Реферат на тему пояс койпера
Обновлено: 04.07.2024
Происхождение космических тел, расположение в Солнечной системе. Астероид — малое тело, вращающееся по гелиоцентрической орбите: типы, вероятность столкновения. Химический состав железных метеоритов. Объекты пояса Койпера и облака Оорта, планетезимали.
| Рубрика | Астрономия и космонавтика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.09.2011 |
| Размер файла | 22,1 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Пояс астероидов, пояс Койпера, облако Оорта
Выполнил ученик 11 класса
Капкин Иван Васильевич
Пояс астероидов
Как известно, Солнечная система состоит из восьми планет (в августе 2006 года Плутон решением Ассамблеи Международного астрономического союза был исключён из состава планет и переведён в разряд карликовых планет). Эти восемь планет делятся на две группы: планеты земной группы и планеты-гиганты. Их отличают по целому ряду признаков, одним из важнейших является большое расстояние между орбитами Марса и Юпитера (прибл. 551 млн. км).
В этом промежутке и находится пояс астероидов. Астероид -- малое тело Солнечной системы, имеющее неправильную форму и вращающееся по гелиоцентрической орбите. Их число очень велико. Только пронумерованных в каталогах астероидов более 160 тыс. Общее число астероидов составляет примерно один миллион. Все они в основном расположены в плоскости вращения планет Солнечной системы. Астероид самый крупный астероид -- Церера (913 км в диаметре; первый известный астероид, открытый итальянским астрономом Джузеппе Пиацци 1 января 1801 года (скорее всего, с бодуна)).
Прочие крупные астероиды (в скобках указан диаметр):
2) Паллада (526 км)
3) Интерамния (350 км)
4) Бамберга (246 км)
7) Наусикаа (94 км)
Кроме главного пояса астероидов есть ещё и менее значительные пояса, такие как Апполон, Амур и Атон. Все они пересекают орбиты планет земной группы, в том числе и Земли. Соответственно, есть вероятность столкновения данных астероидов и в наше время. В частности, астероид Апофис диаметром в 1,5 км в пятницу 13 апреля 2029 года в 6 часов 42 минуты пролетит на расстоянии 30482 км от Земли, а ещё через 7 лет, в 2036 году, он может столкнуться с Землёй. Естественно, последствия такого столкновения будут катастрофическими. Но вернёмся к астероидам.
Все астероиды делятся на десятки типов. Я приведу три самых основных.
С-тип -- чёрные астероиды, содержащие большие количества углерода. Это самые тёмные астероиды, так как их поверхность отражает меньше всего солнечного света. Большинство астероидов относятся именно к этому типу.
M-тип -- астероиды, в состав которых входят значительные количества (до 60% по массе) никеля и железа. Они имеют серебристо-серый оттенок и находятся в середине пояса астероидов. Это самые яркие астероиды, так как они хорошо отражают солнечный свет. М-тип в свою очередь делится на три типа астероидов, в зависимости от содержания никеля:
Гексаэдриты (1-6% Ni)
Октаэдриты (6-14% Ni)
Атакситы (более 14% Ni)
Средний химический состав железных метеоритов (в %)
S-тип -- астероиды, в основном состоящие из кремния. По своему химическому составу они больше всего напоминают состав обычного кварцевого песка. Они также находятся во внутренних областях пояса астероидов.
Химический состав метеоритов (в %)
Na2O
K2O
Cr2O3
P2O6
Fe общее
Основными веществами, из которых состоят астероиды, являются:
3) Шрейберзит (Fe, Ni)3P
4) Перриит (Ni, Fe)x(Si, P)y
5) Лауренсит FeCl2
6) Фарингтонит Mg3(PO4)2
7) Меррилит Na2Ca3(PO4)2O
8) Брианит Na2CaMg(PO4)2
9) Станфильдит MgCaFeMn(PO4)2
10) Ольдгамит CaS
11) Найнингерит (Fe, Mg, Mn, Co)S
12) Добреелит FeCr2S4
13) Меррихеит (K, Na)2(Fe, Mg)5SiI2O30
14) Роддерит (Na, K)2(Fe, Mg)5Si12O30
15) Ягиит (Na, K)Mg2(Mg, Fe, Ti, Al)(Si10Al2)O30
16) Юреит NaCrSi2O6
17) Криновит NaMg2CrSi3O6
18) Оливин (Mg, Fe)2SiO4
19) Энстантит MgSiO3
20) Гиперстен FeSiO3
21) диопсид CaMg(SiO3)2
22) Плагиоклаз CaAl2Si2O8, NaAlSi3O8
23) Никелистое железо (Fe, Ni)
Все вышеперечисленные минералы характерны исключительно для метеоритов -- на Земле они не встречаются. Наличие этих минералов отражает условия формирования метеоритов -- кристаллического вещества при резком недостатке свободного кислорода.
Изучению астероидов уделяется большое внимание. Ученых интересует происхождение данных космических тел и их характерное расположение в Солнечной системе. Сейчас учеными выдвинуто несколько версий.
Вторая версия: астероиды -- остатки планетезималей, которые не сумели сформироваться в планету из-за гравитационного воздействия Юпитера.
Третья версия: астероиды -- остатки карликовой звезды, которая взорвалась в прошлом. Летучие водород и гелий рассеялись в космическом пространстве, а более тяжёлые элементы остались. Из них впоследствии и образовались астероиды.
