Изучением транснептуновой области астрономы занялись еще в начале 20-го века. Первое время все усилия были сосредоточены на поисках неизвестной планеты, существование которой предсказал Урбен Леверье. Открытие в 1930-м году Плутона вдохновило ученых на дальнейшие поиски, а также на новые гипотезы и теории. В частности, высказывалось мнение, что таких объектов, как Плутон, за границами орбиты Нептуна должно быть много. На сегодня астрономы описали около 2000 транснептуновых объектов, а предполагается, что на самом деле их более 70000.
Определение пояса Койпера
Пояс Койпера (kuiper belt) – это многочисленная группа больших и малых объектов, состоящих преимущественно из льда, которые являются остатками космических тел, не задействованных при образовании Солнечной системы. По своей форме эта совокупность представляет собой кольцо, которое похоже на зону астероидов, находящихся между Марсом и Юпитером, только размеры его гораздо больше.
Происхождение пояса Койпера
Происхождение этого космического объекта до сих пор не ясно, и вызывает дискуссии у мировой ученой общественности.
Есть несколько гипотез, которые объясняют возникновение пояса Койпера.
- По одной из версий, пояс образовался из остатков Солнечной системы. Но он не появился бы без присутствия Нептуна. Ледяной гигант, действуя своим гравитационным полем на космические тела, не позволяет им притянуться друг к другу и образовать новый крупный объект.
- По другой версии, пояс Койпера изначально сформировался ближе к Солнцу, чем он расположен сейчас. Но на это скопление подействовали перемещения Урана и Нептуна. Именно их гравитацией миллионы небольших ледяных объектов были перенесены в более далекую и холодную часть Солнечной системы.
Расположение и состав
Начинается пояс Койпера за орбитой Нептуна, находящейся на расстоянии 30АЕ (астрономических единиц) от Солнца, и заканчивается примерно в 50АЕ.
Точное число объектов пояса Койпера не установлено до сих пор. Их общая масса не превышает 2% от массы Земли, хотя по расчетам астрономов должна быть в 30 раз больше. Вопрос, где находится основная масса пояса Койпера, на сегодня остается открытым.
В качественном отношении транснептуновая зона является скоплением замороженных тел небольшого размера, расположенных в форме «пончика». Состав пояса Койпера определили после выполнения спектрального анализа отраженного света. После изучения полученных данных выяснилось, что большинство объектов из этой области имеют в своем составе твердый метан, аммиак и лед. Компьютерные модели, созданные на основании этих данных, показали, что некоторые самые крупные фрагменты имеют метановую атмосферу небольшой плотности. Таким образом, все объекты можно разделить на следующие группы:
- Классические объекты в поясе Койпера. Другое их название – «кьюбивано». Они очень похожи на планеты шаровидной формой и наклонной орбитой. На данный момент их насчитывается около 520.
- Резонансные объекты. Орбиты этих тел пребывают в резонансе с орбитой Нептуна. В общей массе им отводится до 20%.
- Рассеянные объекты. Это такие объекты, у которых орбитальный центр в своем эксцентриситете удален от Солнца на несколько астрономических единиц. Некоторые ученые относят их к транснептуновым образованиям.
Открытие пояса Койпера
В 40-е годы Кеннет Эджворт сформулировал гипотезу о наличии планет и метеоритов за пределами орбиты Нептуна. Его статья о транснептуновых объектах была опубликована в 1943-м году. По мнению астронома, сильная рассеянность оказалась препятствием для формирования из них одной крупной планеты. Вклад Эджворта в изучение ледяного пояса был высоко оценен коллегами, и сейчас пояс иногда называют двойным именем «Пояс Эджворта-Койпера».
Жерар Койпер, в честь которого получила название транснептуновая область, в 1951-м году высказал гипотезу о наличии зоны ледяных объектов вокруг Солнечной системы, что и было подтверждено дальнейшими исследованиями.
Следующим шагом в изучении пояса стали результаты работы астронома Дэвида Джевитта и его аспирантки Джейн Луу. В 1992 году ученые обнаружили первый объект (после Плутона) в поясе Койпера, а через полгода и второй.
На данный момент астрономы открыли более 2000 крупных тел в этом скоплении.
