Википедия

Пояс Койпера

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 августа 2022 года; проверки требуют 10 правок.

Пояс Ко́йпера (иногда также называемый пояс Э́джворта — Койпера) — область Солнечной системы от орбиты Нептуна (30 а. е. от Солнца) до расстояния около 55 а. е. от Солнца[1]. Хотя пояс Койпера похож на пояс астероидов, он примерно в 20 раз шире и в 20—200 раз массивнее последнего[2][3]. Как и пояс астероидов, он состоит в основном из малых тел, то есть материала, оставшегося после формирования Солнечной системы. В отличие от объектов пояса астероидов, которые в основном состоят из горных пород и металлов, объекты пояса Койпера (ОПК) состоят главным образом из летучих веществ (называемых льдами), таких как метан, аммиак и вода. В этой области ближнего космоса находятся по крайней мере четыре карликовые планеты: Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Кроме того, считается, что некоторые спутники планет Солнечной системы, такие как спутник Нептуна Тритон и спутник Сатурна Феба, также возникли в этой области[4][5].

Большинство известных объектов пояса Койпера имеют большую полуось в диапазоне примерно между 35 и 48 а. е. (красные и синие объекты на диаграмме). Считается, что кентавры (показаны жёлтым) и объекты рассеянного диска (серые) ранее тоже располагались в поясе Койпера, но были рассеяны Нептуном внутрь и наружу
Известные объекты пояса Койпера, по данным Центра малых планет. Объекты основного пояса показаны зелёным, рассеянного диска — оранжевым. Четыре внешних планеты имеют голубой цвет. Троянские астероиды Нептуна показаны жёлтым, Юпитера — розовым. Рассеянные объекты между Солнцем и поясом Койпера известны как кентавры. Масштаб показан в астрономических единицах. Кажущийся «пустым» промежуток в нижней части рисунка вызван фоновой засветкой от полосы Млечного Пути, делающей тусклые объекты в этом направлении необнаруживаемыми[источник не указан 3429 дней]

С тех пор как в 1992 году пояс Койпера был открыт[6], число известных ОПК превысило тысячу, и предполагается, что ещё свыше 70 000 ОПК диаметром более 100 км пока не обнаружены[7]. Ранее считалось, что пояс Койпера — главный источник короткопериодических комет с орбитальными периодами менее 200 лет. Однако наблюдения, проводимые с середины 1990-х годов, показали, что пояс Койпера динамически стабилен и что настоящий источник этих комет — рассеянный диск, динамически активная область, созданная направленным вовне движением Нептуна 4,5 миллиарда лет назад[8]; объекты рассеянного диска, такие как Эрида, похожи на ОПК, но уходят по своим орбитам очень далеко от Солнца (до 100 а. е.).

Плутон — крупнейший известный объект пояса Койпера. Первоначально он считался планетой, но был переклассифицирован как карликовая планета. По составу Плутон напоминает прочие ОПК, а его период обращения позволяет отнести его к подгруппе ОПК под названием «плутино». В честь Плутона подгруппу из четырёх известных на данный момент карликовых планет, обращающихся за орбитой Нептуна, называют «плутоидами».

Пояс Койпера не следует путать с гипотетическим облаком Оорта, которое расположено в тысячи раз дальше. Объекты пояса Койпера, как и объекты рассеянного диска и облака Оорта, относят к транснептуновым объектам (ТНО)[9].

История исследования

править

После открытия Плутона многие учёные полагали, что он не единственный в своём роде объект. Различные предположения по поводу области космоса, ныне известной как пояс Койпера, выдвигались в течение нескольких десятков лет, однако первое прямое доказательство его существования было получено только в 1992 году. Так как гипотезы о природе пояса Койпера, предшествовавшие его открытию, были весьма многочисленны и разнообразны, трудно сказать, кто именно первым выдвинул подобную гипотезу.

Гипотезы

править

Первым астрономом, выдвинувшим предположение о существовании транснептуновой популяции, был Фредерик Леонард[англ.]. В 1930 году, вскоре после открытия Плутона, он писал: «Нельзя ли предположить, что Плутон — лишь первое из серии тел за орбитой Нептуна, которые ещё ожидают своего открытия и в конечном счёте будут обнаружены?»[10].

