В начале 2014 года в научном журнале Nature появилась публикация об открытии нового космического объекта, получившего обозначение 2012 VP113. Эта карликовая планета расположена на огромном расстоянии от Солнца, далеко за орбитой Плутона, в загадочной области, которую астрономы называют облаком Оорта. Первым небесным телом, обнаруженным в этой удаленной части Солнечной системы, была карликовая планета Седна, открытая десять лет тому назад. Ученые считают, что подобных объектов там может быть тысячи, просто мы пока не способны их увидеть.
Астрономы регулярно фиксируют пролеты комет – необычных небесных тел с плотным ядром и ярким светящимся хвостом, состоящим из раскаленных газов. Эти объекты посещают внутренние области Солнечной системы с периодичностью в десятки, а то и сотни лет, что указывает на сильную вытянутость их орбит.
В 1950 году голландским астрофизиком Оортом была выдвинута гипотеза о некой области, из которой к нам прилетают долгопериодические кометы. Ученый полагал, что она находится очень далеко от нас, на внешней гравитационной границе Солнечной системы. Позже в честь него это скопление получило название «облако Оорта». Кометам необходимо двести лет полета на огромной скорости, чтобы пройти по своей орбите и вновь приблизиться к Солнцу. Это наглядно показывает бездну пространства, разделяющую Землю и окраины нашей звездной системы.
Пока существование облака Оорта – не более чем гипотеза, не подтвержденная наблюдениями. Мы не можем рассмотреть его в телескопы: слишком уж это скопление разрежено и далеко расположено. Однако многочисленные косвенные данные указывают на наличие данного объекта.
На дальних рубежах Солнечной системы
Где заканчивается наша звездная система? Еще пятьдесят лет назад ученые сказали бы, что ее пределы находятся за орбитой Плутона. Сегодня астрономы полагают, что размеры куда больше: они совпадают с границами гравитационного влияния Солнца и составляют несколько световых лет. Таким образом, наша система гораздо больше, чем орбиты самых отдаленных планет. «Вояджерам» понадобится еще тысячи лет, чтобы действительно выйти в межзвездное пространство.
Сразу за орбитой Нептуна начинается пояс Койпера. Его внутренняя граница находится на расстоянии примерно в 30 а. е. от Солнца, внешняя – отстоит на 55 а. е. от нашего светила. Космические тела в поясе Койпера в основном состоят из замерзшего метана, воды и аммиака. Через пояс Койпера проходят орбиты множества карликовых планет.
Еще дальше находится Рассеянный диск, который частично перекрывается с поясом Койпера. Он является основным источником короткопериодичных комет. Их примером может служить комета Галлея, которая приближается к Земле один раз в 75 лет. За поясом Койпера расположено облако Оорта. Его внешний край проходит по сфере Хилла.
Структура и состав
Внутренняя граница облака Оорта проходит на расстоянии в 2-5 тыс. а. е. от Солнца, а внешняя – на отдалении в 50 тыс. а. е. от нашего светила. Оно состоит из миллиардов объектов. Среди них находятся триллионы ядер комет, которые при определенных обстоятельствах могут посетить внутренние области Солнечной системы. Считается, что именно пояс Койпера и облако Оорта являются главными «поставщиками» периодических комет в нашей системе. По сути, облако Оорта — огромный сферический кометный рой. Предполагается, что объекты могут спокойно дрейфовать в скоплении на протяжении миллионов лет, пока на них не будет оказано гравитационное взаимодействие.
Масса облака достоверно неизвестна, но не вызывает сомнения, что она во много раз превосходит массу нашей планеты.
Исходя из имеющихся данных о составе комет, предполагается, что объекты в облаке состоят из метана, воды, цианистых соединений и углекислоты. Однако открытие астероида 1996 PW указывает на наличие в скоплении и скалистых объектов – осколков планетоидов, распавшихся по тем или иным причинам.
