комет

Пояс Койпера — один из регионов, откуда берутся кометы. Когда объекты в поясе Койпера сталкиваются, они создают меньшие части, которые могут быть ускорены гравитацией Нептуна на орбиты, которые направляют их к Солнцу.

Гравитационное притяжение Юпитера затем загоняет эти кусочки в короткие петли, продолжающиеся два десятилетия или меньше. Эти части известны как кометы семейства Юпитера.

Хотя большинство из них в конечном итоге становятся бездействующими, астрономы обнаружили некоторые околоземные астероиды, которые напоминают сгоревшие кометы. Наблюдения показывают, что эти кометы начались бы в Поясе Койпера или Облаке Оорта.

4. Более 6 десятилетий астрономы не осознавали, что обнаружили пояс Койпера

Первый объект в поясе Койпера — Плутон — был открыт в 1930 году. В то время исследователи не имели представления о распределении небесных тел во внешней области Солнечной системы. Несмотря на странно наклоненную орбиту Плутона, исследователи считали его одинокой планетой.

С открытием второго объекта в поясе Койпера в 1992 году исследователи поняли, что Плутон не одинок: в этом регионе миллионы маленьких ледяных объектов, вращающихся вокруг Солнца.

5. Пять крупнейших объектов в поясе Койпера

Учитывая их радиус, пять самых больших объектов пояса Койпера

  • Плутон (1188 км) : самая большая из известных ледяных карликовых планет.
  • Эрида (1163 км) : самая массивная и вторая по величине известная карликовая планета в нашей Солнечной системе.
  • Хаумеа (780 км): самая быстро вращающаяся карликовая планета с кольцом вокруг нее.
  • Макемаке (715 км) : вероятно, карликовая планета со своим спутником, S / 2015 (136472) 1.
  • Квавар (555 км) : возможная карликовая планета с предполагаемой плотностью 2,2 г / см 3.

6. Первый рукотворный объект, входящий в пояс Койпера.

В 1983 году «Пионер 10» стал первым космическим кораблем, вышедшим в космос за пределы орбиты Нептуна. Поскольку в то время Койперский пояс не был обнаружен, космический зонд не изучал ледяной мир в этом регионе.

Зонд «Новые горизонты» НАСА стал первым межпланетным космическим зондом, который был запущен (в 2006 году) с целью пролета и изучения одного или нескольких объектов в поясе Койпера в последующее десятилетие.

В июле 2015 года космический аппарат пролетел над Плутоном и его лунами, собирая данные об атмосфере, и поверхностях. В 2019 году он совершил ближний полет на объекте под названием 486958 Аррокот в районе Койперского пояса.

7. Гипотетическая планета может объяснить некоторые объекты пояса Койпера

В 2015 году исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили математические доказательства, предполагающие, что «Планета X» может скрываться далеко за Плутоном. Она еще не наблюдалась, но расчеты показывают, что она там есть.

Гравитационное притяжение этой неизведанной планеты могло бы объяснить уникальные орбиты, по крайней мере, пяти небольших ледяных объектов в поясе Койпера. Если бы они были обнаружены, это переосмыслило бы наше понимание эволюции Солнечной системы.

Что такое Пояс Койпера | Пояс Койпера и Облако Оорта | Девятая планета

30 августа 1992 года был открыт первый объект пояса Койпера (после Плутона и Харона). Он получил наименование 1992 QB1. С тех пор в поясе Койпера были обнаружены тысячи подобных объектов. Рассказываем об этой далекой области Солнечной системы и о тайнах, которые она может скрывать.

Содержание

  • Что такое пояс Койпера?
  • Кто открыл пояс Койпера?
  • Как образовался пояс Койпера?
  • Объекты пояса Койпера
  • Пояс Койпера и Девятая планета
  • Какие космические аппараты посещали пояс Койпера?
  • Часто задаваемые вопросы
    • Какой самый большой объект в поясе Койпера?
    • Сколько планет в поясе Койпера?
    • Сколько требуется времени, чтобы достичь пояса Койпера?
    • В чем разница между облаком Оорта и поясом Койпера?

Что такое пояс Койпера?

Пояс Койпера — дискообразная область Солнечной системы, расположенная за орбитой Нептуна. Она простирается примерно от 30 до 55 астрономических единиц от Солнца. Пояс Койпера содержит миллионы ледяных тел, которые считаются остатками со времен формирования Солнечной системы. Несмотря на огромные размеры пояса, общая масса всех объектов в нем составляет лишь около 10% массы Земли.

Что больше: лунное расстояние, астрономическая единица или световой год? Читайте нашу инфографику, чтобы узнать как астрономы используют эти понятия.

