Kuiper belt


Дмитрий Вибе,
доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН
«Троицкий вариант — Наука» № 8(302), 21 апреля 2020 года

Недавно исполнилось 90 лет открытию Плутона. Это событие когда-то стало важной вехой в исследованиях периферии Солнечной системы. Плутон долгое время считался рядовой планетой, но в действительности оказался представителем другого племени, которое теперь совокупно именуется транснептуновыми объектами (ТНО), или поясом Койпера. Мы расскажем о необычной истории возникновения этого названия.

Охота на Плутон

Именование «пояс Койпера» вызывает большое количество споров — возможно, не столь публичных и массовых, как споры о планетном статусе Плутона, но не менее оживленных. Проблема состоит в том, что присвоение имени американского астронома Джерарда Койпера группировке ТНО, возглавляемой Плутоном, произошло случайно и, как бы это сказать, не вполне обоснованно; в этом отразилась не столько историческая справедливость, сколько специфика написания научных статей.


О том, что Солнечная система не заканчивается Нептуном, говорилось фактически с самого момента его открытия. Причем поначалу имелись в виду «регулярные» массивные тела на примерно круговых орбитах — планеты, поскольку о наличии в занептуновом мире комет, передвигающихся по сильно вытянутым орбитам, было известно уже давно. Поводов поразмышлять о новых планетах Солнечной системы было как минимум два.

Во-первых, Нептун, открытый в 1846 году в результате попыток решить проблему аномалий в движении Урана, эту проблему не решил: необъясненные странности в движении Урана остались (как тогда казалось), и их логично было объяснить наличием еще одной, пока неизвестной, планеты X.

Во-вторых, указанием на существование планеты X было распределение кометных орбит. Кометы делятся на два класса: долгопериодические и короткопериодические. Формальной границей между ними считается период в 200 лет, однако многие долгопериодические кометы имеют периоды, измеряемые десятками и сотнями тысяч лет, и в афелии (максимально удаленной точке орбиты) уходят от Солнца на десятки и сотни тысяч астрономических единиц (1 а. е. = 150 млн км, среднее расстояние от Солнца до Земли).
nbsp;вот короткопериодические кометы даже в афелии остаются в пределах сотни а. е. от Солнца. Как отмечал в начале XX века американский астроном Персиваль Лоуэлл, многие из них своими афелиями «привязаны» к большим планетам, образуя семейства Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, но при этом есть и кометы с афелиями в занептуновой области, на расстоянии около 50 а. е. от Солнца, там, где известных планет нет.

Перечисленные доводы — аномалии в движении Урана и далекие кометы без привязки к планете — стали для Лоуэлла стимулом к организации поисков планеты X, которые 18 февраля 1930 года увенчались обнаружением Плутона.

Здесь и начинается история «предсказаний» пояса Койпера.

Планета или нет?

Обсерватория Лоуэлла тянула с объявлением об открытии девятой планеты до 13 марта 1930 года, приурочив его к 75-летию со дня рождения Лоуэлла (он не дожил до этого дня больше 13 лет) и к очередной годовщине открытия Урана. Но причиной задержки было вовсе не желание украсить две этих даты. Первооткрыватель Плутона Клайд Томбо обнаружил его изображения на фотопластинках, которые были получены на протяжении всего нескольких ночей в январе 1930 года, и определить внятные параметры орбиты Плутона по такой короткой дуге было невозможно. Директор обсерватории Весто Слайфер опасался вытащить пустышку и тянул с объявлением, ожидая более точных расчетов.


Строго говоря, даже когда обсерватория уже выпустила патетическое заявление об открытии новой планеты Солнечной системы, о Плутоне известно было только то, что он в данный момент находится дальше Нептуна. Затем было найдено несколько ранних изображений Плутона, полученных в том числе и при жизни Лоуэлла в его обсерватории, и параметры орбиты начали уточняться. Некоторые предварительные расчеты давали для Плутона не планетную, а скорее кометную траекторию с огромным эксцентриситетом (порядка 0,9), и это стало поводом для заявлений, что Плутон представляет собой не планету (и уж точно не планету X), а объект некоего нового типа.

В частности, 13 апреля 1930 года Армин Лейшнер из Калифорнийского университета в Беркли написал, что Плутон может быть первым представителем «многочисленных долгопериодических планетных объектов, которые еще предстоит открыть». Ему вторил директор Гарвардской обсерватории Харлоу Шепли: «Предварительная орбита указывает на замечательный новый вид обитателей Солнечной системы, несопоставимый с известными астероидами и кометами и, возможно, более важный для космогонии, чем просто еще одна большая планета за Нептуном» [1]. Чем не предсказания пояса Койпера? Однако следует помнить, что они опирались на ошибочные данные о большом эксцентриситете орбиты Плутона.


К августу 1930 года ситуация с орбитой прояснилась; стало очевидно, что об экстремальных кометных параметрах речи не идет, хотя и на типичную планетную орбиту траектория Плутона не похожа. Обращаясь вокруг Солнца в том же направлении, что и остальные планеты, он движется хотя и не по кометной, но все-таки по вытянутой орбите с эксцентриситетом почти 0,25, притом наклоненной на 17° относительно плоскости орбиты Земли, что существенно больше наклонений орбит других планет.