 
Астроном Джерард Койпер, в честь которого назван пояс Койпера

Кеннет Эджворт предположил (1943, Журнал Британской астрономической ассоциации), что в области космоса за орбитой Нептуна первичные элементы туманности, из которой сформировалась Солнечная система, были слишком рассеяны, чтобы уплотниться в планеты. Исходя из этого он пришёл к выводу, что «внешняя область Солнечной системы за орбитами планет занята огромным количеством сравнительно небольших тел»[11] и время от времени какое-либо из этих тел «покидает своё окружение и появляется как случайный гость внутренних областей Солнечной системы»[12], становясь кометой.

Джерард Койпер высказал предположение (1951, журнал «Астрофизика»), что подобный диск образовался на ранних этапах формирования Солнечной системы, однако не считал, что такой пояс сохранился и до наших дней. Койпер исходил из распространённого для того времени предположения, что размеры Плутона близки к размерам Земли и потому Плутон рассеял эти тела к облаку Оорта или вообще из Солнечной системы[13].

В последующие десятилетия гипотеза принимала много различных форм. Например, в 1962 году американо-канадский астрофизик Аластер Дж. У. Кэмерон выдвинул гипотезу о существовании «огромной массы мелкого материала на окраине Солнечной системы»[14], а позднее, в 1964 году, Фред Уиппл (популяризатор известной теории «грязного снежка», объясняющей строение кометы) предположил, что «кометный пояс» может быть достаточно массивным, чтобы вызвать заметные возмущения в орбитальном движении Урана, которые инициировали поиски пресловутой планеты за орбитой Нептуна, или чтобы, по крайней мере, затронуть орбиты известных комет[15]. Наблюдения, однако, исключили эту гипотезу[14].

В 1977 году Чарльз Коваль открыл ледяной планетоид Хирон, орбита которого расположена между Сатурном и Ураном. Он использовал блинк-компаратор — то же самое устройство, которое пятьюдесятью годами ранее помогло Клайду Томбо открыть Плутон[16]. В 1992 году был обнаружен другой объект с похожей орбитой — Фол (англ.)[17]. Сегодня известно, что на орбитах между Юпитером и Нептуном существует целая популяция кометоподобных небесных тел, именуемых «кентаврами». Орбиты кентавров непостоянны и имеют динамические времена жизни в несколько миллионов лет[18]. Поэтому со времён открытия Хирона астрономы предполагали, что популяция кентавров должна пополняться из какого-то внешнего источника[19].

Новые доказательства в пользу существования пояса Койпера были получены в ходе исследования комет. Давно было известно, что кометы обладают конечным временем существования. По мере приближения комет к Солнцу вследствие воздействия солнечной радиации происходит испарение летучих веществ с их поверхности в открытый космос, вследствие чего их масса постепенно уменьшается, что, в конечном счете, приводит к их исчезновению. Поскольку кометы не исчезли задолго до нашего времени, эта популяция небесных тел должна постоянно пополняться[20]. Предполагают, что одна из областей, из которой идёт такое пополнения — это «облако Оорта», сферический рой комет, простирающийся более чем на 50 000 а. е. от Солнца, гипотеза о существовании которого была впервые выдвинута Яном Оортом в 1950 году[21]. Считается, что в этой области возникают долгопериодические кометы — такие, например, как комета Хейла-Боппа с периодом обращения в тысячелетия.