Смотреть инфографику

Кто открыл пояс Койпера?

Пояс Койпера иногда называют поясом Эджворта-Койпера в честь астрономов Кеннета Эджворта и Джерарда Койпера. Однако пояс открыли вовсе не они.

Идея о том, что за орбитой Нептуна существует диск ледяных объектов появились еще в первой половине 20 века. С момента открытия Плутона в 1930 году ученые предполагали, что рядом с ним могут быть и другие подобные небесные тела. В 1943 году ирландский астроном Кеннет Эджворт предположил, что во внешней области Солнечной системы располагается большое количество сравнительно некрупных небесных тел. Это был его единственный вклад в открытие пояса Койпера. Затем, в 1951 году, голландский астроном Джерард Койпер выдвинул аналогичную гипотезу, предположив, что за пределами Нептуна должен находиться пояс небольших объектов. Но вот забавный факт: Койпер думал, что этого пояса больше нет. Он полагал, что гравитация Плутона вытеснила объекты пояса в облако Оорта. Так что, по иронии судьбы, Джерард Койпер считал, что пояса Койпера не существует.

Рассуждения о гипотетическом поясе ледяных тел продолжались десятилетиями. Только в 1992 году, после пяти лет поисков, астрономы Дэвид Джуитт и Джейн Лу наконец обнаружили первый объект в поясе Койпера — 1992 QB1 (позже названный 15760 Альбион). Через полгода они нашли второй объект — 1993 FW. Что ж, возможно, пояс Койпера следовало назвать поясом Джуитт-Лу — по крайней мере, эти два астронома верили в его существование.

Как образовался пояс Койпера?

Около 4,6 миллиарда лет назад из облака газа и пыли, называемого солнечной туманностью, образовалась Солнечная система. Большая часть вещества туманности пошла на формирование Солнца и планет, а “не пригодившийся материал” остался в виде небольших небесных тел.

Объекты пояса Койпера — это как раз такие остатки со времен формирования Солнечной системы. Подобно главному поясу астероидов между Марсом и Юпитером, пояс Койпера мог бы стать планетой, если бы не присутствие планеты-гиганта рядом с ним. Огромная гравитация Нептуна не позволила маленьким кускам камня и льда слиться в одно большое небесное тело.

Объекты пояса Койпера

Небесные тела, “населяющие” пояс Койпера, называются объектами пояса Койпера (ОПК) или транснептуновыми объектами (ТНО). По данным НАСА, в настоящее время астрономам известно более 2 000 ОПК.

В отличие от астероидов главного пояса, состоящих в основном из камня, большинство ОПК представляют собой ледяные тела, состоящие из замороженного метана, аммиака и воды. Они также могут иметь широкий цветовой спектр — от белого до красного и синего.

Размеры объектов пояса Койпера варьируются от нескольких метров до более чем 2 000 км. Крупнейшими ОПК являются четыре карликовые планеты: Плутон (2 376 км), Эрида (2 326 км), Макемаке (1 430 км) и Хаумеа (1 632 км). Пояс Койпера также содержит несколько кандидатов в карликовые планеты — среди них Орк, Квавар, Гунгун и Седна.

У четырех карликовых планет, а также у Гунгуна и Квавара есть спутники, а у Хаумеа даже есть кольцо! Кроме того, пояс Койпера содержит множество двойных систем — двух объектов, вращающихся вокруг общего центра масс. Наиболее ярким примером двойной системы является система Плутон-Харон.

Пояс Койпера также считается источником комет. Кометы образуются, когда гравитация Нептуна выталкивает обломки столкнувшихся объектов пояса Койпера в сторону Солнца. В отличие от облака Оорта, которое является источником большинства долгопериодических комет, в поясе Койпера образуются короткопериодические кометы с орбитальным периодом менее 200 лет.

Пояс Койпера и Девятая планета

Изучение объектов пояса Койпера привело к возникновению новой интересной гипотезы. Астрономы Константин Батыгин и Майк Браун наблюдали несколько ОПК и заметили странную аномалию в распределении их орбит. В 2016 году ученые представили свою теорию: уникальность орбит этих объектов можно объяснить гравитационным влиянием неизвестной планеты, расположенной далеко за орбитой Плутона! Гипотетическая планета размером с Нептун получила прозвище “Девятая планета”. По расчетам, она может иметь массу в пять-десять раз больше земной и период обращения около 10 000 земных лет. Девятая планета до сих пор не обнаружена, но астрономы не сдаются и продолжают поиски.

Какие космические аппараты посещали пояс Койпера?