Ау, группа ультранептуновых тел

Опираясь на эти особенности, в августе 1930 года Фредерик Леонард из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе высказал следующее предположение: «В конечном итоге может оказаться, что Солнечная система состоит из нескольких вложенных друг в друга планетных зон, или семейств. На самом деле уже более ста лет назад астрономы осознали, что в эту систему последовательно входят землеподобные планеты, малые планеты и планеты-гиганты. Не можем ли мы допустить, что Плутон попал в наше поле зрения как первый представитель группы ультранептуновых тел, остальные члены которой еще ожидают открытия?»


Однако шло время, другие «плутоноподобные» объекты обнаружить не удавалось, и Плутон постепенно закрепился в космогонии в ранге обычной планеты. Следующий подход к проблеме транснептуновых тел возник уже в контексте теорий формирования Солнечной системы. Здесь первые обоснованные соображения были высказаны ирландским ученым Кеннетом Эджвортом. В 1938 году он сформулировал их в книге о своей теории формирования Солнечной системы, однако издатели эту книгу отвергли, и далее Эджворт публиковал свои идеи в нескольких статьях начиная с 1943 года.

Он пришел к выводу, что планеты Солнечной системы формировались в результате укрупнения твердых частиц, составлявших протосолнечный диск, и сделал вполне логичное предположение, что облако рассеянного вещества, конденсация которого в конечном итоге привела к формированию Солнечной системы, не было ограничено современной орбитой Плутона. Но твердые сгустки, сформировавшиеся в этой разреженной внешней области, за время существования Солнечной системы не успели слиться в большие планеты, и потому «можно предположить, что внешняя область Солнечной системы за орбитами планет населена очень большим количеством относительно малых тел» [2].

Вереница публикаций о кометном поясе


То ли оттого, что их публикация пришлась на военные и послевоенные годы, то ли из-за общей невысокой актуальности проблемы работы Эджворта особого внимания не привлекли. И здесь на сцене появляется Джерард Койпер, который в конце 1940-х годов также решил обратиться к проблеме формирования Солнечной системы. Он так же как и Эджворт сделал вывод, что после образования больших планет на периферии системы должны были остаться малые тела, так и не ставшие большими планетами. Но Койпер сделал и еще один шаг, совершенно неизбежный, учитывая уровень знаний тех лет: он предположил, что теперь эти тела за орбитой Нептуна отсутствуют, поскольку их выбросил оттуда Плутон, масса которого считалась в то время сопоставимой с массой Земли.

С этими соображениями Койпера связаны две публикационные странности, которые, вероятно, сыграли определяющую роль в дальнейшей истории именования транснептуновой области. Во-первых, Койпер опубликовал их не в научном журнале, а в трудах конференции [3]. Во-вторых, он почему-то не упомянул в этой работе труды Эджворта. Вероятно, Койпер в принципе не придавал этой идее большого значения, так как в дальнейших трудах он к теме транснептуновой области особо не возвращался. «Кометный пояс» (или «кометная зона») сразу за орбитой Нептуна был кратко упомянут в работе Койпера 1974 года [4], опубликованной уже после его смерти, — но опять как отсутствующие сущности.


Позже подобные идеи высказывались и другими учеными. В 1962 году в обзоре, посвященном формированию Солнечной системы, на возможность существования большого количества твердого вещества за орбитой Нептуна мельком указал Элистер Кэмерон [5]. В 1964 году Фред Уиппл выпустил работу, которая так и называлась — «Evidence for a comet belt beyond Neptune» [6]. В ней он высказал мнение, что за орбитой Нептуна на расстоянии 40–50 а. е. от Солнца может существовать устойчивый пояс из кометных ядер массой порядка 10–20 масс Земли. Забавно, что источником этой идеи Уиппл назвал Кэмерона, не упомянув ни Эджворта, ни Койпера.

Идея Уиппла привлекла внимание уругвайского астронома Хулио Фернандеса: занептуновый кометный пояс заинтересовал его в связи с проблемой происхождения короткопериодических комет, которая в 1960–1970-е годы становилась всё острее. До этого времени казалось разумным предполагать, что любые кометы происходят из одной и той же области пространства — так называемого облака Оорта, гипотетического гигантского резервуара кометных ядер поперечником в десятки, а то и сотни тысяч а. е., существование которого постулировал в 1950 году нидерландский астроном Ян Оорт.
nbsp;рамках этого предположения в качестве долгопериодических наблюдаются кометы, впервые прилетающие из облака Оорта в центральную часть Солнечной системы, а короткопериодическими становятся те из них, которые во время своих визитов опасно сближаются с большими планетами Солнечной системы и под их воздействием переходят на более компактные траектории.

