пояс койпера

Под малыми телами (планетами) Солнечной системы обычно подразумевают хорошо всем известные астероиды и кометы. В течение длительного времени считалось, что в Солнечной системе существуют два главных резервуара этих малых тел. Один из них – это Главный астероидный пояс, который располагается между Марсом и Юпитером, а другой – это Облако Оорта, находящееся далеко на краю Солнечной системы. Если Главный астероидный пояс в соответствии с его названием содержит только астероиды, то Облако Оорта является главным резервуаром для комет. Кстати, само это облако носит имя знаменитого голландского астронома, предсказавшего его существование.

Традиционный интерес к исследованиям комет и астероидов состоит в том, что обычно считается, что эти малые тела состоят из вещества, оставшегося еще со стадии протопланетного диска вокруг Солнца. Это значит, что излучение их дает информацию о процессах, происходивших в Солнечной системе еще до образования планет.

Астероиды – это малые планеты, имеющие диаметры в интервале от 1 до 1000 км. Их орбиты расположены примерно между орбитами Марса и Юпитера. История открытия этого Главного астероидного пояса началась с предсказания в 1596 году великого астронома Иоганна Кеплера, который считал, что между орбитами Марса и Юпитера должна существовать отдельная планета. В 1772 году немецкий ученый И. Тициус предложил эмпирическую формулу, согласно которой неизвестная планета должна находится на расстоянии 2,8 а.е. от Солнца (1 а.е. – это одна астрономическая единица, равная расстоянию от Земли до Солнца в ~150 млн км). Закон, который описывается этой формулой, получил название закона Тициуса-Боде. В 1796 году на специальном конгрессе ученых-астрономов был принят проект поиска этой неизвестной планеты, и спустя четыре года итальянский астроном Дж. Пиацци открыл первый астероид – Церера. Затем знаменитый немецкий астроном Г. Ольберс (вспомним парадокс Ольберса) открыл второй астероид, получивший название Паллады. Так состоялось открытие Главного астероидного пояса Солнечной системы. К началу 1984 года число астероидов этого пояса с надежно установленными параметрами орбит достигло 3000. Научная работа по открытию новых астероидов и уточнению их орбит продолжается и по сей день.

Другой вид малых тел – кометы также принадлежит Солнечной системе. Кометы, как правило, движутся вокруг Солнца по вытянутым эллиптическим орбитам различных размеров, произвольно ориентированным в пространстве. Размеры орбит большинства комет в тысячи раз больше поперечника планетной системы. Большую часть своего времени кометы находятся в самых удаленных точках своих орбит (афелиях), образуя, таким образом, кометное облако на далеких окраинах Солнечной системы. Это облако и получило название Облака Оорта. Это облако простирается далеко от Солнца, достигая расстояний в 105 а.е. Считается, что Облако Оорта содержит до 1011 кометных ядер. Периоды обращения наиболее удаленных комет вокруг Солнца могут достигать значений 106-107 лет. Напомним, что знаменитая комета наших дней – комета Хейла-Боппа прибыла к нам из ближайших окрестностей Облака Оорта, так как ее орбитальный период составляет всего (!) около трех тысяч лет.

Проблема происхождения малых тел Солнечной системы тесно связана с проблемой происхождения самих планет. В 1796 году французский ученый П. Лаплас выдвинул гипотезу об образовании Солнца и всей Солнечной системы из сжимающейся газовой туманности. Согласно Лапласу, часть газового вещества отделилась от ядра туманности под действием возросшей при сжатии центробежной силы, что прямо следует из закона сохранения момента количества движения. Это вещество и послужило материалом для образования планет. Эта гипотеза встретилась с трудностями, которые были преодолены в работах американских ученых Ф. Мультона и Т. Чемберлена. Они показали, что более вероятным является образование планет не прямо из газа, а скорее из малых твердых частиц, названных ими планетозималями. Поэтому в настоящее время считается, что процесс образования планет Солнечной системы проходил в два этапа. На первом этапе из пылевого компонента первичного облака околосолнечного вещества образовалось множество промежуточных тел размером в сотни километров (планетозималей). И лишь затем на втором этапе из роя промежуточных тел и их обломков аккумулировались планеты.

В Солнечной системе может существовать несколько резервуаров таких промежуточных тел, или планетозималей. В 1949 году астроном К.Е. Эджворт (K.E. Edgeworth), а затем в 1951 году астроном Дж.П. Койпер (G.P. Kuiper) предсказали существование другого резервуара – семейства транснептуновых объектов, возникших на ранней стадии образования Солнечной системы. Являясь остатками протопланетного диска, эти предсказанные объекты должны были концентрироваться на орбитах с малыми эксцентриситетами и углами наклона непосредственно вокруг Нептуна. Гипотетический резервуар таких объектов и получил название пояса Койпера (КП, Kuiper Belt).

ОТКРЫТИЕ ПОЯСА КОЙПЕРА:

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

СОСТАВЛЯЮЩИХ ЕГО ОБЪЕКТОВ

Начнем с того факта, что исследование орбиты знаменитой кометы Галлея позволило дать грубую оценку массы пояса Койпера в пределах до 50 а.е. от Солнца. Она должна составлять довольно малую часть массы Земли.

Многочисленные фотографические поиски медленно движущихся объектов пояса Койпера (ОК) долго не приводили к успеху. Наконец, в 1930 году астроном Томба открыл первый новый объект за пределами орбиты Нептуна. Это была планета Плутон. Следует сразу заметить, что масса Плутона необычайно мала и составляет всего 0,0017 МЗемли , в то время как масса Нептуна равняется 17,2 МЗемли . В 1979 году был открыт второй объект 2060 Хирон, который относится к группе объектов, получивших название Кентавров. Кентавр – это объект, орбита которого лежит в области между Юпитером и Нептуном. Неудача в поиске ОК была связана с недостаточной эффективностью фотографического метода наблюдений. После появления полупроводниковых твердотельных приемников излучения (так называемых ПЗС-приборов с зарядовой связью) стало возможным проведение более глубоких обзоров неба. Появилась возможность регистрации света, отраженного от естественных космических малых тел с размером порядка 100 км и меньше в районе орбиты Нептуна и далее.

Астрономы создали специальную программу поиска таких тел – Программу наблюдения космического пространства (Spacewatch program). И в результате работы этой программы были открыты еще два объекта, принадлежащие к группе Кентавров – это 5145 Фолус и 1993НА2 .