Единственный космический аппарат, исследовавший объекты пояса Койпера с близкого расстояния, — это межпланетная станция “Новые горизонты” НАСА. Она была запущена в 2006 году и пролетела мимо Плутона в 2015 году. Затем, в 2019 году, станция изучила еще один ОПК под названием Аррокот — он стал самым далеким объектом Солнечной системы, который когда-либо посещал космический аппарат. Сейчас команда миссии “Новые горизонты” ищет новый объект для исследования.

К сожалению, сейчас нет запланированных миссий к поясу Койпера. Тем не менее ученые рассматривают возможность отправки космических аппаратов к еще не изученным объектам пояса, таким как Макемаке и Хаумеа.

Часто задаваемые вопросы

Какой самый большой объект в поясе Койпера?

Крупнейшим объектом пояса Койпера является карликовая планета Плутон, диаметр которой составляет 2 376 км. Второй по размеру объект — карликовая планета Эрида, диаметр которой равен 2 326 км.

Сколько планет в поясе Койпера?

Из-за гравитационного влияния Нептуна в поясе Койпера отсутствуют планеты. Однако в нем находятся четыре из пяти официально признанных карликовых планет: Плутон, Эрида, Макемаке и Хаумеа. Пятая карликовая планета — Церера — расположена в поясе астероидов между Марсом и Юпитером.

Сколько требуется времени, чтобы достичь пояса Койпера?

Автоматической межпланетной станции «Новые горизонты» — единственному космическому аппарату, побывавшему в поясе Койпера, — потребовалось девять с половиной лет, чтобы достичь Плутона. Станция двигалась со скоростью 58 580 км/ч и преодолела расстояние около 5 млрд км. Следует отметить, что на момент запуска в 2006 году станция «Новые горизонты» была самым быстрым космическим аппаратом из когда-либо созданных.

В чем разница между облаком Оорта и поясом Койпера?

Как и пояс Койпера, облако Оорта содержит огромное количество мелких ледяных объектов. Однако это гораздо более удаленная от Земли область — космическому аппарату потребуется около 300 лет, чтобы достичь ее внутренней границы. Кроме того, облако Оорта — это не диск, а гигантская сферическая оболочка, окружающая всю Солнечную систему, включая пояс Койпера. Облако Оорта может содержать триллионы объектов и считается источником большинства долгопериодических комет.

Подводим итог: Пояс Койпера — это обширное кольцо из ледяных тел за пределами орбиты Нептуна. В нем находится Плутон и несколько других карликовых планет. По иронии судьбы, пояс Койпера был назван в честь человека, предсказавшего его отсутствие. Изучение объектов пояса Койпера привело к появлению гипотезы о Девятой планете.

10 вещей, которые нужно знать о поясе Койпера – исследование Солнечной системы НАСА

Впечатление художника от космического корабля НАСА «Новые горизонты», который в канун Нового года (или 1 января 2019 г. UTC) Кредиты: NASA/JHUAPL/SwRI/Steve Gribben

Полное изображение и подпись ›

Он огромный и загадочный, холодный и темный. Это место, которое мы только начали исследовать, но оно содержит важные ключи к разгадке происхождения нашей Солнечной системы. В преддверии встречи НАСА «Новые горизонты» с обитателем этого обширного региона нашей Солнечной системы, вот 10 вещей, которые нужно знать о поясе Койпера.

Основная часть пояса Койпера начинается на орбите Нептуна. Кредит: НАСА

1. Это ОГРОМНАЯ область космоса за Нептуном.

Пояс Койпера — одна из крупнейших структур в нашей Солнечной системе, наряду с Облаком Оорта, гелиосферой и магнитосферой Юпитера. Его общая форма похожа на выпуклый диск или пончик. Его внутренний край начинается на орбите Нептуна, примерно в 30 а.е. от Солнца. (1 а.е., или астрономическая единица, — это расстояние от Земли до Солнца.) Внутренняя, основная область пояса Койпера заканчивается примерно в 50 а.е. от Солнца. Внешний край основной части пояса Койпера перекрывается второй областью, называемой рассеянным диском, которая простирается наружу почти до 1000 а.е., а некоторые тела находятся на орбитах, уходящих еще дальше.

Эти четыре панели показывают относительный масштаб (по часовой стрелке сверху слева): внутренняя солнечная система, внешняя солнечная система, орбита Седны в рассеянном диске и облако Оорта. Предоставлено: НАСА/Калифорнийский технологический институт.

2. Это далеко. (Но Облако Оорта простирается еще дальше)

Пояс Койпера не следует путать с Облаком Оорта, которое представляет собой еще более удаленную сферическую область ледяных кометоподобных тел, окружающих Солнечную систему, включая Койпера. Пояс. Но и Облако Оорта, и пояс Койпера считаются источниками комет.