Фернандес с помощью теоретического моделирования показал, что процесс захвата долгопериодических комет планетами-гигантами крайне неэффективен: на одну захваченную комету приходится настолько большое количество комет, которые выбрасываются в межзвездное пространство, что за время существования Солнечной системы этот процесс должен был бы полностью исчерпать облако Оорта. Вторая проблема связана с тем, что орбиты долго- и короткопериодических комет по-разному расположены в пространстве. Распределение орбит долгопериодических комет примерно сферически-симметрично, тогда как большая часть короткопериодических комет обращается вокруг Солнца в ту же сторону, что и планеты, и по орбитам, незначительно наклоненным к плоскости эклиптики. Обе проблемы решаются, если предположить, что источником короткопериодических комет является не облако Оорта, а другой кометный резервуар — уплощенный пояс кометных ядер за орбитой Нептуна.


В 1980 году Фернандес опубликовал статью о связи этого пояса с короткопериодическими кометами [7], указав в ней, что предположение о существовании этого пояса было высказано в работе Койпера 1951 года. Позже он сам винил себя за то, что проглядел работы Эджворта и сослался не на них, а на Койпера, который на самом деле утверждал, что кометного пояса не существует. Узнать о статьях Эджворта из работы Койпера, как мы помним, Фернандес не мог.

Финальным аккордом стала статья Дункана, Куинна и Тримейна 1988 года, также посвященная происхождению короткопериодических комет. В ней они написали следующее: «Ряд авторов (например, Койпер 1951, Фернандес 1980) указали, что, если твердое вещество в области внешних планет распределено в форме диска и если проэкстраполировать вовне распределение его поверхностной плотности, мы можем ожидать, что масса вещества между 35 и 50 а. е. составляет как минимум несколько масс Земли и, вероятно, еще больше за 50 а. е. Это вещество представляет собой многообещающий источник короткопериодических комет» [8]. Но Койпер на это не указывал, он писал прямо противоположное! Возможно, Дункан с соавторами, доверившись Фернандесу, просто не стали искать в библиотеке труды конференции 1951 года (да такие издания и не во всякой библиотеке могут быть). В своей статье они, по-видимому, первыми использовали короткое словосочетание «пояс Койпера», которое после этого «пошло в народ».

Реальный пояс Койпера: так кто же прав?


Наиболее пострадавшей стороной в этой истории выглядит Эджворт, и потому время от времени предпринимаются попытки переименовать пояс Койпера в пояс Эджворта — Койпера или даже просто в пояс Эджворта, но попытки эти безуспешны. Отчасти это, наверное, связано с тем, что, как показывают современные исследования ТНО, реальный пояс Койпера не соответствует ни одному из описанных выше предсказаний.

Он имеет сложную структуру, в которую входят объекты на почти круговых орбитах с небольшими наклонениями (классический пояс Койпера); объекты на сильно вытянутых орбитах (рассеянный диск); объекты, находящиеся в различных резонансах с Нептуном (именно в эту группу входит Плутон); объекты, которые вообще непонятно что делают в Солнечной системе (седноиды*)…

Возможно, что классический пояс Койпера является остатком формировавшейся Солнечной системы (прав Эджворт?), но есть и модели, в которых исходное вещество протосолнечной системы разбрасывается планетами-гигантами, а область современного классического пояса заселяется объектами позже (прав Койпер?). Наличие рассеянного диска показывает, что в транснептуновой области действительно есть объекты на орбитах с большими эксцентриситетами (правы Лейшнер и Леонард?). Причем источником короткопериодических комет может быть именно рассеянный диск, а не классический пояс Койпера (неправы все?).

Что с этим делать? Конечно, существует так называемый закон Стиглера, согласно которому никакое научное открытие не носит имени того, кто его сделал. Например, идею об облаке Оорта существенно раньше Оорта высказал Эрнст Эпик, но Оорт, по крайней мере, писал о том же объекте. Койпер же, положа руку на сердце, пояса, названного в его честь, вообще не предсказывал. Тем не менее, название остается, споры о нем остаются, и история эта, вероятно, будет тянуться еще долго. Ее «виновник» Хулио Фернадес предлагает вообще отказаться от имени собственного, оставив более общее и потому более корректное обозначение — «транснептуновые объекты». В конце концов, пишет он, мы же не испытываем тяги называть Главный пояс астероидов поясом Пиацци в честь первооткрывателя Цереры.

Литература
1. Distant Eko’s. The Kuiper Belt Electronic Newsletter. 2000, 10.
2. Edgeworth K. E. The evolution of our planetary system // Journal of the British Astronomical Association. 1943. Vol. 53, p. 181–188.
3. Kuiper G. P. On the Origin of the Solar System // Proceedings of a topical symposium, commemorating the 50th anniversary of the Yerkes Observatory and half a century of progress in astrophysics, New York: McGraw-Hill, 1951, edited by Hynek, J. A., p. 357.
4. Kuiper G. P. On the Origin of the Solar System. I // Celestial Mechanics. 1974. Volume 9, Issue 3, pp. 321–348.
5. Cameron A. G. W. The formation of the sun and planets // Icarus, Volume 1, Issue 1, p. 13–69.
6. Whipple Fred L. Evidence for a Comet Belt Beyond Neptune // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1964, Volume 51, Issue 5, pp. 711–718.
7. Fernandez J. A. On the existence of a comet belt beyond Neptune // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1980, vol. 192, p. 481–491.
8. Duncan M., Quinn T., Tremaine S. The Origin of Short-Period Comets // Astrophysical Journal Letters, 1988, v. 328, p. L69.