Однако, без всякого сомнения, все астероиды можно рассматривать как продукты эволюционного развития солнечного вещества, причём более крупные испытали в процессе эволюции химическую дифференциацию.
Астероиды имеют большое практическое значение для человечества, так как они очень богаты металлами, особенно железом и никелем, а также углеродом и водой. Суммарная масса астероидов достигает массы Луны, т.е. 7 000 000 000 000 000 000 (7 квинтиллионов) тонн. До 30% их массы (2,1 квинтиллиона тонн) может быть использовано в качестве минерального сырья. К примеру, запасы минерального сырья земной коры (её масса составляет 4,6% от общей массы Земли), т. е. того, что человечество сможет реально использовать в ближайшую тысячу лет, составляют около 30% её массы или 8400000000000000000 (8,4 квинтиллиона тонн). Следует отметить, что из этих запасов металлы составляют только 46%, а в астероидах -- около 57 %. По оценке крупного советского и российского учёного Георгия Витольдовича Войткевича, относительно всех минеральных ресурсов Солнечной системы (планет земной группы, спутников планет-гигантов, астероидов) доля астероидов составляет около 1,4%. Доля металлов -- 3 процента. К этому следует добавить простоту извлечения сырья.
астероид метеорит койпер планетезималь
Пояс Койпера и облако Оорта
В 1951 году французский астроном Джерард Койпер предсказал существование пояса астероидов за орбитой Нептуна, т. е. на расстоянии 35-50 а.е. (примерно 5-7,5 млрд. км от Солнца). В 1992 году его гипотеза полностью подтвердилась, за исключением того, что пояс оказался расположен несколько далее, чем предполагал Койпер. Данный пояс получил его имя. К первым обнаруженным объектам пояса Койпера является карликовая планета Плутон (открыта в феврале 1930 года американским астрономом Клайдом Томбо, работавшим в обсерватории в Аризоне) и его спутник Харон (обнаружен в 1978 году Джеймсом Кристи -- астрономом из Военно-Морской обсерватории США).
Далее обнаружение новых объектов пояса Койпера затруднилось, так как мощности земных телескопов было явно недостаточно. Выведенный на земную орбиту орбитальный Хаббловский космический телескоп (назван в честь Эдвина Хаббла -- американец, уроженец Среднего Запада, определивший, что Вселенная бесконечна, состоит из множества галактик и расширяется во все стороны) долгое время не использовался для изучения и обнаружения других объектов пояса Койпера. Только в 1997 году NASA начала осуществлять свою программу по изучению космических тел, находящихся на окраинах Солнечной системы.
В 2002 году было найдена первая карликовая планета, находящаяся за орбитой Плутона -- Кваоар. Он был обнаружен совместной работой обсерватории Массачусетского технологического института и университета штата Гавайи. Его примерные характеристики следующие:
Диаметр -- 1250 км
Радиус орбиты -- ~6,3 млрд. км или 42 а.е.
Масса -- 1/3000 массы Земли
Состав -- лёд с примесями аммиака, пыли, камней и пр.
15 марта 2004 года NASA объявило об открытии ещё одного объекта пояса Койпера-Седна (названного в честь эскимосской богини). Его примерные характеристики:
Диаметр -- 1900 км
Радиус орбиты -- ~10 млрд. км или 67 а.е.
Масса -- 1/1000 массы Земли
Состав -- тот же, что и у Кваоара.
По мнению большинства учёных мира, все объекты пояса Койпера являются остатками планетезималей, которые не сформировались в планеты. Их изучение представляет большую ценность. Следует отметить, что земные телескопы могут заметить только Плутон и Харон, орбитальный Хаббловский телескоп ещё может засечь некоторые объекты пояса Койпера (наиболее крупные), но ни один современный телескоп предоставить подробное изображение поверхности данных космических тел, поэтому сведения о них остаются далеко не полными и неточными.
Пояс Койпера - область Солнечной системы, лежащая за орбитой Нептуна. Простирается на расстояниях 30 - 55 а.е. от Солнца. Первые объекты в поясе Койпера были открыты в 1992 году, если не считать открытие Плутона в 1930-ом.
Пояс Койпера, как и Главный (Внутренний) пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера, состоит из малых тел, оставшихся от ранних этапов формирования Солнечной системы. Но, по современным представлениям, астероиды пояса Койпера состоят в основном не из скальных пород, как астероиды Главного пояса, а из замёрзших кусков воды и газов вроде аммиака и метана.
Пояс Койпера не только больше Внутреннего пояса по своим размерам, но тяжелее от 20 до 200 раз. Уже открыто более тысячи объектов, но предполагают существоване ещё нескольких десятков тысяч неоткрытых объектов диаметром более 100км.
Плутон, недавно разжалованный из планет в разряд карликовых планет, тоже принадлежит к поясу Койпера. Кроме Плутона, здесь также располагаются и другие карликовые планеты - Макемаке и Хуамеа. Эрида вроде бы тоже "здесь", но её орбита уходит далеко за пределы пояса и принадлежит одновременно к Рассеянному Диску. Рассейнный диск может рассматриваться как часть пояса Койпера, но чаще его понимают как переходную зону - от пояса Койпера к Облаку Орта.
На сегодняшний день в поясе Койпера открыто больше тысячи крупных астероидов. Предполагаемое число неоткрытых мелких объектов размером около ста километров - несколько десятков тысяч. Общая масса пояса Койпера в десятки раз больше массы внутреннего кольца астероидов.