Впечатление художника от вида из КБО. Четыре планеты-гиганта выглядят как яркие точки, но внутренние планеты находятся слишком близко к Солнцу, чтобы их можно было увидеть. Авторы и права: НАСА, ЕКА и Г. Бэкон (STScI).

3. Он имеет сходство с главным поясом астероидов.

Астрономы считают ледяные объекты пояса Койпера остатками формирования Солнечной системы. Подобно связи между главным поясом астероидов и Юпитером, это область объектов, которые могли бы собраться вместе, чтобы сформировать планету, если бы не было Нептуна. Вместо этого гравитация Нептуна так сильно всколыхнула эту область космоса, что маленькие ледяные объекты не смогли объединиться в большую планету.

Визуализация этого художника большого объекта пояса Койпера Эриды и ее спутника Дисномии представляет остальную часть Солнечной системы как далекий пыльный диск. Авторы и права: НАСА/ЕКА/STScI

4. Мы только поверхностно коснулись того, что есть.

На данный момент наблюдателями каталогизировано более 2000 объектов пояса Койпера, или ОПК, но они представляют собой лишь малую часть от общего числа объектов, которые, по мнению ученых, существуют. По оценкам астрономов, в районе пояса Койпера находятся сотни тысяч объектов шириной не менее 60 миль (100 километров).

Орбиты всех четырех планет-гигантов нашей Солнечной системы, возможно, сместились на ранней стадии, создав пояс Койпера, а также выбросив множество других ледяных объектов. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

5. Вероятно, раньше там было намного БОЛЬШЕ вещей.

Количество материала в поясе Койпера сегодня может быть лишь небольшой долей того, что было изначально. Согласно одной хорошо поддерживаемой теории (известной как Модель Ниццы, как в Ницце, Франция), смещение орбит четырех планет-гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) могло привести к тому, что большая часть исходного материала — вероятно, 7 В 10 раз больше массы Земли — быть потерянным. Сегодня пояс Койпера постепенно разрушается. Объекты там время от времени сталкиваются, при этом столкновительные фрагменты производят меньшие ОПК (некоторые из которых могут стать кометами), а также пыль, выдуваемую из Солнечной системы солнечным ветром. Общая масса всего материала пояса Койпера сегодня оценивается не более чем в 10 процентов от массы Земли.

Стрелка на этом изображении космического телескопа Хаббл указывает на луну, которая вращается вокруг объекта пояса Койпера (и карликовой планеты) МакеМейк. Авторы и права: НАСА, ЕКА, А. Паркер и М. Бьюи (SwRI).

6. Многие объекты пояса Койпера имеют спутники.

Довольно большое количество ОПК либо имеют спутники, то есть значительно меньшие тела, вращающиеся вокруг них, либо являются двойными объектами. Двоичные объекты — это пары объектов, относительно схожих по размеру или массе, которые вращаются вокруг точки (общего центра масс), которая находится между ними. Некоторые двоичные файлы действительно соприкасаются, создавая своего рода форму арахиса, создавая то, что известно как контактные двоичные файлы. Плутон, Эрида, Хаумеа и Квавар — все объекты пояса Койпера, у которых есть спутники.

Этот видеоклип был составлен из изображений, сделанных космическим кораблем НАСА EPOXI во время пролета мимо кометы семейства Юпитера Хартли 2 4 ноября 2010 года. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/UMD.

7. Это одно из мест, откуда прилетают кометы.

Пояс Койпера является источником комет, так как он очень медленно разрушается. Части, образовавшиеся в результате столкновений ОПК, могут быть вытолкнуты гравитацией Нептуна на орбиты, направляющие их к Солнцу, где гравитация Юпитера еще больше загоняет их в короткие петли, длящиеся 20 лет или меньше. Их называют короткопериодическими кометами семейства Юпитера. Учитывая их частые путешествия во внутреннюю часть Солнечной системы, большинство из них, как правило, довольно быстро истощают свой летучий лед и в конечном итоге становятся бездействующими или мертвыми кометами с незначительной активностью или вообще без нее. Исследователи обнаружили, что некоторые околоземные астероиды на самом деле являются сгоревшими кометами. , и большинство из них началось бы в поясе Койпера. (Другим источником комет является Облако Оорта, откуда рождается большинство долгопериодических комет на сильно наклоненных орбитах.)

Астроном Джерард Койпер, в честь которого назван пояс Койпера. Предоставлено: Лунная и планетарная лаборатория Аризонского университета.

8. На самом деле Койпер не открыл его.

