Книга: Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

* * *

Короткопериодические кометы отличаются от долгопериодических; считается, что и происхождение у них иное — пояс Койпера и рассеянный диск.

После открытия Плутона, когда выяснилось, что он очень мал, многие астрономы задались вопросом: не есть ли это новая Церера, то есть первое обнаруженное тело огромного нового пояса, в котором их тысячи? Одним из таких астрономов — не первым — был Кеннет Эджуорт, предположивший в 1943 году, что в момент формирования внешней части Солнечной системы за Нептуном из первичного газового облака плотность вещества там оказалась недостаточной для образования крупных планет. Кроме того, он видел в этих телах потенциальный источник комет.

В 1951 году Джерард Койпер предположил, что в этой области еще на ранних стадиях формирования Солнечной системы мог собраться диск из небольших тел; но он считал (как многие тогда), что Плутон по размеру примерно равен Земле и потому должен был взбаламутить этот диск и разбросать его содержимое в разные стороны. Когда же выяснилось, что такой диск все же существует, Койпер удостоился сомнительной чести: астрономическую область назвали его именем потому, что он не предсказал ее существования.

В этой области было обнаружено множество отдельных тел, мы уже встречались с ними и называли занептунными объектами. Фактором, окончательно решившим вопрос о существовании пояса Койпера, стали опять же кометы. В 1980 году Хулио Фернандес провел статистическое исследование короткопериодических комет. Их слишком много, чтобы все они могли приходить из облака Оорта. Из каждых 600 комет, вылетающих из облака Оорта, 599 остались бы долгопериодическими кометами, и только одна, захваченная какой-нибудь планетой-гигантом, перешла бы на короткопериодическую орбиту. Возможно, предположил Фернандес, где-то между 35 и 50 а.е. от Солнца существует иной резервуар ледяных тел. Серия моделей, реализованная Мартином Дунканом, Томом Куинном и Скоттом Тремейном в 1988 году, решительно подтвердила его идеи; эти ученые также отметили, что короткопериодические кометы держатся возле эклиптики, в то время как долгопериодические приходят практически с любого направления. В общем, это предположение было принято вместе с именем «пояс Койпера». Некоторые астрономы предпочитают называть его «пояс Эджуорта — Койпера», а некоторые не считают возможным приписать честь открытия ни одному ни другому.

Происхождение пояса Койпера не слишком понятно. Моделирование раннего периода существования Солнечной системы указывает на уже упоминавшийся сценарий, по которому четыре планеты-гиганта первоначально сформировались в другом порядке (считая от Солнца) и не там, где они находятся в настоящее время, а затем мигрировали, раскидывая планетезимали на все четыре стороны. Большую часть первичного пояса Койпера унесло прочь, но примерно одно тело из сотни осталось на месте. Подобно внутренней области облака Оорта, пояс Койпера представляет собой размытый тор.

Вещество распределено в поясе Койпера неравномерно; как и в поясе астероидов, на его распределение серьезно влияют резонансы, на этот раз с Нептуном. Где-то около 50 а.е. проходит так называемый барьер Койпера, где число тел внезапно и резко падает. Это явление пока не получило объяснения, хотя Патрик Лякава предполагает, что оно может быть результатом действия не обнаруженного пока крупного тела — настоящей планеты X.

Рассеянный диск — еще более загадочный и плохо изученный объект. Он слегка заходит в область пояса Койпера, но простирается дальше, примерно до 100 а.е., и сильно наклонен по отношению к эклиптике. Тела рассеянного диска имеют сильно вытянутые орбиты и часто отклоняются во внутреннюю часть Солнечной системы. Там они обитают какое-то время в роли кентавров, пока их орбита вновь не переменится и они не превратятся в короткопериодические кометы. Кентавры — это тела, орбиты которых пересекают эклиптику в промежутке между орбитами Юпитера и Нептуна; они остаются на таких орбитах всего по несколько миллионов лет. Всего существует, вероятно, около 45 000 таких тел больше километра в поперечнике. Большинство короткопериодических комет, вероятно, происходит из рассеянного диска, а не из пояса Койпера.