* Седноид (sednoid) — транснептуновый объект с перигелийным расстоянием более 50 а. е. и большой полуосью более 150 а. е. Известно три подобных объекта. Один из них назван «Седна» в честь эскимосской богини тюленей, моржей и других морских животных: она повелевает царством мертвых. Также в честь нее названа равнина на Венере. — Ред.

Источник: elementy.ru

Определение пояса Койпера

Пояс Койпера — это кольцевидная область ледяных тел за орбитой Нептуна. Как и пояс астероидов, он содержит миллионы маленьких тел, все остатки от формирования Солнечной системы.

Эти ледяные объекты также называют транс-нептунскими объектами (ТНО) или объектами пояса Койпера.

Не путайте пояс Койпера с Облаком Оорта, которое представляет собой более отдаленную область кометоподобных тел, которая окружает пояс Койпера и Солнечную систему.

Расположение и состав

Пояс Койпера простирается от орбиты Нептуна (около 30 астрономических единиц [АЕ]; 4,5 млрд. км) до приблизительно 50 АЕ (7,5 млрд. км) от Солнца.

Kuiper belt

Он в 20 раз шире и в 20-200 раз массивнее пояса астероидов, который расположен между орбитами Марса и Юпитера.

Пояс Койпера является домом для многих карликовых планет, включая Плутон, Эрис, Хаумеа и Макемаке. Большинство объекты в поясе Койпера сделаны из ледяных летучих веществ, таких как вода, аммиак и метан.

Несмотря на то, что он содержит сотни тысяч лун, некоторые исследования предполагают, что в регионе могли возникнуть такие крупные спутники, как Феба Сатурна и Тритон Нептуна.

Как он был создан?

Хотя происхождение Пояса Койпера и его сложная структура не вполне понятны, ученые полагают, что он содержит остатки, оставшиеся от начала Солнечной системы.

Если бы Нептуна там не было, ледяные объекты в этом регионе могли бы собраться вместе и сформировать планету. Однако гравитационное притяжение Нептуна настолько взбудоражило эту область космоса, что эти ледяные объекты не смогли бы слиться в одну планету.

Согласно модели Ниццы, которая представляет сценарий динамического развития Солнечной системы, пояс Койпера мог сформироваться ближе к нашему Солнцу, чем его нынешнее местоположение. Уран и Нептун участвовали в сложном танце, меняя позиции и перемещаясь наружу в Солнечной системе.

Поскольку обе планеты отошли от Солнца, их гравитационное притяжение могло унести с собой большинство ледяных объектов (в поясе Койпера). Таким образом, многие из этих маленьких ледяных объектов были перенесены из своих первоначальных мест в более холодную область Солнечной системы.

Кто открыл пояс Койпера?

Он назван в честь голландского астронома Джерарда Койпера, хотя он и не предполагал его существования. Однако его исследования были хорошо известны среди исследователей, так что общая идея пояса Койпера стала приписываться ему.

В 1943 году независимый астроном-теоретик Кеннет Эджворт опубликовал статью, в которой высказал гипотезу, что материалы за пределами орбиты Нептуна слишком широко рассеяны, чтобы конденсироваться в планеты.

Вместо этого эти материалы конденсируются в несколько меньших тел во внешней области Солнечной системы. Время от времени некоторые из этих тел уходят из своего региона и появляются как случайные посетители внутренней Солнечной системы, которую мы называем кометами.

Благодаря невероятной работе Эджворта, ученые иногда используют альтернативное название «Пояс Эджворта-Койпера», чтобы приписать ему заслуги.

В 1992 году астроном Дэвид Джевитт и его ученица Джейн Луу обнаружили кандидата в КВО 1992 года QB1. Это была первый объект в поясе Койпера, обнаруженная после Плутона и Харона. Почти полгода спустя, они обнаружили второй объект (181708) 1993 FW.

Kuiper belt

К настоящему времени астрономами открыто более 2000 объектов в поясе Койпера, и считается, что в регионе существует более 100 000 крупных объектов на расстоянии более 100 км.

7 интересных фактов о поясе Койпера

1. У многих объектов в поясе Койпера есть спутники

Большое количество объектов Пояса Койпера либо имеют Луны, либо являются двойными объектами. Спутники — это существенно меньшие тела, вращающиеся вокруг больших объектов. Объект в этом регионе может иметь более одной луны. Квавар, Хаумеа, Эрис и Плутон — это все объекты Пояса Койпера, имеющие Луны.

Двойные объекты, с другой стороны, это пары объектов, которые относительно похожи по массе или размеру. Они вращаются вокруг общего центра масс, который лежит между ними

2. Они гораздо менее массивны, чем Земля.

Несмотря на огромную протяженность пояса Койпера, его общая масса составляет менее 2% от массы Земли.