Пояс Койпера назван в честь астронома Джерарда Койпера, который в 1951 году опубликовал научную статью, в которой рассуждал об объектах за Плутоном. Работа Койпера на самом деле не предсказала популяции объектов, которые мы наблюдаем в области, названной в его честь, или, что особенно важно, их связь с Нептуном. (Орбита Нептуна, а не Плутона, определяет внутренний край пояса; и в значительной степени гравитация Нептуна сформировала пояс.) Но Койпер и его идеи были хорошо известны среди астрономов, так что общая идея пояса стала приписываться ему. .

На этих изображениях показан первый известный объект пояса Койпера, 1992 QB1 (или Альбион, обведен кружком), который был обнаружен в 1992 году американскими астрономами Дэвидом Джуиттом и Джанет Луу. Предоставлено: Европейская южная обсерватория.

9. Долгое время астрономы не ПОНИМАЛИ, что открыли его.

Плутон был первым объектом пояса Койпера, открытым в 1930 году, когда у астрономов не было оснований ожидать большого количества ледяных миров за пределами Нептуна. В то время у ученых еще не было идей о внешней части Солнечной системы, которые предполагали, что у Плутона может быть много друзей. Итак, несмотря на странную эллиптическую и наклонную орбиту, в то время имело смысл думать о Плутоне как об одинокой планете. Пройдет еще 62 года, пока не будет найден второй КБО, в 1992, что, наконец, привело к признанию того, что Плутон далеко не одинок.

Впечатление художника от Пионера-10 на фоне Млечного Пути. Предоставлено: НАСА Эймс.

10

10. Впервые мы отправились туда в 1983 году.

Первым космическим кораблем, вошедшим в область пояса Койпера, был космический корабль НАСА «Пионер-10», когда он пересек пространство за орбитой Нептуна в 1983 году. ни один из ледяных миров в этом регионе — никто, кроме Плутона, еще не был обнаружен. («Вояджер-2» посетил спутник Нептуна Тритон в 1989, а «Кассини» посетил спутник Сатурна Фиби в 2004 году — оба могли быть мирами, первоначально из пояса Койпера, из которых избежали .)

на Плутон и его спутники в июле 2015 года. Планируется, что New Horizons пролетит мимо еще одного KBO-2014 MU69 (названного миссией «Ultima Thule») в канун Нового 2018 года.

Подробно | Пояс Койпера — Исследование Солнечной системы НАСА

Введение

Пояс Койпера — это большая область в холодных, внешних пределах нашей Солнечной системы за пределами орбиты Нептуна. Иногда его называют «третьей зоной» Солнечной системы. Астрономы считают, что в этом регионе есть миллионы маленьких ледяных объектов, в том числе сотни тысяч, которые имеют ширину более 60 миль (100 километров). Некоторые из объектов, в том числе Плутон, имеют ширину более 600 миль (1000 километров). В дополнение к горным породам и водяному льду объекты в поясе Койпера также содержат множество других замороженных соединений, таких как аммиак и метан.

Тёзка

Тёзка

Регион назван в честь астронома Джерарда Койпера, опубликовавшего в 1951 году научную статью, в которой рассуждал об объектах за Плутоном. Астроном Кеннет Эджворт также упомянул объекты за Плутоном в статьях, которые он опубликовал в 1940-х годах, и поэтому его иногда называют поясом Эджворта-Койпера. Некоторые исследователи предпочитают называть его Транснептуновым регионом, а объекты пояса Койпера (ОПК) называют транснептуновыми объектами или ТНО.

Какой бы термин вы ни предпочли, пояс занимает огромный объем в нашей планетной системе, и населяющие его маленькие миры могут многое рассказать нам о ранней истории Солнечной системы.

На этих двух изображениях с многократной экспозицией, сделанных космическим телескопом Хаббла НАСА, показаны объекты пояса Койпера, или ОПК, на фоне звезд в созвездии Стрельца. Два КБО находятся примерно в 4 миллиардах миль от Земли. Авторы изображений: НАСА, ЕКА, SwRI, JHU/APL, поисковая группа New Horizons KBO.

Размер и расстояние

Размер и расстояние

Пояс Койпера — одна из крупнейших структур в нашей Солнечной системе, наряду с Облаком Оорта, гелиосферой и магнитосферой Юпитера. Его общая форма напоминает раздутый диск или пончик. Его внутренний край начинается на орбите Нептуна, примерно в 30 а.е. от Солнца. (1 а.е., или астрономическая единица, — это расстояние от Земли до Солнца.) Внутренняя, основная область пояса Койпера заканчивается примерно в 50 а.е. от Солнца. Внешний край основной части пояса Койпера перекрывается второй областью, называемой рассеянным диском, которая простирается наружу почти до 1000 а.е., а некоторые тела находятся на орбитах, уходящих еще дальше.

