Головна / Всесвіт / Вчені розкрили таємницю прабатьківщини Сонячної системи і комет

Вчені розкрили таємницю прабатьківщини Сонячної системи і комет

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 проторечовина

У середині XX століття астрономи висунули гіпотезу: десь за орбітою Нептуна знаходиться резервуар особливих космічних тіл — планетезималей. Це згустки пилу, каменів, льоду з протопланетної 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 частині Сонячної системи. Передбачається, що там близько ста тисяч тіл з радіусом понад сто кілометрів. Одні рухаються по майже кругових орбітах, інші — з сильно витягнутою, з великою піввіссю в сотні астрономічних одиниць. Ймовірно, щось сильно спотворило їх траєкторії, тому вчені говорять про «гарячу» популяцію в противагу «холодної», зі стабільними 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’єктів однакового кольору і, ймовірно, складу.

Ученые раскрыли тайну прародины Солнечной системы и комет

Найбільш детальна фотографія Ультіма Туле, отримана з відстані в 6,6 тисячі кілометрів

Є 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, троянців має і Нептун. Вважається, що ці астероїди були захоплені і принесені в пояс Койпера ззовні.

Дуже цікавий так званий розсіяний диск. Це залишки планетезималей, 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 перигеліях 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

Ученые раскрыли тайну прародины Солнечной системы и комет
Пояс Койпера розташований далі орбіти Нептуна. Йому належать близько двох тисяч тіл, включаючи 31 карликову планету

Стрибки гіганта

У недавньому огляді учені з Франції і США описують історію поясу Койпера за допомогою моделі Ніцци, розробленої в 2005 році. Згідно з нею, Сонячна система була більш компактною, планети оберталися навколо зірки по кругових орбітах і розташовувалися ближче одна до одної, ніж зараз.

Потім, після видалення газу зі системи, вся «конструкція» прийшла в рух, планети міняли орбіти, розкидаючи і розсіюючи протопланетну речовину. 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 піддаються перевірці. 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 планетам 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 нептуніанської. Таку ідею висловили американські астрономи Костянтин Батигін і Майкл Браун в 2016 році, проаналізувавши аномальні орбіти розсіяних об’єктів пояса Койпера, у тому числі Седни, не з’ясовні впливи відомих планет. Ці орбіти дуже витягнуті, і перигелії групуються в одній області. Як ніби щось дуже масивне на них вплинуло. Так виникла гіпотеза про дев’яту планету — досі не підтверджена і не спростована. Можливо, вдасться перевірити у найближчі роки за допомогою спостережень на телескопах або планованих космічних місіях до Урану і Нептуну.

Ученые раскрыли тайну прародины Солнечной системы и комет
Орбіта гіпотетичної дев’ятої планети, обчислена з аномальних об’єктів поясу Койпера