Одно время считалось, что пояс Койпера является поставщиком комет с периодом обращения до 200 лет. которые периодически залетают во внутренние области Солнечной системы. Но, по последним данным больше похоже, что объекты пояса имеют сравнительно устойчивые орбиты, а кометы этого типа прилетают к нам из гораздо более далёкого Рассеянного Диска.
Также, есть предположения, что некоторые малые тела Солнечной системы первоназчально возникли в поясе Койпера и лишь потом оказались во внутренних областях Солнечной системы. Таковы например спутник Нептуна Тритон и спутник Сатурна Феба.
Объекты пояса Койпера иногда делят на три вида: 1. Кьюбивано - это классические обитатели пояса Койпера. Они омеют почти круговые орбиты и их движение не связано с движением других планет. Названы так по имени первого открытого объекта - 1992 QB1. Сюда входят также например Макемаке, Квавар и Варуна. 2. Плутино - названы в честь карликовой планеты Плутон. Орбиты Плутино находятся в орбитальном резонансе с движением Нептуна в виде целых чисел: 1:2, 2:3, 2:5, 3:4, 3:5, 4:5 и так далее. Сюда входят такие тела как Орк, Иксион и Хуйа. 3. Рассеянные объекты, принадлежащие или частично принадлежащие Рассеянному диску. Самые известные представители: Эрида и Седна.
ПОЯС КОЙПЕРА
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
За орбитой планеты Нептун,
Где находится царство комет,
Глыбы льда по пространству плывут
Уже многие тысячи лет.
Пояс Койпера – там есть вода,
Мы пока что не знаем когда
Это создано и для чего…
Андрей Червоноградовъ [7]
Цель работы: значение объектов пояса Койпера для развития Солнечной системы
Задачи: 1. Собрать материал о поясе Койпера или ТНО;
2. Сделать подробный анализ полученной информации;
3. Создать познавательный фильм для учащихся.
Объект исследования: литература и другие ресурсы о поясе Койпера или ТНО.
Предмет исследования: научные теории о возникновении пояса Койпера.
Методы: использование Интернет-ресурсов.
Практическая значимость данной работы заключается в том, чтобы собранный материал использовать в учебных целях на уроках физики и во внеклассных занятиях по этому предмету.
1. Открытие пояса Койпера
Кеннет Эджворт в 1949 высказал предположение, что за орбитой Нептуна должен существовать пояс небольших тел, источник комет, но длительное время в этом регионе не было известно ни одного объекта, кроме Плутона (открыт в 1930) и его спутника Харона (открыт в 1978). Предположения о существовании за орбитой Нептуна многочисленных малых ледяных астероидов (неразличимых в телескопы того времени), неоднократно высказывали с 1930 по 1980 и другие астрономы — американцы Леонард и Уиппл, уругваец Фернандес. [5]
В 1951 Джерард Койпер писал, что если в районе орбиты Плутона некогда существовали небольшие тела, то они должны были сместиться в очень отдаленные области, а пространство, непосредственно прилегающее к Плутону, — свободно от космических тел. Несмотря на такой взгляд Койпера, его имя закрепилось за поясом, существование которого он отрицал. Международный астрономический союз рекомендует называть астероиды внешнего пояса просто транснептуновыми объектами, то есть расположенными за орбитой восьмой планеты — Нептуна. Такое обозначение соответствует географии Солнечной системы и никак не связано с какими-либо научными гипотезами прошлых лет. [5]
2. Первые объекты пояса Койпера
Пояс Койпера (иногда также называемый пояс Эджворта - Койпера) - область Солнечной системы от орбиты Нептуна (30 а. е. от Солнца) до расстояния около 55 а. е. от Солнца. Хотя пояс Койпера похож на пояс астероидов, он примерно в 20 раз шире и в 20-200 раз массивнее последнего. Как и пояс астероидов, он состоит в основном из малых тел, то есть материала, оставшегося после формирования Солнечной системы. В отличие от объектов пояса астероидов, которые в основном состоят из горных пород и металлов, объекты пояса Койпера состоят главным образом из летучих веществ (называемых льдами), таких как метан, аммиак и вода, с небольшими примесями органических веществ, то есть близки к кометному веществу. В этой области ближнего космоса находятся по крайней мере три карликовые планеты: Плутон, Хаумеа и Макемаке. Кроме того, считается, что некоторые спутники планет Солнечной системы, такие как спутник Нептуна Тритон и спутник Сатурна Феба, также возникли в этой области. [5]
Первый объект пояса Койпера, расположенный на расстоянии 41 а. е. был открыт в 1992 году. Его назвали 1992QB1. В настоящее время открыто более 400 подобных объектов, размеры которых превышают 200 км, находящихся далеко за орбитой Нептуна и Плутона. По современным оценкам, в поясе Койпера до 35 000 объектов размерами свыше 100 км, а общая численность тел, по расчетам специалистов, оценивается в несколько миллиардов. Следовательно, пояс Койпера имеет полную массу, в сотни раз большую, чем пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Объектов пояса Койпера на расстоянии, превышающем 100 а. е. не найдено. Либо далекие тела имеют более темную поверхность, либо за этой границей находятся только мелкие объекты. Ответить на вопрос, где заканчивается Солнечная система, предстоит в XXI веке. Кроме обычных кометных ядер в поясе Койпера обнаружены объекты, поверхность которых имеет выраженный красный цвет. Красный цвет считают признаком наличия молекул, содержащих углерод и кислород, органические соединения. Могли ли кометы принести на Землю сырье для зарождения жизни? В 2000 году в поясе Койпера обнаружен объект 20-й звездной величины, предварительно названный 2000WR106. По предварительным расчетам он имеет большие размеры (900–1200 км), чем самый крупный астероид Церера, обращающийся между Марсом и Юпитером. Но вне зависимости от этого 2000WR106 является обычным объектом пояса Койпера, а не новой планетой, открытой за орбитой Плутона. Средний радиус его орбиты составляет 43 а. е. Кстати, другой крупный объект пояса Койпера был обнаружен в начале 2000 года. Его радиус оценивается в 600 км. [3]
Очередной крупный астероид в поясе Койпера был открыт в июле 2001 года на расстоянии 42–49 а. е. от Солнца. Он получил наименование 2001KX76. Этот астероид совершает три оборота вокруг Солнца за время, в течение которого Нептун обращается вокруг Солнца четыре раза. Предполагают, что размеры небесного тела составляют 1270 км; в этом случае, он превышает размеры Цереры и спутника Плутона Харона.