К настоящему моменту наблюдатели внесли в каталог более 2000 транснептуновых объектов, что составляет лишь малую долю от общего числа объектов, которые, по мнению ученых, существуют. На самом деле, по оценкам астрономов, в регионе есть сотни тысяч объектов, ширина которых превышает 60 миль (100 километров) или больше. Однако общая масса всего материала пояса Койпера оценивается не более чем в 10% массы Земли.

Формирование и происхождение

Формирование и происхождение

Астрономы считают ледяные объекты пояса Койпера остатками формирования Солнечной системы. Подобно связи между главным поясом астероидов и Юпитером, это область объектов, которые могли бы собраться вместе, чтобы сформировать планету, если бы не было Нептуна. Вместо этого гравитация Нептуна так сильно всколыхнула эту область космоса, что маленькие ледяные объекты не смогли объединиться в большую планету.

Количество материала в поясе Койпера сегодня может быть лишь небольшой долей того, что было изначально. Согласно одной хорошо подтвержденной теории, смещение орбит четырех планет-гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) могло привести к потере большей части исходного материала, который, вероятно, в 7-10 раз превышает массу Земли.

Основная идея состоит в том, что в начале истории Солнечной системы Уран и Нептун были вынуждены двигаться дальше от Солнца из-за смещения орбит Юпитера и Сатурна. По мере того как Уран и Нептун дрейфовали дальше, они прошли через плотный диск маленьких ледяных тел, оставшихся после образования планет-гигантов. Орбита Нептуна была самой дальней, и его гравитация искривляла пути бесчисленных ледяных тел внутрь, к другим гигантам. В конечном итоге Юпитер выбросил большинство этих ледяных тел либо на очень далекие орбиты (чтобы сформировать Облако Оорта), либо полностью за пределы Солнечной системы. Когда Нептун отбрасывал ледяные объекты к Солнцу, его собственная орбита смещалась еще дальше, а его гравитационное влияние вынуждало оставшиеся ледяные объекты перемещаться в те места, где мы их находим в поясе Койпера.

Сегодня пояс Койпера медленно разрушается. Объекты, которые остаются там, иногда сталкиваются, создавая более мелкие объекты, фрагментированные в результате столкновения, иногда кометы, а также пыль, уносимую солнечным ветром из Солнечной системы.

Структура и характеристики

Структура и характеристики

Пояс Койпера представляет собой огромный объем пространства в форме пончика во внешней части Солнечной системы. Хотя в этом регионе есть много ледяных тел, которые мы широко называем объектами пояса Койпера (KBO) или транснептуновыми объектами (TNO), они довольно разнообразны по размеру, форме и цвету. И что важно, они неравномерно распределены в пространстве — как только астрономы начали их открывать в начале 19В 90-х годах одним из первых сюрпризов стало то, что ОПК можно было сгруппировать в соответствии с формой и размером их орбит. Это привело ученых к пониманию того, что существует несколько отдельных групп или популяций этих объектов, чьи орбиты дают ключ к разгадке их истории. К какой категории относится объект, во многом зависит от того, как он взаимодействует с гравитацией Нептуна с течением времени.

Большинство объектов пояса Койпера находятся в основной части самого пояса или в рассеянном диске:

Классические ОПК

Большая часть ОПК вращается вокруг Солнца в так называемом классическом поясе Койпера. Термин «классический» относится к тому факту, что среди ОПК эти объекты имеют орбиты, наиболее похожие на исходное или классическое представление о том, каким должен был быть пояс Койпера до того, как астрономы начали на самом деле находить там объекты. (Предполагалось, что если бы за пределами Нептуна были объекты, они бы находились на относительно круговых орбитах, не слишком сильно отклоненных от плоскости планет. Вместо этого было обнаружено, что многие ОПК имеют значительно эллиптические и наклонные орбиты. Таким образом, в какой-то степени классификация ОПК все еще отражает наше развивающееся понимание этого отдаленного региона Солнечной системы.)

В классическом поясе Койпера есть две основные группы объектов, называемые «холодными» и «горячими». Эти термины не относятся к температуре — вместо этого они описывают орбиты объектов, а также степень влияния на них гравитации Нептуна.