Облако Оорта на разном расстоянии от Солнца весьма отлично по своей структуре и свойствам.
Оно состоит из двух частей:
- внутренняя область, которая называется облаком Хиллса и имеет форму диска;
- внешнее сферическое скопление, служащее источником комет с долгим периодом.
Тела Солнечной системы, включая астероиды, кометы и метеориты, имеют орбиты, лежащие в плоскости эклиптики. Объекты облака Хиллса также имеют более или менее круговые и стабильные орбиты, но во внешней области тела движутся хаотически, в разных плоскостях, подчиняясь воздействию притяжения не только Солнца, но и других звезд. Внутренняя часть имеет наибольшую плотность — в нем находится около шестой доли всех объектов скопления.
Гравитационная сила Солнца на таком удалении слишком мала, зато на кометы и планетоиды из облака существенно воздействуют внешние факторы. Сила притяжения соседних звезд и приливные силы нашей галактики Млечный путь изменили орбиты комет скопления. Данное предположение может объяснить практически идеальную шарообразную форму облака. Вероятно, что в далеком будущем облако Хиллса также превратится в сферу.
Как появилось скопление Оорта
Сегодня ученые уверены, что облако Оорта образовалось из газопылевой туманности, из которой позже сформировались планеты и другие тела нашей системы. Это произошло примерно 4,5 млрд лет тому назад. Причем первоначально объекты скопления располагались гораздо ближе к Солнцу, но позже они были «выброшены» на дальние орбиты мощной гравитацией планет-гигантов.
Масса скопления достигла своего максимума приблизительно через 800 млн лет после появления. Согласно некоторым моделям, одним из главных «поставщиков» материала для него служил рассеянный диск. Наличие этого скопления прекрасно сочетается с гипотезой о формировании нашей системы, как части единого звездного кластера, состоящего из 200—400 звёзд. Вероятно, они сыграли существенную роль в образовании облака Оорта: звёзды тогда к Солнечной системе приближались гораздо чаще, чем сегодня.
Трудно сказать, являются ли подобные скопления типичными для нашей Вселенной, но они уже обнаружены в других звездных системах. Исследования продолжаются. Возможно, в ближайшем будущем мы получим ответ на этот вопрос.
История открытия облака Оорта
Первым догадку о существовании огромной области на краю Солнечной системы, откуда к нам прилетают кометы, высказал астроном Эрнст Эпик в 1932 году. В 1950 году аналогичную идею высказал голландский астрофизик Ян Оорт. Он занимался решением парадокса недолговечности комет, которые довольно быстро распадаются под действием солнечного света или уничтожаются при столкновениях с более массивными небесными объектами.
Ученый предположил, что где-то на окраине нашей системы находится «огромный запас» кометных тел, достаточный для восполнения их естественной убыли. Научный мир воспринял эту гипотезу весьма скептически.
После изучения девятнадцати различных комет Оорт пришел к выводу, что все они являются «коренными» обитателями Солнечной системы и прибыли к нам из области, удаленной на 20 тыс. а. е. Он обратил внимание, что скорость этих объектов составляла 1 км/с, тогда как ближайшие звезды двигаются по отношению к Солнцу со скоростью приблизительно 20 км/с.
Оорт считал, что данная область содержит примерно 1011 кометных «зародышей», значительная часть из которых никогда не приближалась к Солнцу.
Облако Оорта и воздействие межзвездных сил
Существует предположение, что современные орбиты многих комет являются следствием гравитационного влияния Млечного пути, так называемых галактических приливов. Они действительно похожи на отливы и приливы земных океанов под действием притяжения Луны. Массивные объекты, расположенные вне нашей Солнечной системы, искривляют орбиты планет и других небесных тел в направлении центра Галактики.
И если внутри системы действие этих сил нивелируется гравитацией Солнца, на ее границах галактические приливы играют куда более значительную роль. Считается, что воздействие Млечного пути искажает сферическую форму облака Оорта, сжимая его и вытягивая по направлению к центру Галактики. Достаточно небольшого возмущения гравитационного поля, чтобы изменить орбиту объекта и отправить его в долгое путешествие к Солнцу.