Открытия таких крупных объектов пояса Койпера лишний раз подтверждает, что Плутон – не девятая планета Солнечной системы, а лишь крупнейший объект пояса Койпера. К середине 2016 годачисло найденных объектов составило 2000 (Рисунок 1). [3]
Рисунок 1. Пояс Койпера / NASA
3. Объекты пояса Койпера и миграция планет
Было сделано много удивительных открытий, касающихся пояса Койпера (Рисунок 2). Например, обнаружили, что есть разные виды объектов пояса Койпера. Им дали разные названия: классические, резонансные, рассеянные и обособленные. Они динамически отличаются друг от друга — в основном по причинам, связанным с гравитационным контролем Нептуна, который является довольно массивной планетой (в 16 раз массивнее Земли) и находится не так далеко от некоторых объектов пояса Койпера. Нептун накладывает динамическую структуру на пояс Койпера из-за своего гравитационного влияния. Доказали, что Плутон — это просто один из больших объектов пояса Койпера, определили распределение размеров и масс в поясе Койпера и поняли, что это только верхушка айсберга, т.к. 100 000 объектов пояса Койпера были неизвестными. [1]
Несмотря на то, что объектов пояса Койпера, очень много, их масса довольно мала и равна только 10% от массы Земли. Это было загадкой: как формируются эти тела, если у них такая маленькая масса? Очень мало материала распространено по большому объему пояса Койпера. Эти тела растут очень медленно. Модели малой массы пояса Койпера стали горячей темой. Они были основаны на идее, что пояс Койпера был гораздо более массивным, когда начал формироваться, — в 20 или 40 раз массивнее Земли. Но большая часть массы была потеряна. [1]
Рисунок 2. Пояс Койпера.
4. Состав пояса Койпера
В Поясе Койпера обнаружено более тысячи объектов, и теоретически существует ещё 100 000 объектов диаметром более 100 км. Учитывая их малый размер и крайнюю удалённость от Земли, очень трудно определить химический состав объектов Пояса Койпера.
Однако спектрографические исследования, проведённые для этого региона с момента его обнаружения, как правило, указывают на то, что его объекты в основном состоят из льда: смеси лёгких гидрокарбонатов (таких как метан), аммиака и водяного льда - состав, который они делят с кометами. Первоначальные исследования также подтвердили широкий спектр цветов среди объектов Пояса Койпера, от нейтрального серого до тёмно-красного.
Это говорит о том, что их поверхности состоят их широкого спектра соединений, от грязных льдов до гидрокарбонатов. В 1996 году Роберт Браун и его коллеги получил спектроскопические данные по объекту Пояса Койпера 1993 SC, раскрывая, что состав его поверхности похож на состав Плутона, а также спутника Нептуна Тритон, которые имеют большие количества метрового льда. [1]
Рисунок 3. Иллюстрация сравнения восьми самых крупных объектов Пояса Койпера. Предоставлено: NASA/Lexicon.
Водяной лёд был обнаружен на нескольких объектах Пояса Койпера, в том числе на 1996 TO66, 38628 Huya и 20000 Varuna. В 2004 году Майк Браун и его коллеги определили существование кристаллического водяного льда и гидрата аммиака на самом большом из известных объектов Пояса Койпера, 50000 Quaoar (Квавар). Оба этих вещества распались бы за время, равное возрасту нашей Солнечной системы, предполагая, что Quaoar недавно обновил поверхность либо в результате тектонической активности, либо столкновений с метеоритами.
Помимо Плутона в поясе Койпера есть и много других объектов, достойных упоминания. Квавар, Макемаке, Хаумеа, Орк и Эрида - это самые крупные ледяные тела в поясе. Некоторые из них имеют свои собственные спутники. Все они чрезвычайно далеки от нас, но очень многие из них в пределах досягаемости (Рисунок 3). [6]
5. Категории объектов пояса
В мае 2008 года уже насчитывалось 1077 объектов, находящихся в транснептуновом поясе. Все они подразделяются на несколько категорий:
Их орбиты отличается тем, что они находятся под небольшим наклоном и имеют ярко выраженную круглую форму. Также они никак не связаны с обращением и движением более крупных тел - планет. Данные объекты также принято называть "кьюбивано". К 2004 их насчитывалось уже 524.