Крупнейшие объекты пояса Койпера
Огромное расстояние от Земли до пояса Койпера затрудняет визуальное изучение космических объектов. Для получения достоверных результатов, ученые тратят годы на наблюдения и последующий анализ полученных результатов. Этим объясняется скудность сведений о данном космическом скоплении.
Лучше всего изучены самые крупные объекты пояса Койпера:
- Самая необычная планета этого космического кольца – Хаумеа. Есть гипотеза, что планета является результатом столкновения двух космических объектов. Хаумеа имеет два спутника, две собственные луны – Хииака и Намака. В настоящее время Хаумеа обращается вокруг своей оси с очень большой скоростью, увлекая за собой свои спутники. Период их обращения равен четырем часам. Из-за такой высокой скорости Хаумеа приплюснута с полюсов.
- Седна получила свое название в честь ледяной богини северных народов. Ее оборот вокруг Солнца происходит за 10500 лет. Насчет Седны идут споры: поскольку ее орбита выходит за границы Солнечной системы, отдельные астрономы отрицают ее принадлежность к поясу Койпера.
- Эрида – карликовая планета, всего на 10% меньше Плутона. Длительность оборота вокруг Солнца более 500 лет. Имеет один спутник – Дисномию.
- Плутон – наиболее известный объект в этой области. Семьдесят шесть лет Плутон находился в статусе девятой планеты. Сегодня он отнесен в группу планетарных карликов.
- Харон. Ряд астрономов считают тандем Плутон-Харон двойной планетной системой. Близость этих объектов привела к взаимопроникновению их атмосфер. Но у их оболочек есть существенное отличие. Атмосфера Харона – замерзшая вода, атмосфера Плутона – замерзший азот.
- Квавар – один из крупнейших объектов пояса Койпера. Диаметр этого тела около 1300 километров. В состав этого космического тела входят камень и водяной лед. Поверхность Квавара не прогревается выше -220°С. Вокруг планеты движется спутник Вейвот диаметром 100 км.
- Макемаке. Период обращения вокруг центральной звезды составляет 306 лет. Вся поверхность этой карликовой планеты покрыта слоем метанового снега и льда. У нее есть атмосфера, но она неустойчива, поскольку сдувается космическим ветром.
Изучение пояса Койпера
Наблюдение за транснептуновой зоной осуществляется через орбитальные телескопы «Гершель» и «Кеплер». С их помощью, в частности, удалось определить размеры и качественный состав верхнего слоя новой планеты 2007 OR10.
В 2006 году в направлении Плутона был запущен исследовательский зонд NASA «New Horizons». Он с близкого расстояния изучил Плутон, Харон и четыре малых спутника. Также был изучен неизвестный ранее астероид Аррокот. Скудная информация о поясе Койпера значительно пополнилась благодаря данному проекту. В настоящее время космический аппарат «Новые Горизонты» держит курс за пределы Солнечной системы. Предполагается получать от него информацию до 2035-го года.
Поскольку о большинстве транснептуновых объектов мало что известно, подобные исследования имеют большую ценность. Пояс Койпера имеет один из наиболее известных космических объектов – комету Галлея, которая один раз в 75 лет лет приближается к Солнцу.
Будущее пояса Койпера
Джерард Койпер высказывал предположение, что существующее за Нептуном скопление ледяных тел со временем рассеется. Объяснял он свою версию высокой плотностью пояса. Постоянные столкновения разрушают космические тела в пыль, которая затем уносится космическим ветром. Ученая астрономическая общественность выдвигает гипотезу, что после очень длительного существования эта космическая зона исчезнет без следа.
Интересные факты о поясе Койпера
К интересным фактам об этом космическом объекте относятся следующие сведения:
- Пояс Койпера (kuiper belt) является ровесником Солнечной системы.
- В 2015-м году калифорнийские ученые опубликовали расчеты, которые указывали на возможное наличие за пределами скопления Койпера еще одной планеты. Если гипотеза подтвердится, то взгляды на эволюцию Солнечной системы будут существенно пересмотрены.
- Большинство из известных тел пояса Койпера имеют сложное устройство: рядом с ними находятся спутники, либо они образуют систему двойных космических объектов.
- Пояс Койпера содержит два скопления астероидов, которые назвали Греками и Троянцами. Они имеют уникальную позицию: на углах равносторонних треугольников, стороны которых соответствуют пути от Юпитера до Солнца.
- Вокруг некоторых других звездных систем обнаружены похожие космические кольца.
