Насколько близко расположены астероиды в поясе Койпера

В 1992 году Дэйв Джуитт и Джейн Луу из Гавайского университета обнаружили небольшой объект, обозначенный как 1992QB1, вращающийся вокруг Солнца за Нептуном на расстоянии около 40 астрономических единиц. С тех пор было обнаружено более 3100 подобных объектов с орбитами за пределами Нептуна, и, по оценкам ученых, в этом обширном регионе Солнечной системы есть несколько сотен тысяч объектов размером более 20 миль в поперечнике.

Мы называем этот рой тел поясом Койпера в честь голландско-американского астронома Джерарда Койпера, который в 1950-х годах предположил существование малых тел за пределами Нептуна. Некоторые называют это поясом Эджворта/Койпера, разделив эту честь с ирландским ученым Кеннетом Эджвортом, опубликовавшим аналогичную идею в 1940-х годах.Обитатели этого царства называются объектами пояса Койпера (ОПК), объектами Эджворта/пояса Койпера или просто транснептуновыми объектами (ТНО). Весьма вероятно, что большинство короткопериодических комет, обнаруженных во внутренней части Солнечной системы, происходят из пояса Койпера и удерживаются там в холодном хранилище до тех пор, пока случайное гравитационное воздействие Нептуна не подтолкнет их внутрь.

Веб-страница Центра малых планет МАС в Гарварде/Смитсоновском институте показывает самую свежую информацию об объектах пояса Земли, включая графики их текущего местоположения и свойства различных удаленных малых тел.

Классификация объектов пояса Койпера

Мы многое узнали о поясе Койпера с момента его открытия — достаточно, чтобы классифицировать его многочисленных обитателей на основе их орбит. Основные категории:

Ваш браузер не поддерживает видео тег.

Эта анимация отображает вид внешней Солнечной системы. Космический корабль New Horizons представлен белым треугольником, а путь, который он прошел через Солнечную систему, показан белой дорожкой. Газовые гиганты показаны четырьмя большими цветными точками, а маленькие цветные точки изображают известные объекты пояса Койпера, причем цвет указывает на динамический класс. Красные точки обозначают объекты холодной классики, которые находятся в плотном кольце на орбитах с малым наклонением. Синие точки изображают элементы рассеянного диска. Эти объекты находятся на орбитах с большим эксцентриситетом. Некоторые из их полных орбит представлены голубыми пунктирными линиями. Пурпурные и желтые точки изображают объекты в резонансах среднего движения 3:2 и 2:1 с Нептуном. Две цели пролета New Horizons, Плутон и Аррокот (2014 MU69), обведены белым. Шкала отмечена белыми пунктирными кружками на уровне 5, 30, 50 и 100 астрономических единиц.

Авторы и права: Уэс Фрейзер, Национальный исследовательский совет Канады.

1. «Холодные классические» ОПК: «Холодные» здесь относятся не к температуре, а к круговым ненаклонным орбитам этих объектов.Холодные классические ОПК занимают узкую область шириной около 6 а.е., между 42 и 48 а.е. от Солнца и толщиной около 3 а.е. В этой группе нет больших (500 миль в поперечнике или больше) ОПК, и они имеют тенденцию быть более красными, чем другие ОПК, поэтому они могут иметь другое происхождение. Эти объекты называются «классическими» ОПК, поскольку они находятся на тех орбитах, о которых говорил Койпер. Цель пролета New Horizons пояса Койпера, Аррокот, является членом категории «холодная классика». Холодные классики, по-видимому, являются гравитационно невозмущенным и исходным материалом пояса Койпера.
2. «Горячие классические» ОПК: здесь «горячие» относятся к некруговым и наклонным орбитам этих объектов. Хотя они имеют такое же среднее расстояние от Солнца, как и холодные классические ОПК, их эксцентрические и наклонные орбиты заставляют их отклоняться намного дальше от этого среднего положения. Как и у большинства KBO, их размеры и цвета различаются, и они включают в себя более крупные и серые объекты, чем Cold Classicals. Hot Classicals находятся на диске толщиной около 12 AU.
3. Резонансные ОПК заперты в орбитальном танце с Нептуном, то есть они вращаются в резонансе с этой планетой. Резонансные объекты 3:2, в том числе Плутон, совершают два оборота вокруг Солнца на каждые три оборота Нептуна. Их иногда называют «Плутиносами» или «маленькими Плутонами». Объекты 2:1 находятся дальше от Солнца и совершают один оборот за каждые два оборота Нептуна. В поясе Койпера есть десятки резонансных групп.
4. Разбросанные ОПК, вероятно, в прошлом блуждали слишком близко к Нептуну, и гравитация Нептуна выбрасывала их на нестабильные орбиты, иногда унося их на сотни а.
5. Последняя категория, которую иногда называют Extreme TNO, настолько нова, что пока в ней есть лишь несколько известных членов, таких как Sedna и 2012 VP113, и, возможно, 2015 TG387. Эти объекты могут вообще не считаться частью пояса Койпера.Седна никогда не приближается ближе 76 а.е. и достигает 1000 а.е. в самой дальней точке своей 12000-летней орбиты. Седна по крайней мере в два раза меньше Плутона и, вероятно, является одним из крупнейших членов огромной популяции неоткрытых объектов в этом отдаленном регионе Солнечной системы.