Это название говорит само за себя. Такие тела образуют орбитальные резонанс с Нептуном. Объекты с резонансным соотношением 2:3 причисляют к плутино. На 2005 было известно 150 тел, которые можно было бы отнести к группе плутино и еще около 20 иных резонансных объектов. Предположительно объекты плутино в поясе Койпера составляют 10-20% от общего количества тел его пространства.
Предположительно в основной состав тел, находящихся в поясе Койпера, входит лед и небольшие фрагменты органических соединений. Это делает их схожими по элементому составу с веществом, из которого обычно состоят кометы.
Суммарная масса тел, обращающихся в пределах пояса Койпера, не в одну сотню раз превосходит суммарную массу астероидного пояса, но предположительно уступает общему массовому показателю тел облака Оорта. Ученые также сумели озвучить приблизительное число объектов, постоянно находящихся в поясе Койпера. Число тел, поперечник которых достигает 1000 км здесь находится около 1000; с поперечником более 100 км - 7000; и более 45 000 с поперечником 50 км. [5]
6. Исследование
Рисунок 4. Карликовая планета Плутон. Предоставлено: NASA.
Огромный и малоисследованный Пояс Койпера является источником многих комет и считается отправной точкой всех короткопериодических комет (то есть с орбитальными периодами до 200 лет). Наиболее известные из них - комета Галлея, которая была активной в последние 16 000 - 200 000 лет. [1]
7. Внешняя граница пояса Койпера
8. Орбитальный резонанс
Это открытие сделала Рену Малхотраиз Аризоны в 1990-х годах вскоре после открытия пояса Койпера. Наблюдение за первыми резонансными объектами привело к появлению этой прекрасной модели. Но вопрос в том, как затянуть эти объекты в резонанс. Если просто разбросать объекты пояса Койпера, немногие из них войдут в такой резонанс. Рену объяснила и это, опираясь на работы Фернандеза и Уинга Ипа, в которых говорилось, что планеты мигрируют. Радиусы орбит планет не всегда были такими, как сейчас: Нептун, к примеру, сначала был ближе к Солнцу, а затем двигался по направлению от него.
Рисунок 7. Объект пояса Койпера. NASA. Художественное воспроизведение.
9. Влияние на Солнечную систему
Пояс Койпера сильно повлиял на понимание происхождения и динамики Солнечной системы. До этого Солнечная система была похожа на часы: набор планет, вращающихся вокруг Солнца непринужденно, стабильно, предсказуемо и даже скучно. После обнаружения пояса Койпера, а особенно резонансных объектов, из-за которых мигрируют планеты, появились необыкновенные возможности. Если планеты уносились туда, где они находятся сейчас, они, возможно, прошли через резонансы друг друга. Если это так, то они сотрясли Солнечную систему, и произошли разные хаотичные процессы. В некоторых моделях потеря 99,9% объектов пояса Койпера могла произойти в результате сильного сотрясения Солнечной системы, которое случилось в результате взаимодействий между Юпитером и Сатурном, которое произошло в результате миграции планет.
Понимание того, что структура пояса Койпера зависит от миграции планет, изменило направление исследований Солнечной системы. Особенности, которые не были ожидаемы и которые никто не предсказывал, оказались удивительно важными для понимания нашего места в этой системе. Влияние пояса Койпера на изучение Солнечной системы и эволюции ее формирования было огромным. Наше понимание происхождения архитектуры Солнечной системы сильно отличается от того, что мы думали раньше. И теперь мы понимаем, что Солнечная система работает далеко не как часы. [1]
10. Пояс Койпера и облако Оорта
Кометы обычно не очень большие (около километра в диаметре), и они теряют массу (она уходит в хвост). Мы можем посчитать, как долго комета может терять массу по нашим меркам. И это происходит не очень долго — около 10 000 лет. Ядро кометы не может быть того же возраста, что и Солнечная система, которой уже 4,5 миллиардов лет. Скорее всего, они недавно появились в Солнечной системе. Другими словами, они только появляются в Солнечной системе где-то недалеко от Земли и, как только они появляются, начинают испаряться. Вопрос в том, откуда они берутся.
Есть два ответа на этот вопрос. Первый был сформулирован в 1950-х годах голландским астрономом Яном Оортом. Он выяснил, что долгопериодические кометы (те, чьи орбиты старше 200 лет) имеют эллиптическую орбиту очень большого размера, которая распространяется рандомно. Примерно равное количество приходит из разных сторон: из северного полушария, из южного, из сферического и изотропного источника. Сферический источник называют облаком Оорта (Рисунок 5). Оно выглядит как большой пчелиный рой, окружающий Солнечную систему. Он огромный, в 50 000 или 70 000 раз больше расстояния между Солнцем и Землей. Это источник долгопериодических комет. Мы не наблюдаем за объектами в облаке Оорта, потому что они слишком тусклые для наших телескопов. Все, что мы знаем об облаке Оорта, включая сведения о его существовании, было получено из комет, которые выбились из облака Оорта гравитацией пролетающих мимо звезд. [6]
Рисунок 8. Комета ISON проходит мимо Венеры. Комета прилетела из облака Оорта / NASA, Marshall Space Flight Center, Ноябрь 2013
С другой стороны, короткопериодические кометы (с периодом меньше 200 лет) имеют относительно малую и круглую орбиту (Рисунок 8). Они распределены не рандомно, а, напротив, совмещены с плоскостью орбит Солнечной системы. Вопрос тот же: откуда они берутся? Оорт говорил, что они приходят из облака Оорта, но Юпитер смог поймать их и переломить их орбиты так, чтобы они сформировали диск. Эта идея принималась с 1950-х до 1980-х годов. Но оказалось, что Юпитеру сложно схватывать достаточно долгопериодических комет из облака Оорта и делать их короткопериодическими.