Это противоречит стандартным моделям, которые указывают, что пояс Койпера должен в 30 раз превышать массу Земли. Тайна 99% недостающей массы остается нерешенной.

Однако некоторые исследователи предполагают, что объекты в поясе Койпера из-за большого количества столкновений постепенно разрушают друг друга в пыль. Таким образом, пояс Койпера, вероятно, исчезнет в далеком будущем.

3. Это источник комет

Пояс Койпера — один из регионов, откуда берутся кометы. Когда объекты в поясе Койпера сталкиваются, они создают меньшие части, которые могут быть ускорены гравитацией Нептуна на орбиты, которые направляют их к Солнцу.

Гравитационное притяжение Юпитера затем загоняет эти кусочки в короткие петли, продолжающиеся два десятилетия или меньше. Эти части известны как кометы семейства Юпитера.

Хотя большинство из них в конечном итоге становятся бездействующими, астрономы обнаружили некоторые околоземные астероиды, которые напоминают сгоревшие кометы. Наблюдения показывают, что эти кометы начались бы в Поясе Койпера или Облаке Оорта.

4. Более 6 десятилетий астрономы не осознавали, что обнаружили пояс Койпера

Первый объект в поясе Койпера — Плутон — был открыт в 1930 году. В то время исследователи не имели представления о распределении небесных тел во внешней области Солнечной системы. Несмотря на странно наклоненную орбиту Плутона, исследователи считали его одинокой планетой.

С открытием второго объекта в поясе Койпера в 1992 году исследователи поняли, что Плутон не одинок: в этом регионе миллионы маленьких ледяных объектов, вращающихся вокруг Солнца.

5. Пять крупнейших объектов в поясе Койпера

Kuiper belt Учитывая их радиус, пять самых больших объектов пояса Койпера

  • Плутон (1188 км) : самая большая из известных ледяных карликовых планет.
  • Эрида (1163 км) : самая массивная и вторая по величине известная карликовая планета в нашей Солнечной системе.
  • Хаумеа (780 км): самая быстро вращающаяся карликовая планета с кольцом вокруг нее.
  • Макемаке (715 км) : вероятно, карликовая планета со своим спутником, S / 2015 (136472) 1.
  • Квавар (555 км) : возможная карликовая планета с предполагаемой плотностью 2,2 г / см 3.

6. Первый рукотворный объект, входящий в пояс Койпера.

В 1983 году «Пионер 10» стал первым космическим кораблем, вышедшим в космос за пределы орбиты Нептуна. Поскольку в то время Койперский пояс не был обнаружен, космический зонд не изучал ледяной мир в этом регионе.

Зонд «Новые горизонты» НАСА стал первым межпланетным космическим зондом, который был запущен (в 2006 году) с целью пролета и изучения одного или нескольких объектов в поясе Койпера в последующее десятилетие.

В июле 2015 года космический аппарат пролетел над Плутоном и его лунами, собирая данные об атмосфере, и поверхностях. В 2019 году он совершил ближний полет на объекте под названием 486958 Аррокот в районе Койперского пояса.

7. Гипотетическая планета может объяснить некоторые объекты пояса Койпера

В 2015 году исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили математические доказательства, предполагающие, что «Планета X» может скрываться далеко за Плутоном. Она еще не наблюдалась, но расчеты показывают, что она там есть.

Гравитационное притяжение этой неизведанной планеты могло бы объяснить уникальные орбиты, по крайней мере, пяти небольших ледяных объектов в поясе Койпера. Если бы они были обнаружены, это переосмыслило бы наше понимание эволюции Солнечной системы.

Источник: new-science.ru

Что из себя представляет пояс

Пояс Койпера — ледяной мир на окраине Солнечной системы. Это пространство, состоящее из малых объектов. Многие из них меньше нашей подружки — Луны. Пояс расширяется за орбитой Нептуна и выглядит, как пончик: толстенький и круглый.

Учёные считают Пояс Койпера родным домом комет. Там рождаются короткопериодические кометы. Они проходят по орбите менее, чем за 200 лет.

Количество жителей ледяного семейства неизвестно. Предполагаются сотни тысяч объектов и триллион комет. На данный момент подтверждено существование 1300.

Карликовые планеты, принадлежащие Поясу Койпера, обладают тоненькими атмосферами, которые разрушаются, по мере отдаления планеты от Солнца. У некоторых из них есть крошечные спутницы — луны. Особенные из них, больше Плутона. Из-за этого факта Плутон лишили статуса планеты. Совершенно понятно, что в ледяном мире жизни быть не может.

В 2015 году учёные надеются узнать много нового о поясе Койпера от космической миссии «Новые горизонты», которая приближается к Плутону.

Его открыли, потому что очень этого хотели

Астрономы только предполагали наличие объектов за Плутоном. Споры велись весь двадцатый век. В 1943 г. Кеннет Эджворт выдвинул гипотезу, что кометы, посещающие Солнечную систему, это небесные тела, проживающие за её внешней границей. По неизвестным причинам они покидают привычные места и путешествуют ближе к Солнцу. Своё имя Пояс Койпера получил от Джерарда Койпера. Астроном говорил о возможности наличия диска из множества ледяных тел, но считал влияние Плутона достаточно сильным. Предполагал, что Плутон рассеял тела к далёкому облаку Оорта.

