Наша звездная система не ограничивается Нептуном. За ним, на расстоянии 50-55 а. е. от Солнца, располагается обширное кольцо, состоящее множества покрытых льдом объектов. Область именуют поясом Койпера – в честь того, кто парадоксально предполагал ее отсутствие.
Содержание
- 1 Что такое пояс Койпера
- 2 Открытие пояса Койпера
- 3 Как образовался Пояс Койпера
- 4 Расположение и состав
- 5 Объекты Пояса Койпера
- 6 Пояс Койпера и девятая планета
- 7 Пояс Койпера и облако Оорта
- 8 Посещение пояса Койпера космическими аппаратами
- 9 Часто задаваемые вопросы
- 10 7 интересных фактов о поясе Койпера
- 10.1 1. У многих ОПК есть спутники
- 10.2 2. Они гораздо менее массивны, чем Земля
- 10.3 3. Это источник комет
- 10.4 4. Более 60 лет астрономы не осознавали, что обнаружили пояс Койпера
- 10.5 5. Пять крупнейших объектов в поясе Койпера
- 10.6 6. Первый рукотворный объект входящий в пояс Койпера
- 10.7 7. Гипотетическая планета может объяснить некоторые объекты пояса койпера
Что такое пояс Койпера
Что же такое пояс Койпера или Kuiper Belt? Обширная торообразная область, расположенная за нептунианской орбитой в 30-55 а. е. от центра нашей планетной системы. Это настоящий ледяной мир, состоящий из множества малых объектов, не превышающих по размерам Луну. Все они признаны остаточным веществом. Протяженность пояса колоссальна, ученые все еще не выяснили, где находится наружный край области. Орбиты некоторых тел в 2 тысячи раз превышают расстояние от Солнца до нашей планеты. Однако общая масса не превышает 10% земной.
По мнению ученых, пояс Койпера служит своеобразной колыбелью для короткопериодических комет, проходящим по своим орбитам всего за 200 лет. Точное количество объектов в регионе не известно, предположительно их от нескольких сотен тысяч до триллиона.
Помимо комет и ледяных глыб, в состав пояса Койпера входят карликовые планеты, часть из которых обладает атмосферой и собственными лунами. Жизнь в этом отдаленном мире невозможна из-за крайне экстремальных условий.
Открытие пояса Койпера
Уже в начале ХХ в. появились идеи о возможном нахождении за нептунианской орбитой ледяного мира. Открытый в 1930 г. Плутон породил гипотезу, что вблизи него могут располагаться схожие по характеристикам объекты. Ирландец Кеннет Эджворт в 1943 г. сделал предположение о существовании на окраинах Солнечной системы внушительного числа небесных тел небольших размеров.
Через 8 лет его коллега из Голландии Джерард Койпер поддержал теорию. Но ученый придерживался мнения, что своим гравитационным влиянием Плутон вытолкнул содержащиеся в области космические тела к Облаку Оорта. Согласно идее Койпера пояс, даже если он и существовал, уже исчез. Однако, как было доказано позже, Плутон оказался отнюдь не таким массивным, как предполагалось. Его масса составляет всего 0,2% земной, соответственно, гравитационное влияние крайне мало.
Десятилетиями продолжались рассуждения о поясе Эджворта-Койпера. Астрономы периодически обнаруживали на орбитах Сатурна, Урана и Плутона небольшие ледяные планетоиды. Гипотеза о существовании обширного скопления подобных объектов крепла. И только в августе 1992 г. Дэвид Джуитт совместно с Джейн Лу, спустя пять лет исследований «пустой» области, подтвердил существование объекта 1192 QB1. Спустя 6 месяцев эти же астрономы зафиксировали еще один объект 1993 FW. Новые небесные тела в этой области продолжают открывать по сей день.
Как образовался Пояс Койпера
Состоящий из множества планетезималей, Пояс Койпера появился в Солнечной системе сразу же после ее образования из газо-пылевой туманности 4,6 млрд лет назад. Почти все вещество ушло на «строительство» звезды и планет. Остатки сформировали разрозненные области: пояса астероидов. Но все это – лишь предположение, точно никто не знает, какой была истинная причина появления пояса Койпера, и насколько он велик.
В теории, на окраине нашей системы вполне могла бы образоваться планета. Но близость гиганта Нептуна с чудовищной гравитацией помешала небольшим ледяным и каменным обломкам слиться воедино.
Расположение и состав
Область, где находится Пояс Койпера, начинается непосредственно за нептунианской орбитой (примерно 4,4 млрд км от Земли). Удаленность крайней границы неизвестна. Ученые лишь догадываются, что Пояс Койпера простирается еще на 20 а.е.
