Гл. 17. ЗА ПРЕДЕЛАМИ НЕПТУНА
17.1. Пояс Койпера
17.1.1. Общая характеристика
Настал черед заглянуть и за пределы хорошо известного всем пространства Солнечной системы, в котором в строгом порядке, подчиняясь определенным законам небесной механики, находятся планеты, начиная с Меркурия и по Нептун включительно. Правда, между Марсом и Юпитером есть еще Пояс астероидов. Но здесь он не рассматривался и рассматриваться не будет. В нем есть лишь один объект, который мог бы представлять для нас интерес. Им является карликовая планета Церера, имеющая почти сферическую, слегка сплюснутую с полюсов форму, дифференцированное слоистое строение и, по самым последним данным, массивное твердое ядро. Перечисленное выше роднит ее именно с планетами, но экспериментального материала для обсуждения в ключе, принятом при рассмотрении космических объектов в данной книге, пока недостаточно. Все остальное в этом регионе, включая Весту, представляет собой обычные астероиды. [more] Все, что за Нептуном, находится безумно далеко, и до последнего времени было доступно только телескопическому изучению. Лишь четыре зонда («Пионеры 10 и 11» и «Вояджеры 1 и 2») преодолели это пространство и вышли на границу Солнечной системы. Если с «Пионерами» связь давно потеряна, то «Вояджеры» до сих пор снабжают нас удивительными данными. Но исследование Пояса Койпера и ближайшей к нему области не входило в задачи, поставленные перед ними. Зато в настоящее время мы получаем бесценную информацию от зонда «Новые горизонты», запущенного в 2006 году и в 2015 году достигшего Плутона. А далее его миссия будет продолжена, и он отправится к одной из карликовых планет Пояса Койпера. Вследствие недостаточного количества конкретных экспериментальных данных по объектам окраины Солнечной системы мне кажется необходимым дать некоторое представление о том, что известно, чтобы затем сделать выводы о системе в целом. Посмотрим, что же мы имеем за Нептуном. Сначала для того, чтобы Читатель мог составить себе наглядную картину, мне придется немного повторить и расширить материал, уже приведенный кратко в 6-й главе. Схематически общее представление о строении Солнечной системы можно получить из рис. 17.1.
Рис. 17.1. Строение Солнечной системы,
http://solnce-generator.ru/v-solnechnoj-sisteme-najdena-novaja-karlikovaja-planeta
Здесь требуются некоторые пояснения. Поскольку уместить всю Солнечную систему в едином масштабе невозможно, схему разбили на три части так, чтобы меньшая – центр системы – вкладывалась в среднюю, а средняя – в бóльшую. Под цифрой 1 показана область планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и Пояс астероидов. Под цифрой 2 – область планет-гигантов (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун – изображены не все), здесь же разжалованный из планет Плутон (белая орбита) и орбита кометы Галлея (красная). Вокруг орбит планет находится Пояс Койпера – некий громадный тор, в составе которого имеются карликовые планеты (включая Плутон), астероиды, каменные и ледяные глыбы и т.д. В самом центре, в который упирается вершина первого голубого треугольника, размещается все, что изображено под цифрой 1. Все, что мы видим под цифрой 2, проецируется в самый центр Облака Оорта (цифра 3) – гипотетической гигантской сферы, окружающей Солнечную систему.
Необходимо заметить, что у Солнечной системы нет точно зафиксированной границы. Более того, в науке отсутствует даже четкая договоренность о том, что именно считать границей. Мне встречались самые различные определения. В качестве основных критериев для определения обычно служат границы: гелиосферы (там, где тормозится солнечный ветер), сферы Хиллса (примерно 2 световых года – там, где заканчивается область солнечного притяжения), Облака Оорта (примерно 100 тысяч а.е. – около 1 св. года, иногда – 2 св. года) и т.д. Все усложняется еще и тем, что расстояния до всех перечисленных вариантов границ, встречающиеся в научной литературе, весьма заметно отличаются. Поэтому внутренний и внешний края Облака Оорта на широко растиражированной схеме Солнечной системы, появившейся в публикациях НАСА, на рис. 17.2 обозначены со знаком вопроса (надписи переведены на русский язык, знак вопроса был в первоисточнике). Расстояния указаны в астрономических единицах. За 1 а.е. принято расстояние от Солнца до Земли; 1 световой год (св. г.) равен примерно 65-и тысячам а.е. Но имейте ввиду, что расстояние на схеме дается в логарифмической шкале. Звезда α-Центавра находится уже за пределами Облака Оорта (на расстоянии от Солнца 4,3 св. года).
Рис. 17.2. Схема расстояний в пределах границ Солнечной системы,
http://phys.org/news/2011-06-voyager-magnetic-mayhem.html
Для меня кое в чем такая схема не бесспорна, но об этом в следующей главе.
А теперь рассмотрим отдельно Пояс Койпера.
Несмотря на то, что Пояс Койпера похож на Пояс астероидов, он примерно в 20 раз шире и в 20 ‒ 200 раз массивнее последнего. Как и Пояс астероидов, он состоит большей частью из малых тел. В отличие от объектов Пояса астероидов, которые в основном представляют собой глыбы горных пород и металлов, объекты пояса Койпера – это, главным образом, тела из камня (силикаты) и льдов – водяного и из замерзших летучих веществ, таких как азот, метан, аммиак, угарный газ.
Этот регион простирается от орбиты Нептуна (30 а.е.) до расстояния в 55 а.е. Кроме Плутона, в нем находятся и другие карликовые планеты.