Все классические ОПК имеют одинаковое среднее расстояние от Солнца примерно от 40 до 50 а. е. Холодные классические ОПК имеют относительно круговые орбиты, которые не сильно отклонены от плоскости планет; горячие классические ОПК имеют более эллиптические и наклонные орбиты (которые астрономы называют эксцентрическими и наклонными соответственно). Это означает, что холодные разновидности проводят большую часть своего времени примерно на том же расстоянии от Солнца, в то время как горячие блуждают на большем диапазоне расстояний от Солнца (это означает, что в некоторых частях своих орбит они ближе к Солнцу и иногда они далеко).

Различия между этими двумя типами тел в классическом поясе Койпера полностью связаны с Нептуном. Орбиты холодных классических ОПК никогда не приближаются к Нептуну очень близко, поэтому они остаются «холодными» и невозмущенными гравитацией планеты-гиганта. Их орбиты, вероятно, не сильно менялись в течение миллиардов лет. Напротив, горячие классические ОПК взаимодействовали с Нептуном в прошлом (то есть с гравитацией планеты-гиганта). Эти взаимодействия накачивали энергию на их орбиты, которые вытягивали их в эллиптическую форму и слегка отклоняли от плоскости планет.

Резонансные ОПК

Значительное количество ОПК находится на орбитах, которые жестко контролируются Нептуном. Они вращаются в резонансе с планетой-гигантом, что означает, что их орбиты находятся в стабильном, повторяющемся образце с Нептуном. Эти резонансные ОПК совершают определенное количество оборотов за то же время, что и Нептун совершает определенное количество оборотов (другими словами, отношение). Есть несколько таких группировок или резонансов — 1:1 (произносится «один к одному»), 4:3, 3:2 и 2:1. Например, Плутон находится в резонансе 3:2 с Нептуном, что означает, что он совершает два оборота вокруг Солнца за каждые три оборота Нептуна.

На самом деле, на орбитах достаточно объектов с этим резонансом 3:2, наряду с Плутоном, что астрономы выделили им собственную категорию среди резонансных ОПК: плутино.

Рассеянный диск

Рассеянный диск — это область, простирающаяся далеко за пределы основной части пояса Койпера. Здесь находятся объекты, рассеянные Нептуном на сильно вытянутых эллиптических орбитах, сильно наклоненных к плоскости планет. Многие объекты рассеянного диска имеют орбиты, наклоненные на десятки градусов. Некоторые отваживаются на сотни а.е. от Солнца и высоко над плоскостью планет в самой дальней точке их орбит, прежде чем вернуться в ближайшую точку около орбиты Нептуна. Орбиты многих объектов в рассеянном диске все еще медленно развиваются, причем объекты здесь со временем теряются по сравнению с классическим поясом Койпера, где орбиты более стабильны.

Рассеянный диск делает классический пояс Койпера в форме пончика намного шире и толще. Некоторые астрономы говорят об этих двух областях как о отдельных регионах, хотя их границы перекрываются и связаны друг с другом несколькими способами. В частности, считается, что объекты в обоих регионах оказались там в результате миграции Нептуна с его первоначальной, более близкой орбиты туда, где он находится сейчас.

Эрида — пример объекта в рассеянном диске и самый большой из известных представителей этой популяции.

Дополнительные семейства

Дополнительные семейства

Большинство объектов пояса Койпера находятся в основной части пояса или в рассеянном диске, но есть также несколько дополнительных семейств объектов, которые вращаются вокруг Солнца внутри и снаружи, чтобы пояс. Эти дополнительные группы объектов, вероятно, первоначально прибыли из пояса Койпера, но были вытянуты из основных областей гравитацией Нептуна или, возможно, другой массивной планеты.

Отдельные объекты

Отдельные объекты пояса Койпера имеют орбиты, которые никогда не приближаются к Солнцу ближе, чем примерно на 40 а.е. Это отличает их от большинства других ОПК, которые проводят по крайней мере часть своей орбиты в районе между 40 и 50 а.е. от Солнца. Поскольку их орбиты не приближаются к расстоянию Нептуна от Солнца (~ 30 а.е.), маловероятно, что отдельные объекты были вырваны из пояса Койпера в результате взаимодействия с планетой-гигантом. Ученые считают, что, вероятно, за это ответственна какая-то другая сила, например, неоткрытая планета-гигант (на очень далекой орбите), гравитация проходящих звезд или гравитационные возмущения во время формирования пояса Койпера давным-давно.

Седна — пример отдельного КБО. Ближе всего он подходит к Солнцу на 76 а.е., а в самом дальнем — на ~ 1200 а.е.

Кентавры

Кентавры

Кентавры — это объекты, орбиты которых проходят в пространстве между орбитами Юпитера и Нептуна. Объекты на этих орбитах сильно взаимодействуют с гравитацией планет-гигантов. Из-за этих мощных гравитационных столкновений большинству из них суждено либо быть выброшенными из Солнечной системы, либо вытесненными внутрь Солнечной системы, где они станут кометами или врежутся в Солнце и планеты.