Ширина пояса в 2 десятка раз больше, чем у Главного пояса астероидов. Масса при этом больше до 200 раз. Все еще неизвестно, каков точный состав Пояса Койпера. Среди тысяч ледяных лун даже могли зародиться спутники Сатурна и Нептуна.
Объекты Пояса Койпера (ОПК) изучают на основании их параметров и способностей отражать свет. По такому принципу судят о размерах небесных тел. Большинство ОПК – ледяные. В их состав входят соединения летучих веществ, находящихся в замерзшем состоянии:
- Аммиак.
- Углекислый газ.
- Метан.
- Азот.
- Метанол.
- Вода.
При фиксации нового объекта ОПК, его классифицируют как карликовую планету или астероид. Из-за ограниченной видимости и недостатка сведений на это могут уйти годы наблюдений.
ОПК различны по своим характеристикам. Сегодня их подразделяют на:
- Классические.
- Резонансные.
- Рассеянные.
- Обособленные.
Отличаются они, в первую очередь, по динамическим характеристикам, обусловленным гравитационным влиянием Нептуна.
Несмотря на количество ОПК, их общая масса довольно мала и составляет всего 10% от земной. Материал неравномерно распространен в пространстве, где расположен пояс, а рост небесных тел слишком медленный. Считается, что на раннем этапе формирования масса Пояса Койпера в несколько десятков раз превышала земную, но со временем ее большая часть потерялась, рассеявшись в пространстве.
Объекты Пояса Койпера
Пояс Койпера находится за орбитой Нептуна. Температура здесь никогда не превышает -6°С. Наиболее массивные ОПК представлены карликовыми планетами и кандидатами в эту категорию. Самые известные:
- Плутон – долгое время считался 9-й планетой Солнечной системы. Его диаметр составляет 2376 км.
- Эрида – по своим характеристикам близка к Плутону. Диаметр составляет 2326 км, полный период вращения вокруг Солнца составляет 560 лет, имеется одна луна (Дисномия).
- Хаумеа — образовалась, предположительно, в результате удара. Ее диаметр составляет 1632 км. Скорость вращения планеты вокруг собственной оси, как и ее двух спутников Намаки и Хииаки, составляет всего 4 часа. За счет этого по форме объект напоминает мяч для регби.
- Макемаке – полный оборот карликовой планеты вокруг Солнца занимает 306 лет, а диаметр достигает 1430 км. Имеет временную азотную атмосферу, а поверхность покрыта льдом из метана.
- Седна – наиболее отдаленная от Солнца карликовая планета (иногда таковой не считается) с периодом вращения 10,5 тысяч лет.
- Квавар – объект, не признанный карликовой планетой, хотя имеет диаметр 1300 км. Температура его поверхности составляет -220°С. Вокруг него вращается спутник Вейвот (диаметр 100 км).
Орк и Гунгун также достаточно велики, чтобы в скором времени их признали карликовыми планетами. Но пояс Койпера состоит не только из таких тел, помимо них в состав предположительно, входит около 100 тысяч объектов с диаметром свыше 100 км и не менее миллиарда тел размером от 1 км. Самые крупные объекты могут в диаметре превышать 2000 км, самые крохотные не достигают и нескольких метров. Точное количество остается неизвестным, по официальным данным НАСА зарегистрировано только 2000.
Астероиды Пояса Койпера, в отличие от объектов, расположенных между марсианской и юпитерианской орбитами, обладают широким цветовым спектром: от белого до синего или красного. Здесь есть множество двойных систем, например, Плутон-Харон.
Одна из наиболее распространенных теорий заключается в том, что в поясе формируются кометы. Происходит такое явление, когда под действием гравитации Нептуна осколки столкнувшихся ОПК выталкиваются в сторону центра Солнечной системы.
Пояс Койпера и девятая планета
Постоянные исследования астрономов, посвященные области на окраинах нашей планетной системы, приводят к формированию различных гипотез. Например, учеными Константином Батыгиным и Майком Брауном в 2016 г., в ходе их наблюдений за несколькими ОПК, была замечена аномалия в распределении орбит этих небесных тел. Астрономы объяснили это уникальное явление планетной гравитацией, орбита неизвестного небесного тела при этом должна находиться дальше, чем Плутон.
По размеру этот объект должен был соответствовать Нептуну, с массой, превосходящей земную в 5-10 раз и с периодом обращения вокруг Солнца 10 тыс. лет. Это гипотетическое небесное тело назвали «Девятой планетой». Обнаружить ее все еще не удалось, хотя поиски продолжаются.
