Пояс кеплера


Пояс Койпера (иногда также называемый пояс Эджворта — Койпера) — область Солнечной системы от орбиты Нептуна (30 а. е. от Солнца) до расстояния около 55 а. е. от Солнца. Хотя 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 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.

С тех пор, как в 1992 году пояс был открыт, число известных ОПК превысило тысячу, и предполагается, что ещё более 70 000 ОПК с диаметром более 100 км пока не обнаружены.


нее 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; 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 объекты пояса Койпера, 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).

История исследования

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, то трудно сказать, кто именно первым выдвинул подобную гипотезу.


Гипотезы

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

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 для того, 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» и что время от времени одно из этих тел «покидает своё окружение и появляется как случайный гость внутренних областей Солнечной системы», становясь кометой.

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


В последующие десятилетия гипотеза принимала много различных форм: например, в 1962 году физик Алистер Кемерон выдвинул гипотезу о существовании «огромной массы мелкого материала на окраине Солнечной системы», 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, по крайней мере, чтобы затронуть орбиты известных комет. Наблюдения, однако, исключили эту гипотезу.

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 пятидесятью годами ранее помогло Клайду Томбо открыть Плутон. В 1992 году был обнаружен другой объект с похожей орбитой — Фол. 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. Поэтому со времён открытия Хирона астрономы предполагали, что популяция кентавров должна пополняться из какого-то внешнего источника.

Новые доказательства в пользу существования пояса Койпера были получены в ходе исследования комет.


вно было известно, что кометы обладают конечным временем жизни. Когда они приближаются к Солнцу, его высокая температура испаряет летучие вещества с их поверхности в открытый космос, постепенно уничтожая их. Поскольку кометы не исчезли задолго до нашего времени, эта популяция небесных тел должна постоянно пополняться. 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. 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, известная как короткопериодические или «периодические» кометы — например, комета Галлея с периодом обращения менее 200 лет. К 1970-м годам темпы открытия новых короткопериодических комет стали все хуже и хуже согласовываться с предположением о том, что они происходят только из облака Оорта. 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 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.
мог бы объяснить наблюдаемое количество комет. 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. Так как слова «Койпер» и «кометный пояс» присутствовали в первом предложении статьи Х. Фернандеса, Тремен назвал эту гипотетическую область космоса «поясом Койпера».

Открытие

В 1987 году астроном Дэвид Джуитт (Массачусетский технологический институт) всерьёз задумался над «кажущейся пустотой внешней Солнечной системы». Пытаясь обнаружить другие объекты за орбитой Плутона, он говорил помогавшей ему аспирантке Джейн Лу: «Если этого не сделаем мы, то не сделает никто». 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. Первоначально проверка каждой пары пластинок занимала до 8 часов, 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.
годня ПЗС-матрицы — основа для большинства астрономических детекторов. В 1988 году Джуитт перешёл в Астрономический институт Гавайского университета. Впоследствии Лу присоединилась к его работе на 2,24-метровом телескопе обсерватории Мауна-Кеа. Позднее поле зрения ПЗС-матриц было увеличено до 1024×1024 пикселя, что ещё более ускорило поиск. После 5 лет поисков, 30 августа 1992 года, Джуитт и Лу объявили об открытии кандидата в объекты пояса Койпера (15760) 1992 QB1. Через шесть месяцев они обнаружили второго кандидата, (181708) 1993 FW.

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.


Название

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». Есть и ещё одно мнение — Дэвид Джуитт сказал по поводу этой проблемы следующее: «Если говорить о чьём-то имени… то Фернандез более всех заслуживает чести считаться человеком, предсказавшим пояс Койпера». 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

На 26 мая 2008 года известно 1077 объектов транснептунового пояса, которые делятся на следующие 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.

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.


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. 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 населения 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 7000 с диаметром более 100 км и как минимум 450 000 тел диаметром более 50 км.

Источник: aboutspacejornal.net

Что такое пояс Койпера?


Пояс Койпера — это область пространства, которая начинается за пределами орбиты планеты Нептун. И если бы этот газовый гигант не образовался, здесь все было бы иначе. Во времена формирования Солнечной системы здесь вполне могла появиться еще одна планета. Однако из-за образования Нептуна исходный материал не смог объединиться. Поэтому он остался поясом разрозненных обломков.