Пояс Койпера, который мы знаем, поставляет Солнечной системе короткопериодические системы. И так как пояс гораздо ближе (50 астрономических единиц вместо 50 000 астрономических единиц облака Оорта), мы можем наблюдать за ним, а не просто за предметами, которые залетели в околоземное пространство. Это еще одна причина, по которой пояс Койпера так нашумел среди астрономов. [1]
11. Будущие направления исследований
Обнаружение пояса Койпера дало нам лучшее понимание того, как устроена Солнечная система, не смотря на то, что все еще не можем видеть далекие ее части. Не можем наблюдать за облаком Оорта, потому что оно слишком далеко и объекты недостаточно яркие. Даже внешние части пояса Койпера не так просто найти. Предполагается, что пояс Койпера смешивается с облаком Оорта, и хотелось бы знать, где и как это происходит. Хотелось бы измерить орбитальную структуру пояса, тогда появится возможность более детально поговорить о происхождении и эволюции Солнечной системы. Например, резонансный захват работает по-разному, если планеты мигрируют медленно и плавно и если они мигрируют быстро и в прыгающем режиме. Измерения орбит объектов пояса Койпера потенциально могут рассказать, как мигрировал Нептун.
12. Заключение
Открытие пояса Койпера сильно повлияло на понимание происхождения и динамики Солнечной системы. До этого Солнечная система была похожа на часы: набор планет, вращающихся вокруг Солнца непринужденно, стабильно, предсказуемо. После обнаружения пояса Койпера, а особенно резонансных объектов, из-за которых мигрируют планеты, появились необыкновенные возможности доказательства того, что планеты, возможно, прошли через резонансы друг друга. А если это так, то они сотрясли Солнечную систему, в результате чего произошла потеря 99,9% объектов пояса Койпера. Нечто подобное случилось в результате взаимодействий между Юпитером и Сатурном, которое произошло в результате миграции планет. Влияние пояса Койпера на изучение Солнечной системы и эволюции ее формирования было огромным, т.к. изменилось понимание происхождения архитектуры Солнечной системы. Как только появится возможность увидеть далекие ее части, измерить орбитальную структуру пояса, так появится возможность более детально поговорить о происхождении и эволюции Солнечной системы.
Пояс Койпера представляет собой округлую область ледяных тел за орбитой Нептуна. Он простирается от орбиты Нептуна (30 АЕ) до примерно 50 АЕ от Солнца. В этом регионе миллионы объектов; большинство из них сделаны из ледяных летучих веществ.
Вскоре после открытия Плутона в 1930 году исследователи начали строить предположения, что он может быть не один во внешней Солнечной системе.
Лишь в 1992 году было обнаружено существование других объектов в этом регионе. Эти объекты были ничем иным, как большим полем обломков на краю Солнечной системы. Вместе они составляют Пояс Койпера.
Кроме того, многие астрономы теоретизировали о существовании пояса Койпера за десятилетия до его открытия. Это огромное и таинственное место, которое мы только начали исследовать. Давайте копнем глубже и выясним, что же такое пояс Койпера, где он расположен, и как он был создан?
Определение пояса Койпера
Пояс Койпера - это кольцевидная область ледяных тел за орбитой Нептуна. Как и пояс астероидов, он содержит миллионы маленьких тел, все остатки от формирования Солнечной системы.
Эти ледяные объекты также называют транс-нептунскими объектами (ТНО) или объектами пояса Койпера.
Не путайте пояс Койпера с Облаком Оорта, которое представляет собой более отдаленную область кометоподобных тел, которая окружает пояс Койпера и Солнечную систему.
Расположение и состав
Пояс Койпера простирается от орбиты Нептуна (около 30 астрономических единиц [АЕ]; 4,5 млрд. км) до приблизительно 50 АЕ (7,5 млрд. км) от Солнца.
Он в 20 раз шире и в 20-200 раз массивнее пояса астероидов, который расположен между орбитами Марса и Юпитера.
Пояс Койпера является домом для многих карликовых планет, включая Плутон, Эрис, Хаумеа и Макемаке. Большинство объекты в поясе Койпера сделаны из ледяных летучих веществ, таких как вода, аммиак и метан.
Несмотря на то, что он содержит сотни тысяч лун, некоторые исследования предполагают, что в регионе могли возникнуть такие крупные спутники, как Феба Сатурна и Тритон Нептуна.
Как он был создан?
Хотя происхождение Пояса Койпера и его сложная структура не вполне понятны, ученые полагают, что он содержит остатки, оставшиеся от начала Солнечной системы.
Если бы Нептуна там не было, ледяные объекты в этом регионе могли бы собраться вместе и сформировать планету. Однако гравитационное притяжение Нептуна настолько взбудоражило эту область космоса, что эти ледяные объекты не смогли бы слиться в одну планету.
Согласно модели Ниццы, которая представляет сценарий динамического развития Солнечной системы, пояс Койпера мог сформироваться ближе к нашему Солнцу, чем его нынешнее местоположение. Уран и Нептун участвовали в сложном танце, меняя позиции и перемещаясь наружу в Солнечной системе.
