На початку року міжпланетна станція «Нові горизонти» сфотографувала астероїд в поясі Койпера — області скупчення невеликих небесних тіл, яка знаходиться дуже далеко від Землі, за орбітою Плутона. Вважається, що пояс Койпера сформувався з того, що залишилось після утворення планет Сонячної системи. За останніми розрахунками, в Сонячній системі був ще один крижаний гігант начебто Нептуна, і не виключено, що він як і раніше обертається навколо Сонця.
Де ховається протовещество
У середині XX століття астрономи висунули гіпотезу: десь за орбітою Нептуна знаходиться резервуар особливих космічних тіл — планетоземалей. Це згустки пилу, каменів, льоду з протопланетного хмари. Їх вважають зародками планет.
У 1992 році гіпотеза підтвердилася: відкрили карликові тіла далі орбіти Нептуна, на відстані 30-55 астрономічних одиниць. В честь голландсько-американського астронома Джерарда Койпера цю область назвали поясом Койпера.
Мешканці поясу Койпера
Зараз астрономам відомі приблизно дві тисячі об’єктів в цій галузі Сонячної системи. Передбачається, що там близько ста тисяч тіл з радіусом більше ста кілометрів. Одні рухаються по майже кругових орбітах, інші — з сильно витягнутим, з великою піввіссю в сотні астрономічних одиниць. Ймовірно, що сильно спотворило їх траєкторії, тому вчені говорять про «гарячої» популяції в противагу «холодної», з невозмущенными орбітами.
В «холодній» популяції більшість об’єктів здвоєні — наприклад астероїд Ультіма Туле, з яким у січні цього року зближувався апарат «Нові горизонти». Небесне тіло виглядає єдиним, але насправді це два невеликих об’єкта однакового кольору і, ймовірно, складу.
Найбільш детальна фотографія Ультіма Туле, отримана з відстані в 6,6 тисячі километровЕсть категорія тіл, чиї орбіти знаходяться в резонансі з орбітою Нептуна. Тобто співвідношення періодів обертання навколо Сонця кратно цілим числам, скажімо, 2:3 або 3:1. Такі об’єкти час від часу зближуються і впливають один на одного за допомогою сил тяжіння, як Земля і Місяць.
Особливий тип — троянські астероїди. Це невеликі кам’яно-крижані тіла на орбіті планети, але рухаються в резонансі з нею: попереду або позаду в точках Лагранжа, де гравітаційні впливи Сонця і планети врівноважуються. Такі є в Юпітера. Як з’ясувалося, троянцями має і Нептун. Вважається, що ці астероїди були захоплені і принесені в пояс Койпера ззовні.
Дуже цікавий так званий розсіяний диск. Це залишки планетоземалей, які подорожують з моменту початку формування Сонячної системи. Вони так і не отримали стаціонарну орбіту, хоча деякі тимчасово потрапили в резонанс з Нептуном і затрималися в поясі Койпера.
Серед них виділяють викопний розсіяний диск — тіла на орбіті з великою піввіссю близько 500 астрономічних одиниць (наприклад, карликова планета Седна). З-за дуже витягнутих орбіт, але в перигелиях всього 35-40 астрономічних одиниць ці об’єкти не схильні до впливу Нептуна. Їх дуже складно спостерігати, і вчені вважають, що «копалин» може бути багато, на них припадає основна маса поясу Койпера.
Скільки там речовини
Пояс Койпера розташований далі орбіти Нептуна. Йому належать близько двох тисяч тіл, включаючи 31 карликову планету. Як вирахували в Інституті прикладної астрономії РАН (Санкт-Петербург), маса поясу Койпера — на два порядки менше двох мас Землі.
«Загальна маса всіх об’єктів, а там є великі тіла типу Плутона, приблизно в п’ятдесят разів більше загальної маси поясу астероїдів. Це дає підстави для припущень про походження Сонячної системи. Одні вважають, що за орбітою Нептуна спочатку було більше речовини. За іншими уявленнями, планети-гіганти подорожували по Сонячній системі, наближалися до Сонця, потім відходили подалі», — розповідає РИА Новости співавтор роботи Олена Питна, завідуюча лабораторією эфемеридної астрономії.
Масу поясу Койпера необхідно враховувати при розрахунку руху планет і космічних апаратів.
«Вплив поясу Койпера досить велика. З-за нього орбіти близьких планет зміщуються за десять років на кілька кілометрів», — уточнює Питна.
У Росії немає можливості спостерігати за об’єктами поясу Койпера. Єдиний телескоп з шестиметровим дзеркалом, здатний на це, БТА на Кавказі, працює головним чином на астрофізику. Астрометрией ж, тобто визначення положення об’єктів на небі, займалися в Пулковської обсерваторії. Але її доля тепер під питанням.
Стрибки гіганта
У недавньому огляді учені з Франції і США описують історію поясу Койпера за допомогою моделі Ніцци, розробленої в 2005 році. Згідно їй, Сонячна система була більш компактною, планети оберталися навколо зірки по кругових орбітах і розташовувалися ближче один до одного, ніж зараз.
Потім, після видалення газу із системи, вся «конструкція» прийшла в рух, планети міняли орбіти, розкидаючи і розсіюючи протопланетное речовина. Все, що залишилося позаду Нептуна, а також захоплені об’єкти типу троянських астероїдів і нестабільних супутників утворили пояс Койпера. Певно, звідти частина комет була викинута планетами-гігантами ще далі — в хмару Оорта. Так називають гіпотетичну зону на самій околиці Сонячної системи, на відстані десять тисяч астрономічних одиниць.
На думку авторів огляду, модель Ніцци узгоджується з багатьма спостережуваними фактами і дозволяє зробити ряд припущень, які вже підтвердилися експериментально або проверяемы. Але є і розбіжності.
Вчені розробили власну версію моделі Ніцци — NM12 (абревіатура імен авторів і рік). Вона найефективніше, якщо прийняти, що в Сонячній системі було п’ять або більше планет-гігантів, а потім залишилося чотири.
Сценарій приблизно такий. Чотири мільярди років тому з газопилової хмари почала формуватися Сонячна система. Через шість мільйонів років планет стало тісно і вони почали змінювати орбіти. Далеко стрибнули Сатурн і Юпітер, виштовхавши безіменного крижаного гіганта за межі нашої планетної системи. Уран і Нептун віддалялися від Сонця і через сто мільйонів років досягли свого нинішнього місця.
Не виключено, що п’ятий крижаний гігант досі знаходиться в Сонячній системі — на орбіті набагато далі нептунианской. Таку ідею висловили американські астрономи Костянтин Батигін і Майкл Браун в 2016 році, проаналізувавши аномальні орбіти розсіяних об’єктів пояса Койпера, у тому числі Седны, не з’ясовні впливом відомих планет. Ці орбіти дуже витягнуті, і перигелії групуються в одній області. Як ніби щось дуже масивне на них вплинула. Так виникла гіпотеза про дев’ятою планеті — досі не підтверджена і не спростована. Можливо, вдасться перевірити у найближчі роки з допомогою спостережень на телескопах або планованих космічних місіях до Урану і Нептуну.
Орбіта гіпотетичної дев’ятої планети, обчислена з аномальних об’єктів поясу Койпера