За последние несколько десятилетий новые мощные наземные и космические обсерватории полностью изменили прежние представления о внешних областях Солнечной системы. После неоднозначных дебатов в астрономическом сообществе Плутон получил статус карликовой планеты и стал считаться одним из объектов, объединенных под названием Пояс Койпера.
По последним оценкам в поясе Койпера находится, по крайней мере, 70 тысяч ледяных объектов диаметром в 100 км и более и имеющих такой же, как у Плутона, состав.
На рис. 17.3 показано распределение транснептуновых объектов Солнечной системы (заимствовано из Википедии).
Рис. 17.3. Распределение объектов на периферии Солнечной системы
В нижней части изображения указана область объектов, находящихся за орбитой Нептуна. Большинство орбит известных объектов Пояса Койпера имеют большую полуось в диапазоне примерно от 35 до 48 а.е. На рис. 15.3 они обозначены красным и синим цветом. Желтым цветом показаны так называемые «кентавры» ‒ тоже небольшие объекты астероидного типа, находящиеся между Юпитером и Нептуном.
За Поясом Койпера располагаются объекты, относящиеся к так называемому Рассеянному диску (обозначены на схеме серым цветом). Внутренняя область диска частично перекрывается Поясом Койпера, а его внешняя граница пролегает гораздо дальше от Солнца и гораздо выше и ниже плоскости эклиптики. В диске объектов мало, они имеют какие угодно орбиты, вплоть до вертикальных, причем их орбиты могут быть как стационарными, так и нестационарными. Рассеянный диск ‒ весьма непостоянная среда. Его объекты часто могут путешествовать «по вертикали» на такие же расстояния, как и «по горизонтали». Моделирование показывает, что орбиты объектов Рассеянного диска могут быть блуждающими и нестабильными и что дальнейшая судьба этих объектов непредсказуема.
Пояс Койпера представляет собой относительно круглый и плоский «бублик» диаметром около 200 а.е., располагающийся на участке от 30 до 55 а.е. (рис. 17.4). Принадлежащие ему объекты находятся на автономных круговых или слегка эллиптических резонансных орбитах. На данном рисунке из орбит карликовых планет Пояса Койпера изображена только орбита Плутона. Вверху показан вид Пояса в плане, под ним – вид сбоку, на котором линиями даны орбиты Нептуна (голубая) и Плутона (фиолетовая). По ним видно, что орбита Плутона наклонена к плоскости эклиптики под значительным углом.
Рис. 17.4. Пояс Койпера (вид сверху и сбоку),
http://astromaniya.at.ua/Images/pojas_kojpera.jpg
В работе http://www.lunarplanner.com/asteroids.html на двух разных рисунках приводятся орбиты самых крупных объектов Пояса Койпера, причем, некоторые из них иногда из-за вытянутости орбит относят к Рассеянному диску или даже к Облаку Оорта (рис. 17.5, 17.6).
Рис. 17.5. Орбиты планет Пояса Койпера
На рис.17.5 синий диск с Солнцем в центре представляет собой плоскость эклиптики. Красными эллипсами изображены орбиты планет Пояса Койпера. Видно, что все они, за исключением орбиты Эриса (Эриды), имеют близкие размеры и существенный наклон к плоскости эклиптики. И это является одним из признаков, позволивших отнести указанные планеты к одному классу объектов. На следующем рисунке приведены орбиты тех же объектов в плане (рис.17.6).
Рис. 17.6. Орбиты планет Пояса Койпера и Облака Оорта (Седна и 2012.VP113)
В следующей таблице приводятся основные данные некоторых рассматриваемых нами объектов (рис. 17.7).
Рис. 17.7. Характеристика планет Пояса Койпера и сравнение их с Луной,
http://spacegid.com/wp-content/uploads/2013/10/Karlikovyie-planetyi.jpg
Приведу еще фотографии транснептуновых планет вместе с их спутниками, дополняя приведенную выше таблицу (рис. 17.8). Внизу для сравнения изображена Земля.
Рис. 17.8. Карликовые планеты и их спутники (Википедия)
И, наконец, прежде чем я перейду к Плутону, очень важная информация об орбитальных резонансах крупных объектов Пояса Койпера. Дирижером всего этого оркестра… является Нептун. На рис. 17.9 показаны орбитальные резонансы Нептуна и объектов Пояса Койпера.
Рис. 17.9. Орбитальные резонансы в системе Нептун – Пояс Койпера,
http://galspace.spb.ru/index439.file/2.jpg
Гравитационная сила Нептуна оказывает очень большое влияние на формирование структуры Пояса Койпера. Орбиты объектов, которые могут удерживаться в Поясе достаточно долго, определяются так называемыми вековыми резонансами с Нептуном. Резонансы возникают в тех случаях, когда периоды обращения вокруг Солнца объекта и Нептуна соотносятся друг с другом как небольшие натуральные числа (например, 1:2, 3:4 и т.д.). В таких случаях происходит стабилизация орбит.
Наиболее плотно населенная часть Пояса Койпера, включающая в себя более 200 известных объектов, находится в резонансе с Нептуном 2:3. Эти объекты совершают один оборот за каждые 1,5 оборота Нептуна и известны как «плутино». Среди них находится Плутон. Несмотря на то, что орбиты Нептуна и Плутона подходят очень близко друг к другу, орбитальный резонанс 2:3 не позволяет им столкнуться. В других, менее «населенных» областях существуют резонансы 3:4, 3:5, 4:7 и 2:5, что и продемонстрировано на схеме.
Будем считать, что общее знакомство с Поясом Койпера состоялось. Теперь перейдем к более подробному рассмотрению его ярчайшего представителя, о котором нам, кстати, известно больше всего – к Плутону.
(0)