Пояс Койпера и облако Оорта
Кометы – излюбленные объекты наблюдения астрономов. Эти небесные тела редко превышают 1 км в диаметре. При движении в космосе объект постепенно теряет массу, которая переходит в хвост. Длиться это не более 10 тыс. лет. Соответственно, возраст кометных ядер не может сравниться с возрастом Солнечной системы. Кометы не являются оставшимся после ее формирования веществом. То есть, они откуда-то появляются, а при приближении к Земле, испаряются.
Ответить на вопрос, откуда прилетают кометы, попытался в 50-х годах ХХ века голландец Ян Оорт. Астроном понял, что долгопериодические кометы, возраст орбит которых превышает 200 лет, движутся по эллиптическим орбитам, причем преимущественно произвольным. Многие появляются из некоего сферического источника, ныне именуемого облаком Оорта.
Визуально это образование напоминает рой насекомых, который окружает Солнечную систему. Его размеры колоссальны. Расстояние от Солнца до нашей планеты в несколько тысяч раз меньше его протяженности. Именно здесь рождаются долгопериодические кометы. Объекты этой области слишком тусклые для наблюдений. Через телескоп их увидеть невозможно, ровно как и сделать фото. Все данные об облаке Оорта, включая факт его существования, основаны на наблюдении выбившихся из него комет.
Самый удаленный из известных ОПК, Седну, нередко относят к облаку Оорта. Наподобие ему, остальные небесные тела этой области состоят из метанового, циановодородного или этанового льда.
Посещение пояса Койпера космическими аппаратами
В 2006 г. НАСА запустило межпланетную станцию New Horizons. В 2015 г. аппарат пролетел рядом с Плутоном, а к 2019 достиг ОПК Аррокот. Последний стал самым дальним объектом Солнечной системы, исследованным с помощью космического аппарата.
На данный момент миссий, объектом исследования которых должен стать пояс Койпера, нет. Однако космические агентства не исключают, что в ближайшем будущем будут отправлены космические станции к Хаумеа и Макемаке.
Часто задаваемые вопросы
Пояс Койпера – наименее исследованная часть Солнечной системы. В силу его удаленности, наблюдать за объектами сложно, но ученые не оставляют попыток совершить очередное открытие.
Наибольший объект пояса Койпера?
Карликовая планета Плутон – крупнейший объект пояса Койпера с радиусом 1188 км. Вместе со своим спутником Хароном образует двойную систему с единой атмосферой. Обладает эксцентричной орбитой, в перигелии становится ближе к Солнцу, чем Нептун. По массе меньше Луны в 6 раз, состоит из камня и азотного льда.
Помимо Харона, Плутон имеет еще несколько спутников меньшего размера:
- Никта.
- Гидра.
- Кербер.
- Стикс.
Все они были открыты в период с 2005 по 2012 годы. Два последних были официально зарегистрированы уже после того, как в 2006 г. Плутон лишился статуса 9-й планеты Солнечной системы.
Сколько планет в поясе Койпера?
Планеты в поясе Койпера отсутствуют. Связано это с гравитационным влиянием гиганта Нептуна, которое препятствует формированию достаточно крупного небесного тела. Четыре из пяти признанных карликовых планет Солнечной системы, расположены именно в этой области.
Время, которое займет полет до пояса Койпера?
Расстояние до пояса Койпера – не менее 4,5 млрд км. Преодолеть столь неблизкий путь смог зонд НАСА New Horizons. Развивая скорость до 58580 км/ч, аппарат достиг Плутона за 9,5 лет. К моменту запуска New Horizons считался самым быстрым из существующих.
В чем отличие между облаком Оорта и поясом Койпера?
Оба региона нашей планетной системы имеют схожий состав. Объекты в них – небольшие ледяные небесные тела. Однако в облаке Оорта сосредоточены долгопериодичные кометы. Пояс Койпера представлен карликовыми планетами, ледяными астероидами и короткопериодичными кометами.
Область, где расположен пояс Койпера, торообразная, а облако Оорта –сферическая оболочка вокруг Солнечной системы. От центра она удалена, не менее чем на 50 тысяч а. е. (1 светово1 год). Добраться до ее внутренней границы получится минимум за 300 лет.
7 интересных фактов о поясе Койпера
Уникальность места, где сосредоточен пояс Койпера, и интерес к нему со стороны ученых обусловлены множеством факторов. Лишь малая часть фактов об этой области подтверждена.