По мере того, как учёные обнаруживали на орбитах Урана, Сатурна, Нептуна ледяные планетоиды, гипотеза об огромном скоплении таких тел крепла и ждала своего подтверждения. Доказательство нашли Девид Джуит и Джейн Лу. Пять лет фотографировали и изучали кажущуюся пустоту. В августе 1992 года они увидели первый объект пояса Койпера, затем, через шесть месяцев, второй объект. Сейчас, в ходе исследования известных тел, продолжают открывать всё новые и новые объекты.

Жители Пояса Койпера

Астрономы называют тела в этой области — объект пояса Койпера, сокращённо ОПК. Исследования ОПК основываются на параметрах отражающей поверхности. Так определяют размер. По составу ОПК содержат, в замороженном состоянии, углекислый лёд, азот, метан, аммиак, метанол, возможно воду. Точное количество обитателей пояса неизвестно. При открытии нового объекта, учёные классифицируют его, как планету или астероид. На это уходят годы, потому что видимость ограничена, сведения минимальны и чаще, приходится основываться на предположениях.

Хаумеа

Наиболее необычным ОПК является Хаумеа. Предполагают, что она образовалась от сильнейшего удара в результате столкновения. Сейчас Хаумеа и её две маленькие луны, Хииака и Намака, кружатся с поразительной скоростью — один оборот вокруг оси за четыре часа. За счёт такого стремительного вращения Хаумеа похожа на мяч для регби.

Седна

Планета Седна названа в честь ледяной эскимоской богини. Период её вращения 10500 лет. Она отдаляется от Солнца в самую холодную область системы. Седну не всегда причисляют к ОПК, потому что она путешествует значительно дальше, но открыта благодаря изучению Пояса Койпера.

Эрида

Карликовая планета Эрида меньше Плутона на 10%. Она совершает оборот вокруг Солнца за 560 лет. Имеет спутницу — луну Дисномию.

Плутон

Плутон самый известный ОПК. Долгое время его считали ледяным изгнанником на окраине системы. Сейчас, он член многочисленного семейства карликовых планет. Им дали название «плутинос», за наличие схожих характеристик.

Харон

Харон ближайший спутник Плутона. Они настолько влияют друг на друга, что учёные дали им определение «двойной планеты». Атмосферы планет связаны между собой. Однако, они отличаются по своему составу. Харон покрыт водяным льдом, а Плутон — азотным.

Квавар

Квавар один из крупнейших объектов. Его диаметр около 1300 км. Планета состоит из камня и водяного льда.

На её поверхности 220 гр. мороза. Имеет спутник — Вейвот, 100 км в диаметре.

Макемаке

Макемаке совершает свой круг вокруг Солнца за 306 лет. Поверхность покрыта метановым снегом и льдом. Имеет временную атмосферу из азота, которую уносит планетарный ветер при удалении от Солнца.

Для учёных-астрономов Пояс Койпера — это неисчерпаемый источник сюрпризов. Они открывают, сравнивают, спорят и определяют всё новые планеты и астероиды. Для изучения используется самая современная техника. Эта область Солнечной системы ещё не раз удивит впечатляющими открытиями.
Kuiper belt

Источник: SpaceGid.com

Key Facts & Summary

  • The Kuiper Belt is very similar to the asteroid belt. However, it is 20 times as wide, and up to 20 to 100 times as massive.
  • Both the Kuiper Belt and the asteroid belt originate from the leftovers from when the solar system formed.
  • There are hundreds of thousands of Kuiper Belt objects – KBO’s – and some of them are at least 60 mi / 100 km wide, or even larger.
  • These objects consist primarily of frozen volatiles such as methane, ammonia, and water. There are also three recognized dwarf planets situated in the Kuiper Belt.
  • It is one of the largest structures in our solar system, the other being the Oort Cloud, heliosphere, and the magnetosphere of Jupiter.
  • The inner edge of the Kuiper Belt begins at the orbit of Neptune at 30 AU from the Sun, while the inner main region extends to 50 AU and overall goes up to 55 AU or more.
  • Overlapping the outer edge of the Kuiper Belt is a second region called the scattered disk, which continues outward to about 1.000 AU.
  • Both the Oort Cloud and the Kuiper Belt are thought to be the main sources of comets.
  • Many KBo’s experience collisions among themselves, and thus their orbits are affected. Neptune’s gravity also plays a key role in this.
  • According to the Nice Model, the four gas giants may have contributed towards diminishing the original mass of the Kuiper Belt.
  • The total mass of the Kuiper Belt is speculated to be less than 2%, of Earth.
  • The first spacecraft to enter the Kuiper Belt region was NASA’s Pioneer 10 spacecraft in 1983. The first to actually visit a Kuiper Belt object was NASA’s New Horizons spacecraft in 2015.
  • Around 15% to 20% of solar-type stars have massive Kuiper-Belt-like structures, possibly even more. Observations continue.
  • Many short-period comets that have orbits of around 200 years originate from the Kuiper Belt.

