Ще в 1930 році після відкриття Плутона астроном Фредерік Леонард писав, що найдальша планета Сонячної
Це поняття об'єднує всі розташовані об'єктиза Нептуном (від 35 а.о.) у межах 50 а.о. від сонця. Нагадаємо, одна астрономічна одиниця – це відстань від Землі до нашої зірки. Примітно, що цю область назвали на честь нідерландського та американського астронома Джерарда Койпера, хоча саме він у 50-х роках минулого століття наполягав на тому, що область від орбіти Нептуна і до Хмари Оорта має бути абсолютно порожньою. Вчений вважав, що Плутон за розміром порівняний із Землею, тому його гравітаційний вплив мало розчистити простір вздовж орбіти від усіх астероїдів.
Пояс Койпера нагадує пояс астероїдів,розташований між орбітами Землі та Марса, але він значно більший, ширший і в ньому спостерігається більша кількість масивних об'єктів. У тому числі принаймні чотири карликові планети — Плутон, Хаумеа, Макемаке та Еріда. Крім того, на відміну від кам'янистих об'єктів поясу поряд із Землею, астероїди поясу Койпера є переважно застиглим газом.
Пояс астероїдів, пояс Койпера та Хмара Оорта. Зображення: Mark Garlick, Science Source
Як відкрити перший об'єкт?
Хоча різні припущення про існуваннятранснептунових об'єктів, тобто космічних тіл, розташованих поза орбіти Нептуна, висувалися протягом усього XX століття, особливо після відкриття Плутона (першого такого об'єкта). Перше підтвердження існування далеких об'єктів вдалося отримати лише 30 років тому.
Планетолог Девід Джуїтт і астроном Джейн Луу зМассачусетського технологічного інституту з кінця 80-х років займалися незвичайними пошуками. Вони використовували телескопи в Аризоні, щоб робити випадкові фотографії окремих ділянок неба. Серія знімків, зроблених з невеликими перервами, могла показати який-небудь об'єкт, що рухається.
Експерименти завершилися успіхом через три рокипісля початку дослідження. Вночі 30 серпня 1992 року вчені використали телескоп Гавайського університету на Великому острові. Вони використовували свою звичайну техніку для пошуку віддалених об'єктів. Окремі знімки робилися раз на годину, після чого вчені порівнювали, чи щось змінилося на зображенні.
Близько 21:14 вчені отримали два перші зображення. Порівнявши їх на екрані, вони побачили, що невелика цятка світла, яка на другому зображенні злегка змістилася на захід. Щоб переконатися, що це не помилка та не випадкове зображення далеких космічних променів, вчені зачекали до 23:00 та зробили ще одне фото. На третьому знімку новий об'єкт зберігся і ще більше змістився на захід. Аналогічні дані показав і четвертий знімок, зроблений одразу після опівночі.
Об'єкт, що рухається в різний час спостереження. Зображення: David Jewitt, UCLA
Подальші дослідження показали, що далекомуоб'єкту, який вчені назвали QB1, знадобився майже місяць, щоб пройти ділянку неба шириною з повний Місяць. Грунтуючись на яскравості об'єкта та його повільної швидкості, вчені дійшли висновку, що QB1 є об'єктом з льоду та каменю близько 250 км у діаметрі і рухається за межами орбіти Нептуна.
Це був перший після Плутона транснептуновийоб'єкт. За першим успіхом пішли нові: вже за кілька місяців вченим удалося відкрити ще один об'єкт. А в міру покращення чутливості цифрових датчиків відкриття пішли одне за одним. На сьогодні відомо вже кілька тисяч об'єктів, що обертаються у поясі Койпера.
«Нові горизонти» та таємниці Аррокота
Новий прорив у вивченні пояса Койпера та Сонячноїсистеми пов'язані з дослідницької місією «Нові горизонти» (New Horizons). Міжпланетна космічна станція була запущена НАСА в 2006 році, а вже в 2015 вона надіслала перші знімки системи Плутона і Харона (супутника планети) і безліч дивовижно докладних зображень об'єктів пояса Койпера.
Але найдивовижніше відкриття було зроблено«Новими Горизонтами» у 2019 році. Корабель, який у цей момент був на відстані близько 1,5 млрд км від орбіти Плутона, виявив астероїд незвичайної форми - Аррокот. Це контактно-подвійний об'єкт, що складається із двох частин. Більша частина - Ультіма - нагадує плоский млинець, ребро якого приєднано до меншого об'єкта - сферичній Тулі.