Граница, на которой гравитация нашей звезды уступает по силе галактическому приливу, находится примерно в 100-200 тыс. а. е. от Солнца. Именно здесь и расположен внешний предел скопления. Ученые предполагают, что до 90% долгопериодичных комет могли быть следствием воздействия межзвездных сил. Также есть предположение, что именно галактические приливы сыграли основную роль в формировании облака Оорта.
Объекты в облаке Оорта
Мы очень плохо знаем, что происходит на таких огромных расстояниях от Солнца. Сегодня известны всего пять объектов, которые предположительно принадлежат к этому формированию:
- Седна;
- 2000 CR105;
- 2008 KV42;
- 2006 SQ372;
- 2012 VP113.
Два объекта из данного списка имеют перигелии, расположенные вне влияния Нептуна, поэтому их орбиты не попадают под его действие. Предполагается, что когда-то орбиты этих небесных тел были круглыми, в противном случае они бы просто не сформировались. Их нынешний эксцентриситет возник, скорее всего, из-за довольно близкого прохождения звезды либо под влиянием довольно крупного объекта, расположенного в самом облаке Оорта.
Седна была открыта группой американских астрономов в 2003 году. Ее перигелий находится в два с половиной раза дальше орбиты Нептуна, что делает Седну одним из самых удаленных из известных небесных тел. Согласно данным спектрального анализа, она в основном состоит из воды и метана. Поверхность Седны, одна из самых красных в нашей системе. Также она пока является крупнейшим из «кандидатов» в объекты облака Оорта – ее экваториальный диаметр составляет 995 км.
Орбита этой планеты уникальна: расположение перигелия можно объяснить либо существованием неизвестной планеты в облаке Оорта, либо мощным действием внешних сил. Чтобы совершить полный оборот, Седне необходимо более 11 тыс. лет.
Последний из объектов, предположительно принадлежащих облаку Оорта — 2012 VP113. Его перигелий расположен на расстоянии в 83 а. е. от Солнца, а афелий отстоит от него на 446 а. е. В целом эта планета имеет орбиту с почти такими же характеристиками, как у Седны. Объяснить особенности движения этих небесных тел можно наличием крупной планеты на расстоянии в несколько сотен астрономических единиц от Солнца, но найти ее пока не удалось. Возможно, они были захвачены нашим светилом при прохождении рядом с другой звездной системой.
Споры относительно Седны и иных объектов из приведенного выше списка не прекращаются. Часть астрономов относит их к рассеянному диску. В 2008 году ученые из университета Вашингтона доказали принадлежность 2006 SQ372 к внутреннему облаку Оорта.
Планета Х, Нибиру и планета-пастух
У многих древних культур есть упоминание о неизвестном теле, которое лишь изредка появляется на небосклоне, но при этом существенно влияет на небесную механику. Его называют по-разному — «планета Х», «Нибиру», «Тюхе», «Немезида». Поиском загадочного космического объекта в прошлом и позапрошлом столетии занимались весьма авторитетные астрономы, но их усилия до сих пор не дали результата.
Гипотеза о существовании еще одной планеты за Нептуном была высказана еще в середине XIX века. Ученых смущало несоответствия в орбите Урана, которые объяснялись воздействием неизвестного массивного тела. Результатом активных поисков стало обнаружение Плутона, который долгие десятилетия считался девятой планетой Солнечной системы.
После открытия Седны и других объектов облака Оорта, перед учеными встала необходимость объяснения «странностей» их орбит. Также существует феномен «провала Койпера»: астрономы не понимают, почему это скопление обрывается настолько резко.
В 2011 году американцы создали компьютерную модель развития Солнечной системы и пришли к выводу, что без еще одной планеты-гиганта ее нынешняя конфигурация не сложилась бы. Возможно, девятая планета не вышла в межзвездное пространство, а переместилась на удаленную орбиту.