Pluto was the first Kuiper Belt object to be discovered. This happened in 1930. Its discovery led astronomers to pounder the existence of Trans-Neptunian objects. The first astronomer to suggest this was Frederick Leonard who began suggesting that objects beyond Pluto exist and await to be discovered.

Kuiper belt

In 1943, Kenneth Edgeworth expounded upon the subject and suggested comets and larger bodies might exist beyond Neptune. Later, in 1951, Dutch astronomer Gerard Kuiper, who published a scientific paper, speculated about objects beyond Pluto. The region now called the Kuiper belt was hypothesized in various forms for decades. However, Gerard Kuiper is not responsible for its discovery. Because his ideas at the time were popular, the general idea of the belt became attributed to him. Much later, more evidence for the existence of the Kuiper belt emerged from the study of comets. 

In order for comets to continue to be visible over the age of the Solar System, these objects must be replenished frequently. One such area of replenishment is the Oort cloud. However, only long-period comets come from there, and with the increasing discovery of many other short-period comets, this hypothesis was dismissed.

Kuiper belt

In 1980, Uruguayan astronomer Julio Fernández dismissed the Oort Cloud as a reservoir of short-period comets. He speculated that a comet belt that lay between 35 and 50 AU would be required to account for the observed number of comets. He published his work in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society paper. Following his work, a Canadian team of astronomers ran simulations to further check if comets could have arrived from the Oort Cloud.

They deduce the fact that the Oort Cloud could not account for all the short-period comets. Their simulations matched the observations of Fernández, and later, because the words “Kuiper” and “comet belt” appeared in the opening sentence of Fernández’s paper, the Canadian team named this hypothetical region the “Kuiper belt.”

In 1987, astronomer David Jewitt and then-graduate student Jane Luu used the telescopes at the Kitt Peak National Observatory in Arizona, and the Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile, to search the outer Solar System. 

After five years of searching, on August 30th, 1992, Jewitt and Luu announced the “Discovery of the candidate Kuiper belt object” – Albion, a minor planet. Later, they discovered the second object in the region, (181708) 1993 FW – a possible dwarf planet. Many other objects were later discovered, and thus the existence of the Kuiper Belt was proven.

Kuiper belt

While Kuiper remains the official naming of the belt, astronomers sometimes use the alternative name Edgeworth-Kuiper belt, to credit Edgeworth for his earlier theoretical work. 

However, many astronomers have gone so far as to claim that neither of these names is correct. Because of the controversy associated with its name, the term trans-Neptunian object – TNO – is recommended for objects in the belt by several scientific groups. Though, this is considered insufficient by others, since it can basically mean any object beyond the orbit of Neptune.

Formation

The origins of the Kuiper Belt and its complex structure are still unclear. The belt is thought to consist of planetesimals, fragments from the original protoplanetary disc that failed to fully coalesce into planets.

They instead formed smaller bodies, the largest having a diameter of 2,376 km / 1.476 mi. Simulations suggest that the orbits of Jupiter and Neptune strongly influenced the belt. These planets along with Uranus may have formed closer to the Sun and then migrated thus scattering the planetesimals early in the Solar System’s history.

Kuiper belt

The most popular model that explains/presents the formation of the Kuiper Belt is the Nice model. This model positions the formation of the Kuiper Belt much closer to the Sun, where Neptune now orbits. As Neptune and Uranus migrated from the Sun, their gravity pushed the smaller objects farther away from the Sun. 

Their orbits remain stable, often pushed back by Neptune if they get too close. Some perturbations are often credited to a hypothetical Planet X that yet remains to be either proven or disproven.

Location

The Kuiper Belt is enormous. The inner edge of the Kuiper Belt begins at the orbit of Neptune at 30 AU from the Sun, while the inner main region extends to 50 AU and overall goes up to 55 AU or more.

Kuiper belt

The densest section of the Kuiper Belt is between 42 and 48 AU from the Sun. It is named the classical Kuiper Belt.

Structure & Composition

The belt is quite thick, the main concentration extending as much as 10 degrees outside the ecliptic plane. Some diffuse distribution of objects extends several times farther. Neptune, due to orbital resonances, has a profound effect on the Kuiper Belt’s structure.

Its gravity destabilizes the orbits of any objects in certain regions, either sending them in the inner Solar System or out into the scattered disc or interstellar space.

Because of this, the Kuiper Belts has some pronounced gaps similar to the Kirkwood Gaps in the asteroid belt. In the region between 40 to 42 AU, objects cannot retain a stable orbit.

Kuiper belt

In 2:3 and 1:2 resonances with Neptune – at about 42 – 48 AU – gravitational interactions occur over an extended timescale. Many objects have their orbits unaltered. This is the classical Kuiper Belt section. The prototype for this group is considered Albion, the first modern KBO to be discovered.