Однако есть и другая группа комет, именуемая короткопериодическими или «периодическими» кометами, с периодом обращения менее 200 лет — например, комета Галлея. К 1970-м годам темпы открытия новых короткопериодических комет стали всё хуже и хуже согласовываться с предположением о том, что они происходят только из облака Оорта[22]. Для того, чтобы объект из облака Оорта стал короткопериодической кометой, он сначала должен быть захвачен планетами-гигантами. В 1980 году, в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Хулио Фернандес[англ.] подсчитал, что на каждую комету, которая движется из облака Оорта во внутренние области Солнечной системы, приходится 600 комет, которые выбрасываются в межзвёздное пространство. Он предположил, что кометный пояс между 35 и 50 а. е. мог бы объяснить наблюдаемое количество комет[23]. Развивая работы Фернандеса, в 1988 году группа канадских астрономов, в которую входили Мартин Дункан, Томас Куин и Скот Тремен, провела серию компьютерных моделирований с целью определить, все ли короткопериодические кометы прибыли из облака Оорта. Они обнаружили, что далеко не все короткопериодические кометы могли происходить из этого облака — в частности, потому, что они группируются вблизи плоскости эклиптики, тогда как кометы облака Оорта прилетают практически из любой области неба. После того, как описанный Фернандесом пояс был добавлен в расчёты, модель стала соответствовать наблюдениям[24]. Так как слова «Койпер» и «кометный пояс» присутствовали в первом предложении статьи Х. Фернандеса, Тремен назвал эту гипотетическую область космоса «поясом Койпера»[25].

Открытие

править
 
Телескопы на вулкане Мауна-Кеа, при помощи которых был обнаружен пояс Койпера

В 1987 году астроном Дэвид Джуитт (Массачусетский технологический институт) всерьёз задумался над «кажущейся пустотой внешней Солнечной системы»[6]. Пытаясь обнаружить другие объекты за орбитой Плутона, он говорил помогавшей ему аспирантке Джейн Лу: «Если этого не сделаем мы, то не сделает никто»[26]. Используя телескопы обсерватории Китт-Пик в Аризоне и обсерватории Сьерро-Тололо в Чили, Джуит и Лу вели поиски при помощи блинк-компаратора, почти тем же способом, что Клайд Томбо и Чарльз Коваль[26]. Первоначально проверка каждой пары пластинок занимала до 8 часов[27], в дальнейшем процесс был сильно ускорен при помощи ПЗС-матриц, которые, несмотря на более узкое поле зрения, более эффективно собирали свет (сохраняли 90 % полученного света, тогда как фотопластинки — всего 10 %), и допускали процесс сравнения на мониторе компьютера. Сегодня ПЗС-матрицы — основа для большинства астрономических детекторов[28]. В 1988 году Джуитт перешёл в Астрономический институт Гавайского университета. Впоследствии Лу присоединилась к его работе на 2,24-метровом телескопе обсерватории Мауна-Кеа[29]. Позднее поле зрения ПЗС-матриц было увеличено до 1024×1024 пикселя, что ещё более ускорило поиск[30]. После 5 лет поисков, 30 августа 1992 года, Джуитт и Лу объявили об открытии кандидата в объекты пояса Койпера (15760) 1992 QB1[6]. Через шесть месяцев они обнаружили второго кандидата (181708) 1993 FW[31].

После создания первых карт области пространства за Нептуном исследования показали, что зона, теперь называемая поясом Койпера, не является местом происхождения короткопериодических комет. На самом деле они образуются в соседней области, называемой «рассеянный диск», который образовался в те времена, когда Нептун мигрировал ко внешним границам Солнечной системы. Область, позднее ставшая поясом Койпера, тогда была значительно ближе к Солнцу. Нептун оставил за собой семейство динамически стабильных объектов, на движение которых он никак не может воздействовать (собственно пояс Койпера), а также отдельную группу объектов, перигелии которых достаточно близки к Солнцу для того, чтобы Нептун мог возмущать их орбиты (рассеянный диск). Поскольку, в отличие от стабильного пояса Койпера, рассеянный диск динамически активен, именно он сегодня считается вероятным источником короткопериодических комет[8].

Название

править

Признавая заслуги Кеннета Эджворта, астрономы иногда называют пояс Койпера «поясом Эджворта — Койпера». Однако Брайан Марсден считает, что ни один из этих учёных не заслуживает такой чести: «Ни Эджворт, ни Койпер не писали ни о чём похожем на то, что мы сейчас наблюдаем, — это сделал Фред Уиппл»[32]. Есть и ещё одно мнение — Дэвид Джуитт сказал по поводу этой проблемы следующее: «Если говорить о чьём-то имени… то Фернандес[англ.] более всех заслуживает чести считаться человеком, предсказавшим пояс Койпера»[13]. Некоторые группы учёных предлагают использовать для объектов этого пояса термин транснептуновый объект (ТНО) как наименее спорный. Однако это не синонимы, так как к ТНО относят все объекты, обращающиеся за орбитой Нептуна, а не только объекты пояса Койпера.