В 2010 году было заявлено об обнаружении в облаке Оорта газового гиганта, с размерами в несколько раз больше Юпитера. Ученые утверждали, что снимки планеты якобы были сделаны с помощью телескопа WISE, и со временем они обещали их обнародовать. Однако доказательства так и не были представлены научной общественности.
В 2016 году астрономы Майкл Браун и Константин Батыгин высказали предположение о существовании планеты на расстоянии в двадцать раз дальше орбиты Нептуна. Согласно их расчетам, это небесное тело, скорее всего, является газовым гигантом с массой в десять раз больше земной. Планета имеет орбиту с сильным эксцентриситетом и периодом обращения примерно в 15 тыс. лет.
В 2014 году астрономы из университета Карнеги выдвинули гипотезу о наличии крупного небесного тела, выполняющего роль планеты-пастуха для Седны и других объектов облака Оорта.
Значительная часть ученых допускает возможность существования девятой планеты на дальних рубежах Солнечной системы, но в этом вопросе озвучены определенные «красные линии». Согласно подсчетам 2009 года, на расстоянии в 300 а. е. от Солнца не может быть объектов размером с Землю или Марс. В 2014 году астроном Иорио обнародовал дополнительные ограничения: по его мнению, на дистанции в 1 тыс. а. е. от нашего светила нет места для газового гиганта с массой, в 10-15 раз превышающей земную.
В 2014 году был опубликован анализ данных инфракрасного телескопа WISE, согласно которым, в радиусе 10 тыс. а. е. от Солнца нет новых объектов с массой, аналогичной Сатурну.
Звезда Немезида и глобальные вымирания
В истории нашей планеты известно несколько массовых вымираний животных и растений, о причинах которых не утихают научные споры. Особенно смущает цикличность подобных глобальных трагедий. Существует точка зрения, что их виновника следует искать в космосе.
В 1984 году ряд ученых из университета Беркли выдвинули теорию о существовании еще одной звезды в нашей системе, которая вращается вокруг Солнца на расстоянии примерно в 1,5 световых года. По мнению ученых, «двойник» относится к классу красных, белых или коричневых карликов, поэтому мы не можем идентифицировать этот объект. Гипотетическая звезда получила название Немезида.
Раз в 25-30 млн лет она подходит к облаку Оорта и срывает расположенные там объекты с привычных орбит. В результате многие тысячи каменных и ледяных глыб отправляются внутрь Солнечной системы и накрывают планеты губительным дождем из комет, астероидов и метеоритов. После опубликования этой теории Немезида получила прозвище «палач планеты Земля».
Ученые считают подобное объяснение периодических вымираний крайне сомнительным. Маловероятно, чтобы астрономы до сих пор не обнаружили целую звезду, находящуюся неподалеку от нас. Кроме того, нет доказательств цикличности падений на нашу планету комет и астероидов. Удары из космоса происходят регулярно, с одинаковой частотой, просто пока мы смогли обнаружить только самые большие кратеры.
Исследования облака Оорта
Скопление находится настолько далеко, что надежд исследовать его с помощью межпланетных аппаратов, в ближайшие десятилетия практически нет. В 2006 году американцы отправили миссию «Новые горизонты», целью которой является изучение Плутона и его спутника Харон, а также объектов, находящихся в поясе Койпера. В настоящее время межпланетная станция продолжает исследования транснептуновых объектов.
Работа «Новых горизонтов», конечно, важна, и информация, полученная учеными в ходе этой миссии, имеет огромную ценность. Но пояс Койпера, Плутон и Харон находятся гораздо ближе облака Оорта.
В конце прошлого десятилетия ряд ученых предлагали использовать для изучения скопления реликтовое излучение, образовавшееся в момент Большого Взрыва. Однако, судя по всему, эта идея так и осталась нереализованной.