Обнаружение объектов пояса Койпера

Поскольку они маленькие и находятся далеко, они выглядят как слабые звезды даже через самые большие в мире телескопы. Их так трудно увидеть, что первый классический объект пояса Койпера был открыт только в 1992 году. Астрономы могут найти объекты пояса Койпера среди множества звезд, потому что объекты пояса Койпера медленно движутся относительно этих звезд. Из-за меняющихся орбитальных положений Земли и объектов пояса Койпера на очень подробных изображениях неба, сделанных с разницей в несколько часов или дней, будут видны слабые точки света, которые немного изменили свое положение по сравнению с далекими звездами, которые кажутся неподвижными. Те, чье положение меняется медленно, должны быть очень далеко от Солнца — это объекты пояса Койпера. (Более легко обнаружить более быстрые астероиды, движущиеся намного ближе к Солнцу, находящиеся в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером.)

Современные астрономы используют чрезвычайно чувствительные цифровые камеры — узкоспециализированные версии цифровых камер, которые в настоящее время широко используются фотографами по всему миру — для обнаружения ОПК. Цифровые камеры, используемые астрономами, настолько чувствительны, что их приходится эксплуатировать при очень низких температурах, от минус 58° до минус 148° по Фаренгейту (от минус 50° до минус 100° по Цельсию).

Размеры и цвета

Двумя крупнейшими объектами пояса Койпера являются Плутон и Эрида, причем Плутон немного больше и имеет диаметр 2377 километров (1477 миль). Есть от трех до семи других известных ОПК с диаметром примерно 950-1500 километров (600-900 миль), включая самый большой спутник Плутона, Харон. Ученые считают, что будут обнаружены дополнительные ОПК размером от 950 до 2000 километров, но большинство ОПК намного меньше.

Объекты пояса Койпера обладают различной отражательной способностью и цветом. Плутон очень яркий, со средней отражательной способностью 60%. Для сравнения, отражательная способность земной Луны составляет всего около 10%. Высокая отражательная способность Плутона была известна из наземных и космических телескопических измерений до того, как New Horizons пролетела в 2015 году. Изображения Плутона, сделанные New Horizons, показали, что поверхностная яркость была обусловлена ​​как геологической активностью (конвективным переворотом азотного льда в Sputnik Planitia Плутона, ) и отложение свежего льда в результате конденсации атмосферных летучих веществ.

Другие KBO имеют более темные поверхности с отражательной способностью в диапазоне 4-20%. Самые темные тела могут быть покрыты химически сложными полимерами, богатыми углеродом. Широкий спектр цветов КБО — от серого до красного — свидетельствует о большом разнообразии состава и эволюции этих тел. Из-за слабости KBO было трудно получить инфракрасные спектры, указывающие на существование определенных минералов и льдов. Слабые следы водяного льда были обнаружены на поверхности нескольких объектов пояса земной коры с помощью наземных телескопических измерений, а также на Плутоне и Хароне с помощью инструментов на New Horizons.

