Когда спрашивают, где заканчивается Солнечная система, чаще всего называют орбиту Нептуна или пояс Койпера. Но это неправильно. За орбитой Нептуна, за поясом Койпера, за орбитами всех известных карликовых планет начинается территория, которую мы почти не видели, но существование которой доказано. Это облако Оорта — гигантская сферическая оболочка из ледяных тел, окружающая Солнце на расстоянии до одного светового года.
1. Что такое облако Оорта
Облако Оорта — это гипотетическая сферическая область на самом краю Солнечной системы, состоящая из миллиардов (а возможно, и триллионов) ледяных объектов размером от километра до десятков километров. Оно не наблюдается напрямую ни в один телескоп — объекты там слишком малы и слишком далеки. Но его существование убедительно доказывается орбитами долгопериодических комет.
Внутренняя часть облака Оорта начинается примерно на расстоянии 2000-5000 астрономических единиц от Солнца (а.е. — расстояние от Земли до Солнца, около 150 миллионов километров). Внешняя граница — около 100 000 а.е., почти 1,6 световых года. Это примерно четверть расстояния до ближайшей звезды, Проксимы Центавра.
Если бы облако Оорта можно было увидеть с Земли, оно занимало бы половину неба. Но объекты там настолько разрежены, что среднее расстояние между ними составляет десятки миллионов километров.
2. Отличие от пояса Койпера
Эти две области часто путают, но они принципиально разные.
Пояс Койпера — это диск, расположенный в плоскости эклиптики (там же, где орбиты планет), на расстоянии от 30 до 50 а.е. от Солнца. Он содержит десятки тысяч объектов диаметром более 100 километров, включая карликовые планеты Плутон, Эриду, Макемаке и Хаумеа. Пояс Койпера — остаток протопланетного диска, из которого формировались планеты-гиганты.
Облако Оорта — это сфера, окружающая Солнце со всех сторон, на расстояниях в тысячи раз больших. Оно имеет форму не диска, а шара. Объекты пояса Койпера движутся по орбитам, близким к круговым, в плоскости эклиптики. Объекты облака Оорта движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, ориентированным хаотически в любых направлениях.
А знаете ли вы? Карликовая планета Седна, открытая в 2003 году, считается переходным объектом между поясом Койпера и внутренним облаком Оорта. Ее орбита — сильно вытянутый эллипс с перигелием 76 а.е. и афелием около 900 а.е. — то есть она никогда не приближается к Солнцу ближе, чем в 2,5 раза дальше орбиты Нептуна.
3. Как открыли облако Оорта
В первой половине XX века астрономы заметили странную закономерность. Некоторые кометы (их назвали долгопериодическими) имеют орбитальные периоды в тысячи, десятки тысяч и даже миллионы лет. Они приближаются к Солнцу с совершенно разных направлений, а не из плоскости эклиптики, как короткопериодические кометы.
В 1932 году эстонский астроном Эрнст Эпик предположил существование резервуара комет на дальних окраинах Солнечной системы. В 1950 году голландский астроном Ян Оорт независимо пришел к тому же выводу, проанализировав орбиты 19 долгопериодических комет. Он показал, что они не могут прилетать из пояса Койпера (тогда еще не открытого) — слишком разные направления. Должно существовать сферическое облако ледяных тел, которое изредка выбрасывает кометы во внутреннюю Солнечную систему под действием гравитации проходящих звезд.
Облако назвали именем Оорта, хотя Эпик был первым.
В 2021 году было опубликовано статистическое исследование, показывающее, что долгопериодические кометы можно разделить на две популяции: одни приходят из внутреннего облака Оорта (более круглые орбиты), другие — из внешнего (более вытянутые). Это косвенное подтверждение того, что облако имеет сложную структуру.
4. Как формировалось облако Оорта
Облако Оорта — это не реликт протопланетного диска в том виде, в котором он был изначально, а результат гравитационного выметания.
Когда формировались планеты-гиганты — особенно Юпитер и Сатурн — их гравитация разбрасывала ледяные планетезимали во все стороны. Многие из этих объектов падали на планеты, другие были выброшены во внешнюю Солнечную систему. Часть из них осела в поясе Койпера, но некоторые получили такую высокую скорость, что ушли на огромные расстояния — в тысячи и десятки тысяч астрономических единиц.
Гравитация близких звезд и приливные силы Галактики «размазали» эти выброшенные объекты по сфере, превратив исходный диск в сферическое облако. Так и образовалось облако Оорта.
Масса облака Оорта оценивается в 1-10 масс Земли. Это не так много — всего несколько планет. Но распределены эти несколько земных масс по объему в тысячи кубических световых лет.
5. Как кометы попадают из облака Оорта во внутреннюю систему
В облаке Оорта объекты находятся на огромных расстояниях от Солнца, и гравитация Солнца там очень слаба. Достаточно небольшого возмущения, чтобы объект изменил свою орбиту и начал падать к центру системы.