1. У многих ОПК есть спутники
Спутниками называют небольшие объекты, вращающиеся вокруг небесных тел с большей гравитацией. Особенность ОПК – наличие у многих из них собственных лун. Некоторые имеют свыше одного спутника. Вокруг каждой карликовой планеты вращается как минимум один меньший по размерам объект. Даже Квавар и Гунгун не остались в одиночестве. А Хаумеа и вовсе, наподобие Сатурна, окружена кольцом.
Некоторые объекты пояса образуют двойные системы. Происходит это тогда, когда размеры обоих примерно одинаковы. Плутон и Харон – самый известный пример.
2. Они гораздо менее массивны, чем Земля
Долгое время считалось, что пояс обладает внушительной массой из-за огромного количества входящих в него объектов. Согласно стандартным моделям, масса всех объектов области должна была в 30 раз превышать массу нашей планеты. Однако состав и протяженность заставили ученых ошибиться на этот счет.
В действительности, общая масса ОПК не достигает и 2% земной. Куда же подевалось остальное? Ответ на этот вопрос астрономы пытаются выяснить, но пока безуспешно. Предположительно, ОПК постоянно сталкиваются между собой, постепенно разрушая друг друга до состояния пыли. Если верить этой гипотезе, в будущем пояс Койпера может и вовсе исчезнуть.
3. Это источник комет
Поскольку ОПК постоянно сталкиваются друг с другом, образуется большое количество обломков. Последние, ускоренные нептунианской гравитацией, меняют свои орбиты и направляются к Солнцу. Попадая в область влияния Юпитера, кометы под действием его гравитации, оказываются загнанными в своеобразные петли на период до 20 лет. Большая часть испаряется за это время. Но некоторым все же удается выбраться. Учеными зафиксировано несколько околоземных астероидов, по всем признакам являющихся сгоревшими кометами семейства Юпитера. Согласно наблюдениям, начальной точкой движения этих небесных тел был либо пояс Койпера, либо облако Оорта.
4. Более 60 лет астрономы не осознавали, что обнаружили пояс Койпера
В момент открытия Плутона (30-е годы ХХ века) астрономы еще не представляли, как распределяются небесные тела на внешних границах Солнечной системы. Несмотря на большой наклон к плоскости эклиптики, который наблюдался у Плутона, планета долгое время считалась одиночной. И только в 90-е годы удалось зафиксировать второй объект поблизости. Именно тогда ученые поняли, что подобных небесных тел может быть еще очень много.
5. Пять крупнейших объектов в поясе Койпера
Очевидно, что крупнейшим известным объектом пояса Койпера является Плутон. Всего на 10% меньше него по размерам Эрида. Интересно, что масса Эриды при этом примерно на 25% больше, чем у Плутона.
Третье место принадлежит карликовой планете Хаумеа. Она не только вращается быстрее своих собратьев, но к тому же имеет собственное астероидное кольцо.
Следующий крупнейший объект – Макемаке. Эту карликовую планету, несмотря на ее яркость, долго не могли обнаружить даже в 90-е годы, когда исследованиями ОПК занялись вплотную. Все дело в ее большом наклонении. Когда оно достигло максимума, объект стал виден в области созвездия Волосы Вероники. Это и помогло его зафиксировать.
Последним из пяти крупнейших ОПК считается Квавар. Он был открыт в 2002 г. Диаметр вдвое меньше, чем у Плутона. Возможная карликовая планета имеет круговую орбиту и умеренный угол наклона, а удаленность от Земли составляет 42 а. е.
6. Первый рукотворный объект входящий в пояс Койпера
«Новые горизонты» считается первым космическим аппаратом, достигшим пояса Койпера. Зонд НАСА не только долетел в 2025 г. до Плутона, но и смог собрать данные об его атмосфере и поверхности как самой карликовой планеты, так и ее лун.
Но в действительности эта космическая станция не была первооткрывателем. Еще в 1983 г. был запущен «Пионер 10», ставший первым рукотворным объектом, вышедшим за пределы орбиты Нептуна. Увы, тогда пояс еще не был даже обнаружен, поэтому никаких исследований в этой области не проводилось.
7. Гипотетическая планета может объяснить некоторые объекты пояса койпера
Ученые из Калифорнийского технологического института в 2015 г. математически доказали возможность существования за Плутоном Планеты Х. Наблюдать ее не удалось до сегодняшнего дня. Но, согласно расчетам, гипотетическая планета должна существовать. Основой гипотезы послужили необычные отклонения орбит ряда крупных ледяных ОПК. Подобное явление объясняется только гравитационным притяжением крупного небесного тела. Если удастся доказать его существование, это поможет астрономам по-новому взглянуть на эволюцию Солнечной системы.