В 1951 году астроном Джерард Койпер предположил, что находящийся за пределами орбиты последнего газового гиганта Солнечной системы — Нептуна материал был слишком удален друг от друга, чтобы образовать планету. Он предположил, что в этой области пространства рождаются объекты, которые мы называем кометами.  Эта идея объясняла, почему за пределами Нептуна нет крупных тел. Такое предположение также давало ответ на еще одну загадку Солнечной системы: откуда берутся кометы? Астрономы предполагали, что они все родом оттуда.

Хотя изначально ученые знали только о существовании Плутона в этом регионе, они считали, что это не единственное тело за орбитой Нептуна. И ожидали открытия других крупных планет в поясе Койпера. Но работа, проводимая в течение десятилетий, ничего не дала.

Однако в 1992 году, после многих лет исследований с помощью мощных телескопов, ученые наконец смогли подтвердить существование в Поясе Койпера относительно крупных объектов. Сегодня мы знаем, что пояс Койпера содержит тысячи тел размерами до 100 километров в поперечнике.
они не будут существовать там вечно. С течением времени столкновения между ними превратят их в пыль. Возможно, за «всего» 100 миллионов лет от пояса Койпера, который мы знаем сегодня, не останется ничего.  Ну, возможно, кроме самых больших карликовых планет.
Плутон — не единственная карликовая планета в этом регионе. Есть и другие: Квавар (Quaoar), Макемаке (Makemake), Хаумея (Haumea), Орк (Orcus) и Эрида (Eris). У некоторых из этих тел даже есть свои собственные луны.

Что такое облако Оорта?

Облако Оорта — это гигантская сфера, диаметр которой поражает воображение. И окончательно не установлен. Хотя очевидно, что он намного больше, чем диаметр пояса Койпера. По оценкам некоторых астрономов, этот регион начинается на расстоянии 2000 а.е. от нашей звезды. И заканчивается на расстоянии около 50 000 а.е. Это почти равно одному световому году. Другие астрономы считают, что его радиус даже превышает 100 000 а.е. Чтобы лучше понимать, о каких расстояниях мы говорим, напомним, что Плутон находится в среднем на расстоянии 40 а.е. от Солнца, Макемаке — 45, а Эрида — 68.

Хотя некоторые из комет в нашей Солнечной системе, как считал Койпер, действительно происходят из пояса, получившего название по его фамилии, современные ученые считают, что большинство из этих ледяных тел родом из далекого Облака Оорта. Считается, что кометы образуются, когда какая-то звезда находится достаточно близко к этой области, чтобы подтолкнуть их своей гравитацией к внутренней части Солнечной системы.

После этого кометы с длинным орбитальным периодом начинают свое бесконечное путешествие к Солнцу. Краткосрочные кометы, с орбитами до 200 лет, прибывают из пояса Койпера. А кометы с большим периодом, чьи орбиты могут длиться тысячи лет, все родом из Облака Оорта.

Кстати в этом правиле, как и во всем в нашей жизни, есть исключения. Вполне возможно, что, читая предыдущий абзац, вы подумали о комете Галлея. И что ее относительно короткий период в 75 лет дает основания полагать, она родом из пояса Койпера. Тем не менее это не так. Считается, что на самом деле она родилась в Облаке Оорта.

Транснептуновые объекты

Все объекты за пределами Нептуна классифицируются как так называемые транснептуновые объекты. Независимо от того, находятся ли они в поясе Койпера или в облаке Оорта. Поскольку Облако расположено намного дальше, чем Пояс, его крайне трудно изучать. И астрономам пока не удалось идентифицировать там объекты с той же степенью детализации, что и в Поясе Койпера. Более того, за исключением комет с длительным периодом, астрономы обнаружили только четыре небесных тела, которые по своим орбитам могли изначально быть родом из тех мест. К сожалению, нет никакой возможности произвести прямые наблюдения этой области пространства в ближайшие годы. И вполне возможно, что пройдут десятилетия, прежде чем мы отправим какой-либо космический аппарат в этот район Солнечной системы.