Атмосферы и луны

Примерно у 80 KBO есть компаньоны, и постоянно обнаруживаются новые. Их часто называют «бинарными KBO», потому что объекты имеют одинаковый размер, поэтому неясно, что такое «KBO», а что «луна!». Самая известная пара — Плутон и Харон; Харон обращается вокруг Плутона каждые шесть дней на расстоянии около 17 000 километров (10 000 миль). Некоторые пары имеют гораздо более медленные орбиты (до 17 лет) и большее расстояние (до 100 000 километров, или 60 000 миль), в то время как другие находятся очень близко. Мы еще не знаем, как формируются эти бинарные ОПК, но, скорее всего, они связаны со столкновениями или близкими контактами с другими объектами. Ожидается, что только самые крупные KBO будут иметь атмосферу, и разреженная атмосфера была обнаружена на Плутоне с помощью наземных телескопических измерений до того, как New Horizons прибыл на Плутон.Атмосфера Плутона, плотность которой в 100 000 раз меньше земной, теперь известна из измерений New Horizons, потенциально может замерзнуть на поверхности, поскольку Плутон продолжает удаляться от Солнца в течение следующих нескольких десятилетий.

Является ли Плутон типичным KBO?

Плутон в некотором смысле является типичным объектом пояса Койпера, но в остальном он совершенно исключителен. Пояс Койпера состоит из множества миров со средними орбитальными расстояниями примерно от 30 до 50 а.е. от Солнца, то есть за орбитой Нептуна. Орбита Плутона находится в поясе Койпера и имеет особое отношение к орбите Нептуна; а именно, Плутон совершает два оборота вокруг Солнца за каждые три оборота Нептуна. Это соотношение называется «резонансом среднего движения», в частности, резонансом 3:2, что означает, что на каждые три оборота вокруг Солнца, которые совершает Нептун, Плутон обращается дважды. Многие (но не большинство) ОПК находятся в том же резонансе среднего движения, что и Плутон.

Плутон отличается от других планет тем, что он ненамного больше своей луны, поэтому Плутон и Харон вместе известны как двойная система. Однако система Плутон-Харон не такая уж исключительная среди ОПК — наблюдения телескопа показывают, что несколько процентов всех ОПК находятся в двойных системах.

Сочетание большого размера Плутона, его высокой отражательной способности и его текущей близости к Солнцу делает его самым ярким из известных КБО. Вот почему Плутон легче всего увидеть с Земли, и именно поэтому он был открыт в 1930 году, примерно за 62 года до того, как был открыт следующий ОПК. Поскольку он был открыт за много десятилетий до любого другого члена пояса Койпера, Плутон является единственным поясом Койпера, которому когда-либо был присвоен статус «планеты».

Кометы семейства Юпитера

Кометы обычно подразделяются на два основных семейства в зависимости от их орбит вокруг Солнца. Кометы Облака Оорта происходят из области примерно сферической формы между 10 000 и 100 000 а.е. от Солнца и обычно имеют период обращения около миллиона лет.Кометы семейства Юпитера имеют орбиты, на которые сильно влияет гравитация Юпитера, и обычно им требуется менее 20 лет, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца.

Когда Солнечная система формировалась почти 4,6 миллиарда лет назад, около 10% комет, сформировавшихся рядом с планетами-гигантами (всего, возможно, триллион), были выброшены в Облако Оорта. Иногда гравитационные возмущения галактического прилива и близлежащие звезды направляют некоторые объекты Облака Оорта к Солнцу, создавая «новые кометы», которые мы видим сегодня. Напротив, считается, что кометы семейства Юпитера происходят из пояса Койпера и втягиваются внутрь Солнечной системы гравитацией Юпитера и Нептуна. Около 150 короткопериодических комет в настоящее время классифицируются как «JFC».

© 2022 ООО «Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса». Все права защищены.
11100 Johns Hopkins Road, Лорел, Мэриленд 20723
240-228-5000 (Вашингтон, округ Колумбия, область) • 443-778-5000 (область Балтимора)
Уведомление о конфиденциальности/Правовая оговорка