Категории объектов пояса

править

На 26 мая 2008 года известно 1077 объектов транснептунового пояса, которые можно разделить на три категории:

  • Классические объекты: имеют приблизительно круговые орбиты с небольшим наклонением, не связаны с движением планет. Такие объекты иногда называют «кьюбивано» в честь первого представителя, 1992 QB1. На 2004 год было известно 524 таких объекта[33].
  • Резонансные объекты: образуют орбитальный резонанс 1:2, 2:3, 2:5, 3:4, 3:5, 4:5 или 4:7 с Нептуном. Объекты с резонансом 2:3 называются плутино в честь самого известного представителя — Плутона. На 2005 год известно около 150 плутино и 22 других резонансных объекта. Предполагается, что плутино составляют от 10 до 20 % общей численности объектов пояса Койпера, и, таким образом, общее число плутино диаметром более 100 км составляет более 30 000[33].
  • Рассеянные объекты: имеют большой эксцентриситет орбиты и могут в афелии удаляться от Солнца на несколько сотен астрономических единиц. Их известно около 100, общее число считается примерно равным 10 000[34]. Во многих публикациях объекты рассеянного диска рассматриваются как отдельное семейство транснептуновых объектов, не входящее в пояс Койпера.

Предполагается, что объекты пояса Койпера состоят из льда с небольшими примесями органических веществ, то есть близки к кометному веществу.

Совокупная масса объектов пояса Койпера в сотни раз превышает массу пояса астероидов, однако, как предполагается, существенно уступает массе облака Оорта. Считается, что в поясе Койпера имеется несколько тысяч тел диаметром более 1000 км, около 70000 с диаметром более 100 км и как минимум 450 000 тел диаметром более 50 км[35].

Крупнейшие объекты пояса Койпера

править
 ЗемляХаронХаронПлутонПлутонГидраГидраНиктаНиктаКерберКерберСтиксСтиксДисномияДисномияЭридаЭридаМакемакеМакемакеХаумеаХаумеаХииакаХииакаНамакаНамакаСеднаСеднаГун-гунГун-гунКваварКваварВейвотВейвотОркОркВантВантФайл:EightTNOs-ru.png
Сравнительные размеры крупнейших ТНО и Земли.
Изображения объектов — ссылки на статьи
Номер Название Экваториальный
диаметр (км) 		Большая полуось,
а. е.		 Перигелий,
а. е.		 Афелий,
а. е.		 Период обращения
вокруг Солнца (лет)
 Открыт Примечания
136199 Эрида 2330+10/−10[36]. 67,84 38,16 97,52 559 2005 i Архивная копия от 31 января 2018 на Wayback Machine [37]
134340 Плутон 2390[38] 39,45 29,57 49,32 248 1930 i Архивная копия от 18 февраля 2017 на Wayback Machine [39] Плутино
136472 Макемаке 1500 +400/−200[40] 45,48 38,22 52,75 307 2005 i Архивная копия от 6 декабря 2020 на Wayback Machine
136108 Хаумеа ~1500 43,19 34,83 51,55 284 2005 i Архивная копия от 1 ноября 2020 на Wayback Machine
134340 I Харон 1207 ± 3[41] 39,45 29,57 49,32 248 1978 [39]
225088 Гунгун ~1535 67,3 33,6 101,0 553 2016 i
50000 Квавар ~1100 43,61 41,93 45,29 288 2002 i Архивная копия от 22 декабря 2016 на Wayback Machine
90482 Орк 946,3 +74,1/−72,3[40] 39,22 30,39 48,05 246 2004 i Архивная копия от 22 декабря 2016 на Wayback Machine Плутино
55565 2002 AW197 940 47,1 41,0 53,3 323 2002 i Архивная копия от 1 ноября 2020 на Wayback Machine
20000 Варуна 874[42] 42,80 40,48 45,13 280 2000 i Архивная копия от 1 ноября 2020 на Wayback Machine
28978 Иксион < 822[42] 39,70 30,04 49,36 250 2001 i Архивная копия от 22 февраля 2017 на Wayback Machine Плутино
55637 2002 UX25 681 +116/−114[40] 42,6 36,7 48,6 278 2002 i Архивная копия от 1 ноября 2020 на Wayback Machine