На Вояджеры надежды тоже нет. Чтобы добраться туда, им потребуется еще 300 лет. И, по оценкам астрономов, потребуется еще 30000, чтобы пролететь облако Оорта насквозь…

Друзья! Если вам понравилась эта статья, ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал! Спасибо!

И заходите на наш сайтЖивой Космос!

Источник: zen.yandex.ru

Углеродистые астероиды класса C, названные так из-за большого процента простейших углеродных соединений в их составе, являются наиболее распространёнными объектами в главном поясе, на них приходится 75 % всех астероидов, особенно большая их концентрация характерна для внешних областей пояса. Эти астероиды имеют слегка красноватый оттенок и очень низкое альбедо (между 0,03 и 0,0938). Поскольку они отражают очень мало солнечного света, их трудно обнаружить. Вполне вероятно, что в поясе астероидов находится ещё немало относительно крупных астероидов, принадлежащих к этому классу, но до сих пор не найденных из-за малой яркости. Зато эти астероиды довольно сильно излучают в инфракрасном диапазоне из-за наличия в их составе воды. В целом их спектры соответствуют спектру вещества, из которого формировалась Солнечная система, за исключением летучих элементов. По составу они очень близки к углеродистым хондритным метеоритам, которые нередко находят на Земле. Крупнейшим представителем этого класса является астероид (10) Гигея.

Вторым по распространённости спектральным классом среди астероидов главного пояса является класс S, который объединяет силикатные астероиды внутренней части пояса, располагающиеся до расстояния 2,5 а. е. от Солнца. Спектральный анализ этих астероидов выявил наличие в их поверхности различных силикатов и некоторых металлов (железо и магний), но практически полное отсутствие каких-либо углеродных соединений. Это указывает на то, что породы за время существования этих астероидов претерпели значительные изменения, возможно, в связи с частичным плавлением и дифференциацией. Они имеют довольно высокое альбедо (между 0,10 и 0,2238) и составляют 17 % от всех астероидов. Астероид (3) Юнона является самым крупным представителем этого класса.

Металлические астероиды класса M, богатые никелем и железом, составляют 10 % от всех астероидов пояса и имеют умеренно большое альбедо (между 0,1 и 0,1838). Они расположены преимущественно в центральных областях пояса на расстоянии 2,7 а. е. от Солнца и могут быть фрагментами металлических ядер крупных планетезималей (небесное тело, образующееся в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска; непрерывно притягивая к себе новый материал и накапливая массу, планетезимали формируют более крупное тело), вроде Цереры, существовавших на заре формирования Солнечной системы и разрушенных при взаимных столкновениях. Однако в случае с металлическими астероидами не всё так просто. В ходе исследований обнаружено несколько тел, вроде астероида (22) Каллиопа, спектр которых близок спектру астероидов класса M, но при этом они имеют крайне низкую для металлических астероидов плотность. Химический состав подобных астероидов на сегодняшний день практически неизвестен, и вполне возможно, что по составу они близки к астероидам класса C или S.

Одной из загадок астероидного пояса являются относительно редкие базальтовые астероиды класса V. До 2001 года считалось, что большинство базальтовых объектов в поясе астероидов являются фрагментами коры Весты (отсюда и название класс V), однако подробное изучение астероида (1459) Магния позволило выявить определённые различия в химическом составе открытых ранее базальтовых астероидов, что предполагает их отдельное происхождение.

Прослеживается довольно чёткая зависимость между составом астероида и его расстоянием от Солнца. Как правило, каменные астероиды, состоящие из безводных силикатов, расположены ближе к Солнцу, чем углеродные глинистые астероиды, в которых часто обнаруживают следы воды, в основном в связанном состоянии, но возможно, и в виде обычного водяного льда. Во внутренних областях пояса влияние солнечной радиации было более значительно, что привело к выдуванию лёгких элементов, в частности, воды, на периферию. В результате вода сконденсировалась на астероидах внешней части пояса, а во внутренних областях, где астероиды прогреваются достаточно хорошо, её практически не осталось.

Источник: fishki.net


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.