This group, the classical belt, appears to be composed out of two separate populations:

1. Dynamically cold population – They have orbits similar to those of the planets, nearly circular, with an orbital eccentricity of less than 0.1, and low inclinations up to about 10 degrees. This population also contains objects named kernel, which have semi-major axes at 44 AU – 44.5 AU.

2. Dynamically hot population – They have orbits much more inclined to the ecliptic, by up to 30 degrees. Their temperature is much higher, velocity, and the largest KBO’s are part of this population such as Pluto.

Kuiper belt

The general temperature of the belt is around 50 degrees, Kelvin. These objects consist primarily of frozen volatiles such as methane, ammonia and water. When it comes to the dwarf planet, their composition differs, being more complex and enriched. Makemake has a number of hydrocarbons, Pluto and Quaoar have surfaces rich in volatile compounds such as methane, nitrogen, and carbon monoxide.

Generally, KBOs vary in color, albedo and it is speculated that the “hot population” formed closer to the Sun, while the cold population farther.

Size and Mass

Generally, the mass of the dynamically cold population is around 30 times less than the mass of the dynamically hot population. Despite its vast extent, the mass of the hot population is estimated to about 1% that of Earth. The cold population, on the other hand, is much smaller with only 0.03% the mass of Earth.

Kuiper belt

The smallest KBO detected is just 980 m across while the biggest is Pluto, with a diameter of 2,376 km / 1.476 mi. There are hundreds of thousands of Kuiper Belt objects, and most of them are at least 60 mi / 100 km wide. Since it is so vast, we haven’t yet reached the final conclusion on its overall size and mass. Some estimates revealed the presence of millions of KBOs, and other data suggest the Kuiper Belt extends beyond 55 AU.

Largest KBOs

As observations continue, more and more large KBOs are discovered. The biggest KBOs are usually categorized as dwarf planets with the largest of them is Pluto

Kuiper belt

Six of the biggest KBOs that have been discovered are:

  1. Eris – 2.326 km / 1.445 mi 
  2. Pluto – 2,376 km / 1.476 mi
  3. Makemake – 1,430 km / 888 mi
  4. Haumea – 1,632 km / 1.014 mi
  5. Quaoar – 1,110 km / 689 mi
  6. 2007 OR10 – 1,230 km / 760 mi

These KBOs have smaller diameters than our Moon. Certain celestial objects such as Neptune’s moon Triton is believed to be a captured KBO object. Triton is only 14% bigger than Pluto and has a similar surface composition. It is still smaller than our moon.

Scattered Objects – Scattered Disc

The scattered disc region overlaps the Kuiper Belt extending beyond 100 AU. It is a sparsely populated region with the largest SDO discovered being Eris which is often considered a KBO.

Models suggest that the Kuiper Belt and the scattered disc formed in a primordial belt. Due to gravitational interactions, mostly with Neptune, the objects were sent outward. Some objects had stable orbits –KBOs- and some had unstable orbits SDOs.

The unstable nature of SDOs is responsible for many short-period comets. They are forced into the inner solar system, first becoming centaurs, and then short-period comets.

Kuiper belt

There are still debates regarding the clear definition of the Kuiper Belt, many issues remain unsolved for the time being.

Extrasolar Kuiper Belts

Around 2006, many Kuiper Belt-like structures were discovered around nine stars. They appear to fall into two categories:

  1. Wide belts – with radii over 50 AU
  2. Narrow belts – with radii between 20 to 30 AU – similar to our own.
Kuiper belt

Among these stars, around 15 to 20% of solar-type stars have an observed infrared excess that is suggestive of massive Kuiper-belt-like structures. Most known debris discs around other stars are fairly young, but the two pictured above are well over 300 million years old.

Future

Objects in the Kuiper Belt either collide with one another or have a small chance to unite and become bigger objects. Some astronomers believe that the KBOs, due to increased collisions, grind each other slowly into dust, thus the Kuiper Belt may disappear in the far future. 

Much of the Kuiper Belt remains unexplored, but due to its relative closeness to us, it is and will continue to be greatly studied especially since it could offer us some important answers regarding the formation of our Solar System. Observing other extrasolar Kuiper Belt-like objects also contributes to this.

Did you know?

  1. Many of the dwarf planets situated in the Kuiper Belt have moons of their own.
  2. One dwarf planet, in particular, is believed to have its own ring system, that planet is Haumea.
  3. Some statistics suggest that there could be over 1 trillion comet nuclei in the main body of the Kuiper Belt.
  4. Standard models suggest that the Kuiper Belt should have 30 times the mass of Earth, as such, around 99% of its mass is missing. The issue of the missing mass remains unresolved.
  5. The exact origin of the Kuiper Belt mostly remains unknown.
  6. Due to low temperatures, and obviously many other factors, life shouldn’t be able to manifest itself.
  7. Many times, astronomers invite the general public to name newly discovered celestial objects. This is true in the case of the Kuiper Belt as well.
  8. Currently, the last KBO to have been visited by a spacecraft is Arrokoth in early 2019. 

The hunt for the hypothetical Planet X, nicknamed Planet 9, is still on-going.

Sources:

  • Wikipedia
  • NASA

Источник: nineplanets.org


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.