Примечания

править
  1. ↑ Alan Stern; Colwell, Joshua E. Collisional Erosion in the Primordial Edgeworth-Kuiper Belt and the Generation of the 30–50 AU Kuiper Gap (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1997. — Vol. 490, no. 2. — P. 879—882. — doi:10.1086/304912. Архивировано 25 марта 2020 года.
  2. ↑ Audrey Delsanti and David Jewitt. The Solar System Beyond The Planets. Institute for Astronomy, University of Hawaii. Дата обращения: 9 марта 2007. Архивировано 25 сентября 2007 года.
  3. ↑ Krasinsky, G. A.[англ.]; Pitjeva, E. V.; Vasilyev, M. V.; Yagudina, E. I. Hidden Mass in the Asteroid Belt (англ.) // Icarus. — Elsevier, 2002. — July (vol. 158, no. 1). — P. 98—105. — doi:10.1006/icar.2002.6837. Архивировано 25 марта 2020 года.
  4. ↑ Johnson, Torrence V.; and Lunine, Jonathan I.; Saturn’s moon Phoebe as a captured body from the outer Solar System, Nature, Vol. 435, pp. 69-71
  5. ↑ Craig B. Agnor & Douglas P. Hamilton. Neptune's capture of its moon Triton in a binary-planet gravitational encounter. Nature (2006). Дата обращения: 20 июня 2006. Архивировано 21 июня 2007 года.
  6. ↑ 1 2 3 David Jewitt, Jane Luu. Discovery of the candidate Kuiper belt object 1992 QB1. Nature (1992). Дата обращения: 20 июня 2007. Архивировано 4 июля 2012 года.
  7. ↑ David Jewitt. Kuiper Belt Page. Дата обращения: 15 октября 2007. Архивировано 4 июля 2012 года.
  8. ↑ 1 2 Harold F. Levison, Luke Donnes. Comet Populations and Cometary Dynamics // Encyclopedia of the Solar System / Lucy Ann Adams McFadden, Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson. — 2nd. — Amsterdam; Boston: Academic Press, 2007. — С. 575—588. — ISBN 0120885891.
  9. ↑ Gérard FAURE. DESCRIPTION OF THE SYSTEM OF ASTEROIDS AS OF MAY 20, 2004 (2004). Дата обращения: 1 июня 2007. Архивировано 29 мая 2007 года.
  10. ↑ What is improper about the term "Kuiper belt"? (or, Why name a thing after a man who didn't believe its existence?) (англ.). International Comet Quarterly. Дата обращения: 24 октября 2010. Архивировано 4 июля 2012 года.
  11. ↑ Davies, John. Beyond Pluto: Exploring the outer limits of the solar system (англ.). — Cambridge University Press, 2001. — P. xii.
  12. ↑ Davies, p. 2
  13. ↑ 1 2 David Jewitt. WHY "KUIPER" BELT? (англ.). University of Hawaii. Дата обращения: 14 июня 2007. Архивировано 4 июля 2012 года.
  14. ↑ 1 2 Davies, p. 14
  15. ↑ FRED L. WHIPPLE. EVIDENCE FOR A COMET BELT BEYOND NEPTUNE (англ.). SMITHSONIAN ASTROPHYSICAL OBSERVATORY AND HARVARD COLLEGE OBSERVATORY (1964). Дата обращения: 20 июня 2007. Архивировано 4 июля 2012 года.
  16. ↑ CT Kowal, W Liller, BG Marsden. The discovery and orbit of /2060/ Chiron (англ.). Hale Observatories, Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics (1977). Дата обращения: 5 декабря 2010. Архивировано 4 июля 2012 года.
  17. ↑ Фол Архивная копия от 4 декабря 2019 на Wayback Machine (англ.)