Аррокот. Зображення: NASA, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Southwest Research Institute, Роман Ткаченко
Планетеземальна акреція - одна з гіпотезобразования объектов Солнечной системы — предполагает, что образование планет происходит в результате серии столкновений, при которых объекты сталкиваются и слипаются, становясь все больше и больше. У этой гипотезы есть только один недостаток: по мере роста массы у таких объектов появляется собственная гравитация. В результате две части перед столкновением разгоняются слишком активно и не могут просто соединиться, а разбиваются на части.
Зокрема, моделювання зіткнення двохчастин Аррокота показує, що з їх зіткненні було вийти такий незвичайний об'єкт. Вчені припускають, що інша гіпотеза краще пояснює незвичайну будову астероїда.
Імовірніше, що Аррокот народився в результатіпроцесу, відомого як гравітаційна нестійкість, вважають дослідники. У цьому сценарії за певних умов газова хмара, частина якої робить більш щільною, швидко схлопується під дією гравітаційних сил.
Дослідники відзначають, що оскільки так по всійвидимості сформувалися деякі об'єкти пояса Койпера, можливо, аналогічні процеси відбувалися і в ранньому протопланетному диску, з якого сформувалися всі об'єкти Сонячної системи. Примітно, що формування планет у цій теорії займає тисячі, а чи не мільйони років, тому весь процес формування системи міг протікати набагато швидше.
"Нові горизонти" все ще продовжують рухатисячерез пояс Койпера, можливо, вченим вдасться ідентифікувати ще один об'єкт, з яким апарат зможе зблизитися. Це відкриття, можливо, ще раз переверне уявлення про будову та еволюцію Сонячної системи.
Художня ілюстрація дослідження "Новими Горизонтами" пояса Койпера. Зображення: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI)
Рухливі газові гіганти
«Нові горизонти» дозволили поглянути наокремі об'єкти пояса Койпера поблизу, а розвиток інструментів наземних обсерваторій розглянути їх у масі. Наприклад, планетологи нещодавно закінчили дослідження походження Сонячної системи за допомогою телескопа Канада-Франція-Гавайї, розташованого на горі Мауна-Кеа. Це та сама вершина, з якою було відкрито перший об'єкт поясу Койпера. У процесі огляду планетологи ідентифікували 800 раніше невідомих об'єктів, у результаті їхня загальна кількість перевищила 3 тис.
Масштабне спостереження дозволило встановити, щооб'єкти пояса Койпера розташовані нерівномірно, а концентруються невеликими групами. Такий ефект можливий у результаті потужного гравітаційного впливу.
Дослідники вважають, що відповідальність затакі спотворення лежить на двох газових гігантах - Нептуні та Сатурні. Моделювання показало, що, коли в минулому ці планети рухалися нестабільно, час від часу наближаючись до Сонця і віддаляючись від нього, сильні гравітаційні хвилі, пов'язані зі зміною розташування масивних об'єктів могли вплинути на розташування об'єктів у поясі Койпера.
Численні дослідження поясу Койпера вжедозволили дізнатися більше про минуле нашої Сонячної системи. Планетологи змогли підтвердити одну з гіпотез формування планет та виявили нестабільність орбіти газових гігантів на ранніх етапах існування Сонячної системи.
Незважаючи на це, попереду може бути ще безлічдивовижні відкриття. Наприклад, "Нові горизонти" може зустріти ще один незвичайний астероїд. А крім того, наступного року має розпочатися масштабне дослідження за допомогою обсерваторії Віри Рубіної, що будується в Чилі. Протягом 10 років телескопи обсерваторії безперервно зніматимуть південну півкулю, щоб знайти найдрібніші деталі. Очікується, що це дослідження збільшить кількість відомих об'єктів пояса Койпера до 40 тис. і, напевно, принесе багато нових відкриттів.
На обкладинці: пояс Койпера. Зображення: NASA
Читати далі:
Сонячна пляма розміром із Землю зросла в 10 разів за 2 дні: вона спрямована на нас
Вчені знайшли останки стародавнього чоловіка з двома X-хромосомами
З тіла до рота: вчені зрозуміли, звідки з'явилися зуби