Что может создать такое возмущение?
Проходящие звезды. Каждые несколько десятков тысяч лет какая-нибудь звезда проходит достаточно близко к Солнцу (в пределах нескольких световых лет), чтобы своей гравитацией задеть облако Оорта. Такое событие выбивает из облака миллионы комет, многие из которых направляются к внутренней Солнечной системе.
Приливные силы Галактики. Солнечная система движется вокруг центра Галактики, и гравитация всей Галактики действует как слабый, но постоянный прилив, постепенно размывающий облако Оорта.
Гипотетическая звезда-компаньон. Предполагается, что у Солнца может быть тусклый спутник — коричневый карлик или красный карлик на очень далекой орбите (так называемый Немезида). Периодические возмущения от этого спутника могли бы вызывать массовые падения комет, связываемые с падениями астероидов на Земле, но эта гипотеза не подтверждена.
Комета C/2013 A1 (Макнота), которая прошла мимо Марса в 2014 году, прилетела из облака Оорта. Ее орбитальный период оценивается в 1,5 миллиона лет. Она приблизилась к Солнцу впервые за всю историю человечества.
6. Почему облако Оорта не наблюдают напрямую
Объекты облака Оорта находятся слишком далеко, чтобы их можно было увидеть. Даже самые крупные объекты размером с Плутон (около 2300 км в диаметре) на расстоянии 50 000 а.е. сияли бы с яркостью звезды 30-й величины — в тысячи раз слабее, чем самые тусклые звезды, которые видит телескоп Хаббл.
Чтобы обнаружить объект такого размера на таком расстоянии, нужен телескоп с диаметром зеркала в несколько сотен метров.
Поэтому все, что мы знаем об облаке Оорта, — косвенная информация. Мы изучаем орбиты комет, которые оттуда прилетают, и на основе их статистики делаем выводы о структуре облака.
В 2021 году астрономы объявили об обнаружении объекта 2018 AG37 — самого далекого из известных объектов Солнечной системы. Его расстояние — 132 а.е. (в 132 раза дальше Земли от Солнца). Это все еще в несколько сотен раз ближе, чем предполагаемый край облака Оорта.
7. Связь с долгопериодическими кометами
Долгопериодические кометы — это и есть снаряды, прилетевшие к нам из облака Оорта. Их характерные черты:
- Орбитальный период от 200 лет до десятков миллионов лет.
- Орбиты сильно вытянутые и наклоненные под самыми разными углами к плоскости эклиптики.
Когда такая комета впервые приближается к Солнцу из облака Оорта, солнечное тепло начинает испарять ее лед, образуя кому (облако вокруг ядра) и хвост. Если комета прошла мимо Солнца один раз, при следующем прилете она может уже иметь не такую эффектную кому — летучие вещества уже частично испарились.
Комета C/2022 E3 (ZTF), которая сближалась с Землей в начале 2023 года и была видна в бинокль, пришла из облака Оорта и, вероятно, покидает Солнечную систему навсегда, уходя обратно в облако.
Если комета подходит слишком близко к Солнцу или к Юпитеру, гравитация может либо столкнуть ее с Солнцем, либо выбросить из Солнечной системы. Такие кометы уходят в межзвездное пространство и больше никогда не возвращаются.
8. Межзвездные объекты и облако Оорта
В 2017 году был открыт первый межзвездный объект — Оумуамуа, прилетевший из-за пределов Солнечной системы. В 2019 году — комета 2I/Борисова. Это объекты, которые сформировались вокруг других звезд и случайно залетели к нам.
Облако Оорта — это территория обмена такими объектами. Подсчитано, что значительная часть (возможно, до половины) объектов в облаке Оорта — захваченные из других звездных систем.
Таким образом облако Оорта — это не только остаток формирования Солнечной системы, но и коллекция объектов, собранных с межзвездного пространства за миллиарды лет.
Теоретически, в облаке Оорта могут находиться объекты, сформировавшиеся вокруг звезд, которые уже погибли. Возраст некоторых из них может превышать возраст Солнца.
9. Значение для исследований и будущие миссии
Облако Оорта — это капсула времени. Объекты в нем — одни из самых древних в Солнечной системе. Они не подвергались нагреву, не переплавлены, не испытали столкновений. Изучение их состава даст информацию о первичном веществе, из которого сформировалась Солнечная система 4,6 миллиарда лет назад.
Проблема в том, что долететь до облака Оорта современными аппаратами невозможно. Даже самый быстрый из уходящих зондов — «Вояджер-1» — достигнет внутренней границы облака Оорта (2000 а.е.) примерно через 300 лет, а внешней границы — через 30 000 лет.
Если бы можно было долететь до облака Оорта, мы бы увидели Солнце как очень яркую звезду. А Земля была бы вообще неразличима.
Подпишись, если понравилась статья!