  18. ↑ Horner, J.; Evans, N.W.; Bailey, M. E. Simulations of the Population of Centaurs I: The Bulk Statistics (англ.) : journal. — The Journal of Business[англ.], 2004.
  19. ↑ Davies p. 38
  20. ↑ David Jewitt. From Kuiper Belt Object to Cometary Nucleus: The Missing Ultrared Matter (англ.) // The The Astronomical Journal : journal. — 2002. — Vol. 123, no. 2. — P. 1039—1049. — doi:10.1086/338692.
  21. ↑ Oort, J. H., The structure of the cloud of comets surrounding the Solar System and a hypothesis concerning its origin, Bull. Astron. Inst. Neth., 11, p. 91-110 (1950) Text at Harvard server (PDF) Архивная копия от 3 июня 2016 на Wayback Machine (англ.)
  22. ↑ Davies p. 39
  23. ↑ JA Fernandez. On the existence of a comet belt beyond Neptune (англ.). Observatorio Astronomico Nacional, Madrid (1980). — Bibcode: 1980MNRAS.192..481F. Дата обращения: 20 июня 2007. Архивировано 25 июля 2011 года.
  24. ↑ M. Duncan, T. Quinn, and S. Tremaine. The origin of short-period comets (англ.). The Astrophysical Journal (1988). Дата обращения: 20 июня 2007. Архивировано 4 июля 2012 года.
  25. ↑ Davies p. 191
  26. ↑ 1 2 Davies p. 50
  27. ↑ Davies p. 51
  28. ↑ Davies pp. 52, 54, 56
  29. ↑ Davies pp. 57, 62
  30. ↑ Davies p. 65
  31. ↑ Марсден, Брайан. 1993 FW. Minor Planet Center (1993). — Bibcode: 1993IAUC.5730....1L. Дата обращения: 28 июля 2015. Архивировано 19 марта 2015 года.
  32. ↑ Davies p. 199
  33. ↑ 1 2 Elkins-Tanton L. T. Uranus, Neptune, Pluto, and the Outer Solar System. — New York: Chelsea House, 2006. — P. 127. — (The Solar System). — ISBN 0-8160-5197-6.
  34. ↑ Elkins-Tanton L. T. Uranus, Neptune, Pluto, and the Outer Solar System. — New York: Chelsea House, 2006. — P. 131. — (The Solar System). — ISBN 0-8160-5197-6.
  35. ↑ Elkins-Tanton L. T. Uranus, Neptune, Pluto, and the Outer Solar System. — New York: Chelsea House, 2006. — P. 126. — (The Solar System). — ISBN 0-8160-5197-6.
  36. ↑ Эрида оказалась не больше Плутона. Дата обращения: 21 декабря 2010. Архивировано из оригинала 13 января 2011 года.
  37. ↑ Возможно, относится к объектам рассеянного диска.
  38. ↑ D. R. Williams. Pluto Fact Sheet. NASA (7 сентября 2006). Дата обращения: 24 марта 2007. Архивировано 20 августа 2011 года.
  39. ↑ 1 2 Плутон и Харон образуют двойную систему.
  40. ↑ 1 2 3 J. Stansberry, W. Grundy, M. Brown, et al. Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope (англ.) // The Solar System beyond Neptune : journal. — University of Arizona Press, 2007. — February.
  41. ↑ B. Sicardy et al. Charon’s size and an upper limit on its atmosphere from a stellar occultation (англ.) // Nature : journal. — 2006. — Vol. 439. — P. 52. Архивировано 3 июня 2016 года.
  42. ↑ 1 2 Wm. Robert Johnston. TNO/Centaur diameters and albedos. Дата обращения: 5 апреля 2008. Архивировано 8 февраля 2012 года.

Литература

править

См. также

править

Ссылки

править
Источник — https://ru.wiki.x.io/w/index.php?title=Пояс_Койпера&oldid=141804902