Kviečiame į nuostabią kelionę už Neptūno orbitos: kokias staigmenas ir išdaigas iškrėtė Koiperio juosta bei paslaptingasis Oorto debesis

Šį atradimą dešimtajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje, netrukus po Koiperio juostos atradimo, padarė Renu Malhotra iš Arizonos. Pirmieji rezonansinių objektų stebėjimai ir leido sudaryti šį nuostabų modelį. Tačiau neaišku, kaip tuos objektus į rezonansą įtraukti. Tiesiog išmėčius Koiperio juostos objektus, į tokį rezonansą, kokį stebime, paklius nedaug objektų. Renu paaiškino ir tai.

Ji rėmėsi Julio A. Fernández ir Wing-Huen Ip darbais, kuriuose kalbama apie planetų migraciją. Planetų orbitos ne visada buvo tokios, kaip dabar: Neptūnas, pavyzdžiui, iš pradžių sukosi arčiau Saulės, o po to nuo jos traukėsi.

Koiperio juosta rodo, kad planetos susiformavo ne ten, kur dabar jas matome. Jos migruoja.

O tolstančio Neptūno gravitacinis rezonansas stumdė ir rinko Koiperio juostos objektus. Tai panašu į tai, kaip kaupiasi sniegas stumiamame kastuve. Kai šis rezonansas kirto Koiperio juostą, objektai prie jo „prilipdavo“.

Tai paaiškina, kodėl tiek daug objektų orbitiniame rezonanse. Tai vienintelis paaiškinimas, kodėl rezonanse su Neptūnu tiek daug kūnų. Koiperio juosta rodo, kad planetos susiformavo ne ten, kur dabar jas matome. Jos migruoja.

Įtaka Saulės sistemai

Koiperio juosta smarkiai paveikė Saulės sistemos atsiradimo ir dinamikos supratimą. Lig tol Saulės sistema priminė laikrodį: planetų rinkinys, paprastai, stabiliai ir netgi nuobodžiai, besisukantis apie Saulę. Koiperio juostos, o ypač – rezonansinių objektų, dėl kurių planetos migruoja, aptikimas suteikė neregėtas galimybes.

Jei planetos judėjo į dabartines savo vietas, gali būti, kad jos perėjo per viena kitos rezonansus. O jei taip, jie sukrėtė Saulės sistemą ir vyko įvairūs chaotiški procesai. Kai kuriuose modeliuose 99,9% Koiperio juostos objektų galėjo būti prarasti dėl stipraus Saulės sistemos sukrėtimo, įvykusio dėl Jupiterio ir Saturno sąveikos, vykusios per planetų migraciją.

Koiperio juostos įtaka Saulės sistemos ir jos formavimosi evoliucijos tyrinėjimams buvo milžiniška

Supratimas, kad Koiperio juostos struktūra priklauso nuo planetų migracijos, pakeitė Saulės sistemos tyrinėjimų kryptį. Savybės, kurių niekas nesitikėjo ir niekas neprognozavo, pasirodė esančios itin svarbios, stengiantis suprasti savo vietą šioje sistemoje.

Koiperio juostos įtaka Saulės sistemos ir jos formavimosi evoliucijos tyrinėjimams buvo milžiniška. Dabartinis mūsų supratimas apie Saulės sistemos architektūros atsiradimą labai skiriasi nuo to, ką manėme anksčiau. Ir dabar suprantame, kad Saulės sistema veikia toli gražu ne taip, kaip laikrodis.

Koiperio juosta ir Oorto debesis

Kometos paprastai būna ne itin didelės (~1 km skersmens), ir praranda masę (iš jos formuojasi uodega). Galime paskaičiuoti, kaip ilgai kometa gali prarasti savo masę. Ir tai vyksta nelabai ilgai — apie 10 000 metų. Kometos branduolys negali būti tokio pat amžiaus, kaip Saulės sistema, kuriai jau 4,5 mlrd metų.

Veikiausiai Saulės sistemoje jos atsirado gan neseniai. Kitaip tariant, jos tik atsiranda Saulės sistemoje kažkur netoli nuo Žemės ir pradeda garuoti. Kyla klausimas, iš kur jos randasi.

Į šį klausimą yra du atsakymai. Pirmąjį šeštajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje suformulavo olandų astronomas Janas Hendrikas Oortas. Jis išsiaiškino, kad ilgo periodo (>200 metų) kometų orbita yra atsitiktinių krypčių labai didelės elipsės formos. Iš įvairių pusių jų atskrieja maždaug po lygiai: iš šiaurinio pusrutulio, pietinio, iš sferinio ir izotropinio šaltinio. Sferinis šaltinis vadinamas Oorto debesimi.