Поскольку обе планеты отошли от Солнца, их гравитационное притяжение могло унести с собой большинство ледяных объектов (в поясе Койпера). Таким образом, многие из этих маленьких ледяных объектов были перенесены из своих первоначальных мест в более холодную область Солнечной системы.
Кто открыл пояс Койпера?
Он назван в честь голландского астронома Джерарда Койпера, хотя он и не предполагал его существования. Однако его исследования были хорошо известны среди исследователей, так что общая идея пояса Койпера стала приписываться ему.
В 1943 году независимый астроном-теоретик Кеннет Эджворт опубликовал статью, в которой высказал гипотезу, что материалы за пределами орбиты Нептуна слишком широко рассеяны, чтобы конденсироваться в планеты.
Вместо этого эти материалы конденсируются в несколько меньших тел во внешней области Солнечной системы. Время от времени некоторые из этих тел уходят из своего региона и появляются как случайные посетители внутренней Солнечной системы, которую мы называем кометами.
Благодаря невероятной работе Эджворта, ученые иногда используют альтернативное название "Пояс Эджворта-Койпера", чтобы приписать ему заслуги.
В 1992 году астроном Дэвид Джевитт и его ученица Джейн Луу обнаружили кандидата в КВО 1992 года QB1. Это была первый объект в поясе Койпера, обнаруженная после Плутона и Харона. Почти полгода спустя, они обнаружили второй объект (181708) 1993 FW.
К настоящему времени астрономами открыто более 2000 объектов в поясе Койпера, и считается, что в регионе существует более 100 000 крупных объектов на расстоянии более 100 км.
7 интересных фактов о поясе Койпера
1. У многих объектов в поясе Койпера есть спутники
Большое количество объектов Пояса Койпера либо имеют Луны, либо являются двойными объектами. Спутники - это существенно меньшие тела, вращающиеся вокруг больших объектов. Объект в этом регионе может иметь более одной луны. Квавар, Хаумеа, Эрис и Плутон - это все объекты Пояса Койпера, имеющие Луны.
Двойные объекты, с другой стороны, это пары объектов, которые относительно похожи по массе или размеру. Они вращаются вокруг общего центра масс, который лежит между ними
2. Они гораздо менее массивны, чем Земля.
Несмотря на огромную протяженность пояса Койпера, его общая масса составляет менее 2% от массы Земли.
Это противоречит стандартным моделям, которые указывают, что пояс Койпера должен в 30 раз превышать массу Земли. Тайна 99% недостающей массы остается нерешенной.
Однако некоторые исследователи предполагают, что объекты в поясе Койпера из-за большого количества столкновений постепенно разрушают друг друга в пыль. Таким образом, пояс Койпера, вероятно, исчезнет в далеком будущем.
3. Это источник комет
Пояс Койпера - один из регионов, откуда берутся кометы. Когда объекты в поясе Койпера сталкиваются, они создают меньшие части, которые могут быть ускорены гравитацией Нептуна на орбиты, которые направляют их к Солнцу.
Гравитационное притяжение Юпитера затем загоняет эти кусочки в короткие петли, продолжающиеся два десятилетия или меньше. Эти части известны как кометы семейства Юпитера.
Хотя большинство из них в конечном итоге становятся бездействующими, астрономы обнаружили некоторые околоземные астероиды, которые напоминают сгоревшие кометы. Наблюдения показывают, что эти кометы начались бы в Поясе Койпера или Облаке Оорта.
4. Более 6 десятилетий астрономы не осознавали, что обнаружили пояс Койпера
Первый объект в поясе Койпера - Плутон - был открыт в 1930 году. В то время исследователи не имели представления о распределении небесных тел во внешней области Солнечной системы. Несмотря на странно наклоненную орбиту Плутона, исследователи считали его одинокой планетой.
С открытием второго объекта в поясе Койпера в 1992 году исследователи поняли, что Плутон не одинок: в этом регионе миллионы маленьких ледяных объектов, вращающихся вокруг Солнца.
5. Пять крупнейших объектов в поясе Койпера
Учитывая их радиус, пять самых больших объектов пояса Койпера
- Плутон (1188 км) : самая большая из известных ледяных карликовых планет.
- Эрида (1163 км) : самая массивная и вторая по величине известная карликовая планета в нашей Солнечной системе.
- Хаумеа (780 км): самая быстро вращающаяся карликовая планета с кольцом вокруг нее.
- Макемаке (715 км) : вероятно, карликовая планета со своим спутником, S / 2015 (136472) 1.
- Квавар (555 км) : возможная карликовая планета с предполагаемой плотностью 2,2 г / см 3.
6. Первый рукотворный объект, входящий в пояс Койпера.
В 1983 году "Пионер 10" стал первым космическим кораблем, вышедшим в космос за пределы орбиты Нептуна. Поскольку в то время Койперский пояс не был обнаружен, космический зонд не изучал ледяной мир в этом регионе.
Зонд "Новые горизонты" НАСА стал первым межпланетным космическим зондом, который был запущен (в 2006 году) с целью пролета и изучения одного или нескольких объектов в поясе Койпера в последующее десятилетие.
В июле 2015 года космический аппарат пролетел над Плутоном и его лунами, собирая данные об атмосфере, и поверхностях. В 2019 году он совершил ближний полет на объекте под названием 486958 Аррокот в районе Койперского пояса.
