Книга: 100 великих загадок астрономии

«Рог изобилия» в поясе Койпера

«Рог изобилия» в поясе Койпера

По ту сторону орбиты Нептуна, на расстоянии 6–7 миллиардов километров от Солнца, кружат мириады малых планет. Это – пояс Койпера, названный в честь Джерарда Койпера, известного американского астронома нидерландского происхождения. В 1951 году он предположил его существование в одной из своих работ, посвященных происхождению планетной системы. Впрочем, ирландский астроном Кеннет Эджуорт еще ранее опубликовал сходные аргументы. Поэтому этот пояс иногда называют «поясом Эджуорта-Койпера».

Речь идет о скоплении небольших небесных тел, которые по своим размерам соответствуют малым планетам. Начинается он сразу же за орбитой Нептуна – в 30 астрономических единицах от Солнца, – а завершается, возможно, на расстоянии 100–150 астрономических единиц от Солнца. Предполагают, что этот пояс является также источником комет с коротким и средним периодами обращения.

Схема пояса Койпера

Первый объект пояса Койпера (помимо Плутона и Харона) – 1992 QB1 – был обнаружен в августе 1992 года. Его диаметр оценили в 200 километров. Он двигался почти по круговой орбите на расстоянии 50 астрономических единиц от Солнца. В марте и сентябре 1993 года на окраине Солнечной системы отыскали еще несколько астероидов. В последующие годы открытия были поставлены на поток.

Сейчас известно около тысячи транснептуновых объектов диаметром в среднем от 150 до 800 километров. Открытие пояса Койпера имело неожиданное последствие: в августе 2006 года на ассамблее Международного астрономического союза было решено исключить Плутон из числа планет и причислить его к транснептуновым объектам – к карликовым планетам. Что же представляют собой эти многочисленные объекты?

Их общая масса невелика: все вместе они оказались бы меньше нашей Луны. Их поверхность покрыта льдом: водяным, азотным, метановым, аммиачным, метаноловым (спиртовым), углекислым (сухим). Многие из них движутся по круговым орбитам, часто очень сильно наклоненным к плоскости орбиты «нормальных» планет. Классические объекты пояса Койпера обращаются на расстоянии 41–50 астрономических единиц от Солнца, с углом наклона орбиты до 30 градусов.

Широко распространено представление о том, что все эти ледяные глыбы возникли на гораздо более близком расстоянии к Солнцу и лишь потом были оттеснены Нептуном на дальнюю окраину Солнечной системы. Но так ли это? Споры в кругах астрономов продолжаются.

Например, компьютерная модель, которую разработали в 2010 году канадские астрономы Алекс Паркер и Джон Кавелаарс, не подтверждает эту гипотезу. Она не согласуется с тем фактом, что многие объекты пояса Койпера образуют двойные планетные системы. «Двойные планеты – это очень удобный инструмент для астрономов, – отмечает Паркер. – Их орбиты чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям, а потому мы можем с их помощью определять, в каких условиях они находились раньше». Созданная исследователями модель показывает, что двойные планетные системы вели бы себя крайне нестабильно, если бы подвергались воздействию такой гигантской планеты, как Нептун. Дело в том, что одна из двух планет неизменно оказывалась бы ближе к Нептуну и сильнее притягивалась бы им. Поэтому большая часть двойных систем распалась бы, и теперь их было бы значительно меньше, чем мы имеем. Очевидно, пояс Койпера возник там, где мы и наблюдаем его сегодня.

С его открытием появилась еще одна гипотеза. Когда-то Плутон был одним из астероидов – только более крупным. После столкновения с другим астероидом он был выброшен на свою нынешнюю, очень вытянутую орбиту. Трудно предположить, что он оказался на этой орбите случайно. Ведь при движении по ней период его обращения вокруг Солнца относится к периоду обращения Нептуна как 3: 2. При такой пропорции наблюдается «резонанс орбит»: планеты не могут сблизиться друг с другом. Расстояние между ними не бывает меньше 2,5 миллиардов километров, хотя орбиты обеих планет пересекаются. Расчеты показывают, что вероятность подобной орбиты лежит в пределах от 0,1 до 1,0 %. Возможно, на ранней стадии развития Солнечной системы существовало от сотни до тысячи объектов, напоминающих Плутон. Большинство из них «после встречи» с Нептуном улетело далеко на окраину Солнечной системы, Плутону же просто повезло с орбитой.

Сейчас астрономы полагают, что в поясе Койпера находится около 70 тысяч объектов размером более 100 километров. Впрочем, их невозможно заметить в наземный телескоп – только телескоп «Хаббл» может при случае их разглядеть.

Вообще же, дальняя окраина Солнечной системы населена гораздо плотнее, чем считалось прежде. По ту сторону орбиты Нептуна движется примерно квадрильон глыб диаметром от 10 до 100 метров. Все они обращаются вокруг Солнца. Таков результат исследования тайваньских астрономов. Если их гипотеза верна, то в поясе Койпера в 1000—100 000 раз больше объектов подобного рода, чем считалось прежде.

Исследователи научились обнаруживать эти миниатюрные астероиды, которые невозможно заметить в наземный телескоп, благодаря одному хитрому трюку. Дело в том, что всякий раз, когда мини-астероид оказывается между наблюдателем и яркой нейтронной звездой, в ее рентгеновское излучение на доли секунды вкрадывается помеха. По частоте помех ученые сделали вывод о количестве крохотных объектов, которые там могут находиться.

Идея использовать эти колебания звездного излучения для подсчета транснептуновых объектов родилась давно. Однако до сих пор аппаратура была недостаточно чувствительной, чтобы отмечать изменения света, длящиеся тысячную долю секунды. Тайваньские астрономы воспользовались результатами наблюдений космического телескопа «Росси», который фиксировал рентгеновское излучение с очень высокой точностью. В самом деле, астрономы выявили целый ряд коротких, но отчетливых возмущающих сигналов, вызываемых прохождением миниатюрных астероидов перед звездой Scorpio X-1 (это один из самых известных рентгеновских источников). Подсчитав, сколько всего подобных объектов может быть в Солнечной системе, ученые и пришли к этому поразительному результату: около квадрильона небольших небесных тел. С астрономической точки зрения, явное перенаселение, как прокомментировали эту новость коллеги. Подтвердится ли эта гипотеза?

Самый большой объект пояса Койпера – планета Эрида, открытая в 2003 году. Внешне она очень похожа на Плутон, да и своими размерами не уступает ему. В ноябре 2010 года, когда Эрида была обмерена наиболее дотошно, стало ясно, что ее диаметр лишь на 50–60 километров меньше диаметра Плутона. Поразительно велик наклон ее орбиты – 44 градуса. Возможно, поэтому ее не открыли раньше – никто не догадывался искать ее там, где она находилась.

Как показали наблюдения, поверхность Эриды в основном покрыта замерзшим азотом; кроме того, там содержится до 10 % метанового льда. Подобно Плутону, она, по-видимому, окружена разреженной атмосферой, содержащей азот, метан и моноксид углерода. По мере удаления от Солнца эта атмосфера конденсируется и в виде изморози выпадает на поверхность планеты.

Вплоть до 2020 года зонд «Новые горизонты» будет исследовать объекты пояса Койпера. Они вызывают большой интерес у астрономов, поскольку многое могут поведать о становлении нашей планетной системы. Это – своего рода «кладовая, где сохранились отходы от формирования планет». Здесь можно увидеть тот самый материал, из которого возникла Солнечная система.