Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Транснептуновые объекты

Выше говорилось о гипотезе образования двойной системы Плутон-Харон в космической катастрофе, но ныне проблема получила новое освещение: происхождение Плутона весьма вероятно связано с поясом транснептуновых объектов.

Кеннет Эджворт в Англии (1943, 1949 гг.) и Джерард Койпер в США (1951 г.) выдвинули гипотезу о существовании, наряду с облаком Оорта, еще одного, более близкого резервуара комет. Ныне гипотеза подтверждается; за этой зоной закрепилось название «пояс Койпера». Вначале, в 1992 г. в результате многолетних поисков был обнаружен очень далекий и слабый объект, названный 1992 QB1, принадлежащий Солнечной системе и находящийся далеко за орбитами Нептуна и Плутона, на расстоянии 41 а.е. Объект оказался гигантским ядром кометы, размером 200—500 км. (размер ядра кометы Галлея «всего» около 10 км.). Уточненная орбита оказалась именно такой, как была предсказана: почти круговой, с большой полуосью 44 а.е. и малым наклонением к эклиптике (2°). Всего через год был обнаружен еще один объект такого же размера, 1993 FW, также с большой полуосью 44 а.е. и наклонением 8°. Поскольку в ходе их поиска был исследован лишь небольшой участок неба, стало ясно, что таких объектов должно быть очень много. В том же 1993 г. были обнаружены еще 4 объекта в интервале от 32 до 34 а.е. снова с малым наклонением орбиты. Поэтому первичные предположения, что 1992 QB1 и 1993 FW могут быть кометами, идущими из облака Оорта, были полностью отвергнуты. Тела этого типа получили название «транснептуновые объекты», или ТНО.

Астрономы давно подметили, что орбиты большинства короткопериодических комет лежат близ плоскости эклиптики, а орбиты долгопериодических комет расположены как угодно. Теперь это объясняется просто: первые приходят из пояса Койпера, вторые — из облака Оорта. В отличие от населения облака Оорта объекты пояса Койпера сформировались неподалеку, на окраине планетной системы, поэтому плоскости их орбит близки к эклиптике. Там могла бы сформироваться еще одна планета, но из-за взаимной удаленности и медленного движения находящихся в поясе Койпера тел на это не хватило 4,5 миллиардов лет существования Солнечной системы. Можно считать, что эта планета формируется у нас на глазах.

К 2007 г. было найдено более 1200 ТНО. Большинство из них, «классические» ТНО, находятся на расстояниях 40—50 а.е., имеют сравнительно небольшие эксцентриситеты (до 0,2) и наклонения орбит (до 40°). В своем движении они не входят в резонанс с Нептуном. Удалось обнаружить ТНО на орбитах, существенно превышающих орбиту Плутона. Например, у объекта 1999 DG8 большая полуось орбиты составляет 61 а.е., а объект 1996 TL66, имеющий вытянутую (е=0,58) орбиту с большой полуосью 84 а.е., удаляется от Солнца в афелии втрое дальше Плутона.

Общая численность населения пояса Койпера составляет порядка 10⁸—10¹⁰. Такая оценка следует из числа наблюдаемых короткопериодических комет. Внешняя граница пояса Койпера может находится очень далеко, на расстоянии сотен астрономических единиц, а общая масса его населения может составить десятки масс Земли.

Сейчас, после длительных поисков, астрономы уверены, что крупной планеты за орбитой Нептуна нет. Поэтому все возмущения кометных орбит, превращающие их из круговых в вытянутые, может создавать только Нептун (ничтожная масса Плутона позволяет им полностью пренебречь). Под действием этих возмущений тела пояса Койпера иногда переходят на эллиптическую орбиту и в качестве короткопериодических комет проникают в область внутренних планет. Но расчеты показали, что влияние Нептуна на население пояса Койпера все же весьма ограничено. Во-первых, дальше 48 а.е. находится стабильная зона, где движение кометных тел от Нептуна уже практически не зависит. Во-вторых, на возмущение Нептуном орбит даже более близких тел, 40—41 а.е., требуется около миллиарда лет. Четыре объекта, найденных в пределах 33—35 а.е., находятся на нестабильных орбитах и на своем пути к появлению в качестве короткопериодических комет.