Этот процесс — удаление кентавров — продолжается, занимая десятки миллионов лет для типичного объекта кентавров. Таким образом, тот факт, что кентавры существуют сегодня, свидетельствует о том, что их активно снабжают откуда-то еще. Астрономы считают, что наиболее вероятным объяснением является то, что они относительно недавно сбежали из пояса Койпера. На самом деле кентавры считаются рассеянными объектами, подобными тем, что находятся в рассеянном диске, с той лишь разницей, что кентавры были рассеяны Нептуном ближе к Солнцу, а не дальше.

Место Плутона в поясе Койпера

Место Плутона в поясе Койпера

В 1930 году Плутон стал первым открытым объектом пояса Койпера. Он был обнаружен в то время, когда у астрономов не было оснований ожидать большого населения ледяных миров за пределами Нептуна. Сегодня он известен как «Король пояса Койпера» и является самым большим объектом в регионе, хотя другой объект такого же размера, названный Эридой, имеет немного большую массу. Говорят, что орбита Плутона находится в резонансе с орбитой Нептуна, а это означает, что орбита Плутона находится в стабильном повторяющемся образце с орбитой Нептуна. На каждые три оборота, совершенных Нептуном, Плутон совершает два оборота. В этой ситуации Плутон никогда не подходит достаточно близко к Нептуну, чтобы на него сильно повлияла его гравитация. На самом деле, несмотря на то, что его орбита пересекает орбиту Нептуна, физически Плутон становится ближе к Урану, чем когда-либо к Нептуну.

Спутники и двойные системы

Спутники пояса Койпера и двойные системы

Довольно большое количество ОПК либо имеют спутники, т. е. тела значительно меньшего размера, вращающиеся вокруг них, либо являются двойными объектами. Двоичные объекты — это пары объектов, относительно схожих по размеру или массе, которые вращаются вокруг точки — общего центра масс, которая находится между ними. Некоторые двоичные файлы действительно соприкасаются, создавая своего рода форму арахиса, создавая то, что известно как контактные двоичные файлы.

Космический корабль НАСА «Новые горизонты» пролетел мимо Аррокота в Новый 2019 год., почти через четыре года после его исторического полета через систему Плутона 14 июля 2015 года.

Небольшой объект пояса Койпера под названием Аррокот представляет собой контактный бинарник. Он был обнаружен в 2014 году научной группой NASA New Horizons с помощью космического телескопа Хаббл. Космический корабль НАСА «Новые горизонты» пролетел мимо Аррокота 1 января 2019 года, сделав снимки, на которых был виден двухлепестковый объект, похожий на частично сплющенного красного снеговика. Аррокот — самый далекий и самый примитивный объект, когда-либо исследованный космическим кораблем.

Плутон, Эрида, Хаумеа и Квавар — все объекты пояса Койпера, у которых есть спутники.

Одна вещь, которая делает двойные ОПК особенно интересными, заключается в том, что большинство из них могут быть чрезвычайно древними или первобытными объектами, мало изменившимися с момента их образования. Различные идеи о том, как формируются эти пары, требуют гораздо большего количества объектов, чем, по-видимому, содержит современный пояс Койпера. Одна из ведущих идей состоит в том, что двойные объекты могут возникать в результате столкновений между объектами ОПК на низкой скорости, что позволит им пережить столкновение и слипнуться благодаря взаимной гравитации. Такие столкновения, вероятно, были гораздо более распространены миллиарды лет назад, когда большинство ОПК находились на аналогичных орбитах, которые были более круглыми и близкими к плоскости планет (называемой эклиптикой). Сегодня такие столкновения гораздо реже. Они также имеют тенденцию быть разрушительными, так как многие ОПК в настоящее время находятся на наклонных или эллиптических орбитах, что означает, что они врезаются друг в друга с большей силой и распадаются.

Связь с кометами

Связь с кометами

Пояс Койпера является источником комет, но не единственным. Сегодня считается, что пояс Койпера очень медленно разрушается. Объекты там время от времени сталкиваются, при этом столкновительные фрагменты производят меньшие ОПК (некоторые из которых могут стать кометами), а также пыль, выдуваемую из Солнечной системы солнечным ветром. Части, образовавшиеся в результате столкновений ОПК, могут быть выброшены гравитацией Нептуна на орбиты, направляющие их к Солнцу, где Юпитер еще больше загоняет их в короткие петли, длящиеся 20 лет или меньше.