7. Гипотетическая планета может объяснить некоторые объекты пояса Койпера
В 2015 году исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили математические доказательства, предполагающие, что "Планета X" может скрываться далеко за Плутоном. Она еще не наблюдалась, но расчеты показывают, что она там есть.
Гравитационное притяжение этой неизведанной планеты могло бы объяснить уникальные орбиты, по крайней мере, пяти небольших ледяных объектов в поясе Койпера. Если бы они были обнаружены, это переосмыслило бы наше понимание эволюции Солнечной системы.
Когда мы смотрим в чёрное небо, то понимаем, что светящиеся точки бесконечно малы по сравнению с тёмной пустотой. Чаще любуемся звёздами, реже наблюдаем планеты, но они не единственные жители космоса. В этой кажущейся пустоте находятся целые миры, скопления, огромные семьи небесных тел.
Что из себя представляет пояс
Пояс Койпера — ледяной мир на окраине Солнечной системы. Это пространство, состоящее из малых объектов. Многие из них меньше нашей подружки — Луны. Пояс расширяется за орбитой Нептуна и выглядит, как пончик: толстенький и круглый.
Учёные считают Пояс Койпера родным домом комет. Там рождаются короткопериодические кометы. Они проходят по орбите менее, чем за 200 лет.
Количество жителей ледяного семейства неизвестно. Предполагаются сотни тысяч объектов и триллион комет. На данный момент подтверждено существование 1300.
Объекты пояса Койпера
Карликовые планеты, принадлежащие Поясу Койпера, обладают тоненькими атмосферами, которые разрушаются, по мере отдаления планеты от Солнца. У некоторых из них есть крошечные спутницы — луны. Особенные из них, больше Плутона. Из-за этого факта Плутон лишили статуса планеты. Совершенно понятно, что в ледяном мире жизни быть не может.
Новые Горизонты на фоне Плутона и Харона
Его открыли, потому что очень этого хотели
Строение Солнечной системы
Астрономы только предполагали наличие объектов за Плутоном. Споры велись весь двадцатый век. В 1943 г. Кеннет Эджворт выдвинул гипотезу, что кометы, посещающие Солнечную систему, это небесные тела, проживающие за её внешней границей. По неизвестным причинам они покидают привычные места и путешествуют ближе к Солнцу. Своё имя Пояс Койпера получил от Джерарда Койпера. Астроном говорил о возможности наличия диска из множества ледяных тел, но считал влияние Плутона достаточно сильным. Предполагал, что Плутон рассеял тела к далёкому облаку Оорта.
По мере того, как учёные обнаруживали на орбитах Урана, Сатурна, Нептуна ледяные планетоиды, гипотеза об огромном скоплении таких тел крепла и ждала своего подтверждения. Доказательство нашли Девид Джуит и Джейн Лу. Пять лет фотографировали и изучали кажущуюся пустоту. В августе 1992 года они увидели первый объект пояса Койпера, затем, через шесть месяцев, второй объект. Сейчас, в ходе исследования известных тел, продолжают открывать всё новые и новые объекты.
Жители Пояса Койпера
Астрономы называют тела в этой области — объект пояса Койпера, сокращённо ОПК. Исследования ОПК основываются на параметрах отражающей поверхности. Так определяют размер. По составу ОПК содержат, в замороженном состоянии, углекислый лёд, азот, метан, аммиак, метанол, возможно воду. Точное количество обитателей пояса неизвестно. При открытии нового объекта, учёные классифицируют его, как планету или астероид. На это уходят годы, потому что видимость ограничена, сведения минимальны и чаще, приходится основываться на предположениях.
Хаумеа
Хаумеа со спутниками
Наиболее необычным ОПК является Хаумеа. Предполагают, что она образовалась от сильнейшего удара в результате столкновения. Сейчас Хаумеа и её две маленькие луны, Хииака и Намака, кружатся с поразительной скоростью — один оборот вокруг оси за четыре часа. За счёт такого стремительного вращения Хаумеа похожа на мяч для регби.
Седна
Планета Седна названа в честь ледяной эскимоской богини. Период её вращения 10500 лет. Она отдаляется от Солнца в самую холодную область системы. Седну не всегда причисляют к ОПК, потому что она путешествует значительно дальше, но открыта благодаря изучению Пояса Койпера.
Эрида
Эрида и Дисномия
Карликовая планета Эрида меньше Плутона на 10%. Она совершает оборот вокруг Солнца за 560 лет. Имеет спутницу — луну Дисномию.
Плутон
Анимация вращения Плутона и Харона
Харон
Квавар
Квавар один из крупнейших объектов. Его диаметр около 1300 км. Планета состоит из камня и водяного льда.
На её поверхности 220 гр. мороза. Имеет спутник — Вейвот, 100 км в диаметре.
Макемаке
Макемаке совершает свой круг вокруг Солнца за 306 лет. Поверхность покрыта метановым снегом и льдом. Имеет временную атмосферу из азота, которую уносит планетарный ветер при удалении от Солнца.
Для учёных-астрономов Пояс Койпера — это неисчерпаемый источник сюрпризов. Они открывают, сравнивают, спорят и определяют всё новые планеты и астероиды. Для изучения используется самая современная техника. Эта область Солнечной системы ещё не раз удивит впечатляющими открытиями.
Читайте также: