Пояс Койпера — это огромное кольцо из ледяных тел, напоминающее пончик, которое простирается далеко за орбиту Нептуна. Эта загадочная область Солнечной системы скрывает миллионы объектов и открывает нам тайны её прошлого. Давайте узнаем, что такое пояс Койпера, как он сформировался и почему он так важен для науки.
Пояс Койпера находится на внешних рубежах нашей Солнечной системы, за орбитой Нептуна, и иногда его называют «третьей зоной» после планет и пояса астероидов. Учёные считают, что в этой области скрываются миллионы небольших ледяных объектов, включая сотни тысяч тел диаметром более 100 километров. Некоторые из них, например Плутон, достигают размеров свыше 1000 километров. Помимо камня и водяного льда, объекты пояса Койпера содержат замороженные соединения, такие как аммиак и метан.
Как и пояс астероидов, пояс Койпера — это остатки ранней истории Солнечной системы. Но если пояс астероидов сформировался под влиянием Юпитера и представляет собой тонкую полосу, то пояс Койпера — это толстый диск, напоминающий пончик, на который повлиял Нептун.
Не путайте пояс Койпера с облаком Оорта — более далёкой областью ледяных тел, окружающей всю систему. Обе эти зоны считаются источниками комет, но пояс Койпера ближе и доступнее для изучения. Это настоящая космическая граница, которую мы только начинаем исследовать.
Для справки:
объекты пояса Койпера (KBO)
транснептуновые объекты (TNO)
1 AU = 149 597 870 километров
Почему так называется?
Пояс назван в честь астронома Gerard Kuiper, который в 1951 году опубликовал статью, предположив существование объектов за Плутоном. Однако ещё в 1940-х годах астроном Kenneth Edgeworth тоже упоминал такие тела, поэтому иногда пояс называют Edgeworth-Kuiper Belt. Некоторые учёные предпочитают термин «транснептуновая область», а объекты пояса Койпера (KBO) называют транснептуновыми объектами (TNO). Как бы вы его ни называли, эта зона занимает огромный объём и хранит ключи к истории Солнечной системы.
Размеры и расстояния
Пояс Койпера — одна из крупнейших структур Солнечной системы, наряду с облаком Оорта, гелиосферой и магнитосферой Юпитера. Его форма напоминает толстый пончик. Внутренняя граница начинается на орбите Нептуна, примерно в 30 AU от Солнца (1 AU — расстояние от Земли до Солнца, около 150 миллионов километров). Основная часть пояса заканчивается на 50 AU, но за ней начинается рассеянный диск (scattered disk), который простирается почти до 1000 AU, а некоторые объекты уходят ещё дальше.
На сегодня обнаружено более 2000 транснептуновых объектов, но это лишь малая часть. Учёные предполагают, что в поясе сотни тысяч тел диаметром более 100 километров. Однако общая масса всех объектов оценивается всего в 10% массы Земли.
Формирование и происхождение
Пояс Койпера — это остатки материала, из которого формировалась Солнечная система. Как и пояс астероидов, он мог бы стать планетой, если бы не влияние Нептуна. Гравитация этой планеты так сильно перемешала объекты, что они не смогли объединиться в крупное тело.
Сегодняшняя масса пояса — лишь малая часть того, что было изначально. По одной из теорий, орбиты четырёх гигантских планет (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) смещались, и это унесло 7–10 масс Земли из первоначального материала. Уран и Нептун сместились дальше от Солнца из-за изменений орбит Юпитера и Сатурна. Проходя через диск ледяных тел, Нептун своей гравитацией отправил их либо к Юпитеру, который выбросил их в облако Оорта или за пределы системы, либо оставил в поясе Койпера. Так пояс сформировался, а Нептун занял своё текущее положение.
Сегодня пояс медленно разрушается: объекты сталкиваются, образуя пыль и мелкие фрагменты, которые уносит солнечный ветер.
Структура и особенности
Пояс Койпера — это огромный объём пространства в форме пончика. Объекты здесь, известные как KBO или TNO, разнообразны по размеру, форме и цвету. Они не равномерно распределены: с начала 1990-х годов астрономы обнаружили, что их можно разделить на группы по форме и размеру орбит. Это помогло понять, что в поясе есть несколько популяций, чьи орбиты рассказывают о прошлом.
Классические KBO (объекты пояса Койпера)
Большая часть объектов находится в классическом поясе Койпера. Термин «классический» отражает первоначальные ожидания учёных: они думали, что за Нептуном будут тела на круговых орбитах в плоскости планет. Но многие KBO имеют вытянутые и наклонённые орбиты, что изменило наше понимание.
Классические KBO делятся на «холодные» и «горячие». Это не про температуру, а про орбиты. «Холодные» имеют почти круговые орбиты на расстоянии 40–50 AU, мало наклонённые, и не взаимодействуют с Нептуном. Их орбиты стабильны миллиарды лет. «Горячие» имеют вытянутые и наклонённые орбиты из-за прошлых встреч с Нептуном, который добавил им энергии.
Резонансные KBO (объекты пояса Койпера)
Многие KBO находятся в резонансе с Нептуном — их орбиты стабильны и повторяются в определённом соотношении с орбитой планеты (1:1, 4:3, 3:2, 2:1). Например, Плутон в резонансе 3:2: он обходит Солнце дважды за три оборота Нептуна. Такие объекты называют плутино.
Рассеянный диск
Рассеянный диск простирается за основной пояс и содержит объекты с сильно вытянутыми и наклонёнными орбитами. Некоторые уходят на сотни AU от Солнца. Их разбросал Нептун, и их орбиты всё ещё меняются. Eris — крупнейший известный объект этой зоны.
Дополнительные группы
Отдельные объекты
Отдельные KBO никогда не подходят к Солнцу ближе 40 AU (примерно 5 983 915 000 километров). Их орбиты не объясняются влиянием Нептуна. Возможно, их вытолкнула неизвестная планета, звёзды или гравитационные возмущения. Sedna, например, приближается к Солнцу на 76 AU, а удаляется на 1200 AU.
Кентавры
Кентавры — объекты между орбитами Юпитера и Нептуна. Их орбиты нестабильны из-за гравитации гигантов. Со временем они либо выбрасываются из системы, либо становятся кометами. Считается, что кентавры — беглецы из пояса Койпера.
Место Плутона в поясе Койпера
Плутон, открытый в 1930 году, стал первым KBO. Сегодня его называют «королём пояса Койпера». Он крупнейший в этой зоне, хотя Eris немного массивнее. Плутон в резонансе 3:2 с Нептуном, и их орбиты никогда не пересекаются опасно близко.
Спутники и двойные системы
Многие KBO имеют спутники или являются двойными системами — парами тел, вращающимися вокруг общего центра масс. Некоторые двойные объекты соприкасаются, образуя форму арахиса, как Arrokoth, открытый в 2014 году и исследованный зондом New Horizons в 2019 году. Карликовые планеты Плутон, Eris, Haumea и Makemake тоже имеют спутники. Двойные KBO — древние объекты, сохранившиеся с момента формирования системы.
Связь с кометами
Пояс Койпера — источник короткопериодических комет семейства Юпитера. Столкновения в поясе создают фрагменты, которые Нептун отправляет к Солнцу, а Юпитер формирует из них кометы с орбитами до 20 лет. Многие такие кометы со временем «выгорают» или падают на планеты. Долгопериодические кометы приходят из облака Оорта.