Jis panašus į Saulės sistemą supantį didelį bičių spiečių. Jis gigantiškas, 50 000 – 70 000 kartų didesnis už atstumą nuo Saulės iki Žemės. Tai ilgo periodo kometų šaltinis. Mes nematome objektų Oorto debesyje, nes jie pernelyg blyškus, kad galėtume juos įžiūrėti savo teleskopais. Visos žinios apie Oorto debesį, taip pat ir jo egzistavimo įrodymai, buvo gauti iš kometų, kurias iš Oorto debesies iš judino praskriejančių žvaigždžių gravitacija.

Tuo tarpu trumpo periodo kometų (periodas <200 metų) orbita gan maža ir apvali. Jos išsidėsčiusios ne atsitiktine tvarka, o susitelkusios Saulės sistemos orbitinėje plokštumoje. Klausimas lieka tas pats: iš kur jos imasi? Oortas sakė, kad jos atlekia iš Oorto debesies, tačiau Jupiteris jas pagavo ir pakeitė orbitas taip, kad jos suformavo diską. Ši idėja gyvavo nuo šeštojo iki devintojo dešimtmečio. Tačiau paaiškėjo, kad Jupiteriui būtų sunku pastverti tiek ilgaperiodžių kometų ir perdirbti jas į trumpaperiodes.

Koiperio juosta, kurią žinome, Saulės sistema tiekia trumpo periodo kometas. O kadangi juosta gerokai arčiau (50 a.v, o ne 50 000 a.v ), galime jas stebėti, o ne tiesiog arčiau Žemės atskriejusius objektus. Ir tai dar viena priežastis, kodėl astronomus taip domina Koiperio juosta.

Koiperio juosta ir kitos žvaigždžių sistemos

Dulkių diskai — kitų žvaigždžių Koiperio juostos analogai. Aplink daugelį tokio tipo, kaip Saulė, žvaigždžių skrieja dulkių diskai, kuriuose dulkių dalelės ilgai išlikti negali.

Galime paskaičiuoti kiek laiko tos dulkės egzistuoja, ir šis laikas nėra labai ilgas. Tai, kad žvaigždė vis dar turi dulkių (ar likutinį dulkių) diską, rodo, kad dulkės randasi iš kažkokio šaltinio.

Koiperio juostos modelis — geriausias mums žinomas dulkių šaltinis. vienintelis skirtumas – dauguma likutinių diskų masyvesni už Koiperio juostą. Tai dera su prielaida, kad Koiperio juosta anksčiau buvo gerokai masyvesnė, nei dabar. Pažvelgus į masyvius likutinius diskus, galima suprasti, kaip atrodė ankstyvoji Saulės sistema.

Būsimos tyrimų kryptys

Koiperio juostos aptikimas suteikė mums geresnį supratimą apie Saulės sistemos sandarą, tačiau tolimųjų jos dalių vis dar nematome. Negalime stebėti Oorto debesies, nes jis pernelyg toli ir jo objektai nepakankamai ryškūs. Net ir vidines Koiperio juostos dalis aptikti ne taip paprasta.

Spėjame, kad Koiperio juosta maišosi su Oorto debesimi, ir norėtume žinoti, kur ir kaip tai vyksta. Norėtume detaliau išmatuoti juostos orbitinę struktūrą. Taip galėtume sustiprinti spėliones apie Saulės sistemos kilmę ir evoliuciją.

Pavyzdžiui, rezonansinis užgrobimas, jei planetos migruoja lėtai ir tolygiai, vyksta kitaip, nei tada, jei greitai ir šuoliais. Koiperio juostos objektų orbitų matavimai gali mums parodyti, kaip migravo Neptūnas, ir, gal net kaip ir kaip ilgai jis tai darė. Mes sukūrėme modelius, kurie adaptuojami prie naujų Saulės sistemos stebėjimų, tačiau kai kurios ypatybės taip ir lieka neaiškios. išorinio klasikinės Koiperio juostos krašto dabartiniai modeliai nenumato.

Būsimi stebėjimai gali padėti išspręsti šią problemą, bet svarbiau sukurti naujus modelius, kurie pagerintų bendrą Saulės sistemos sandaros supratimą. Galiausiai, norėtume ištirti Koiperio juostą kosminiu zondu. Deja, egzistuojančios raketų technologijos tokiai užduočiai nėra tinkamos. Artimiausius dešimtmečius progresas vyks, atliekant stebėjimus antžeminiais ir kosminiais teleskopais.

David Jewitt
Kalifornijos universiteto (LA) Planetų ir egzoplanetų instituto direktorius; Shaw apdovanojimo laureatas (2012); Kavli apdovanojimo laureatas (2012)
postnauka.ru