Тисячі років астрономи спостерігали, як комети подорожують близько до Землі та освітлюють нічне небо. З часом ці спостереження призвели до низки парадоксів. Наприклад, звідки ці комети беруться? І якщо їх поверхневий матеріал випаровується, коли вони наближаються до Сонця (таким чином утворюючи свої знамениті ореоли), вони повинні утворитися далі, де вони існували б протягом більшої частини свого життя.
З часом ці спостереження привели до теорії, що далеко за межами Сонця та планет існує велика хмара з крижаного матеріалу та скелі, звідки походить більшість цих комет. Існування цієї хмари, яка відома як Хмара Оорта (після її головного теоретичного засновника), залишається недоведеною. Але з багатьох коротко- та довготривалих комет, які, як вважають, походили звідти, астрономи багато чого дізналися про його структуру та склад.
Визначення:
Хмара Оорта - це теоретична сферична хмара переважно крижаних планетимасил, яка, як вважають, оточує Сонце на відстані приблизно до 100 000 АС (2 літри). Це розміщує його в міжзоряному просторі, поза геліосферою Сонця, де він визначає космологічну межу між Сонячною системою та областю гравітаційного домінування Сонця.
Як і пояс Койпера та розсіяний диск, Хмара Оорта є водоймою транснептунівських об'єктів, хоча і знаходиться в тисячах разів більше від нашого Сонця, ніж ці два інших. Ідея хмарини крижаних нескінченних тварин вперше була запропонована в 1932 році естонським астрономом Ернстом Опіком, який постулював, що комети довгострокового періоду зароджуються в хмарі навколо орбіти на крайньому краю Сонячної системи.
У 1950 році цю концепцію воскресив Ян Оорт, який самостійно висунув гіпотезу про своє існування, щоб пояснити поведінку довгострокових комет. Хоча це ще не було доведено шляхом прямого спостереження, існування Хмари Оорта широко прийнято в науковій спільноті.
Структура та склад:
Хмара Оорта, як вважається, поширюється від 2000 до 5000 АС (0,03 та 0,08 л) до приблизно 50 000 АС (0,79 л) від Сонця, хоча деякі оцінки розміщують зовнішній край аж до 100 000 і 200 000 АС (1,58 і 3,16 лі). Вважається, що Хмара складається з двох регіонів - сферичної зовнішньої Хмари Оорта від 20 000 до 50 000 АС (0,32 - 0,79 л.) Та внутрішньої хмари Оорта (або Пагорби) у формі диска 2 000 - 20 000 АС (0,03 - 0,32 л.) .
Зовнішня хмара Оорта може мати трильйони об'єктів, що перевищують 1 км (0,62 милі), і мільярди, що вимірюють діаметр 20 кілометрів (12 миль). Його загальна маса не відома, але - якщо припустити, що комета Галлея є типовим зображенням зовнішніх об’єктів Хмари Оорта - вона має загальну масу приблизно 3 × 1025 кілограми (6,6 × 1025 фунтів), або п’ять Землі.
На основі аналізів минулих комет переважна більшість об’єктів Хмари Оорта складається з крижаних летючих речовин, таких як вода, метан, етан, оксид вуглецю, ціаністий водень та аміак. Поява астероїдів, які, як вважають, походять з Хмари Оорта, також спонукало теоретичні дослідження, які дозволяють припустити, що населення складається з 1-2% астероїдів.
Раніші оцінки розміщували її масу до 380 мас Землі, але вдосконалення знань про розподіл розмірів комет на тривалі періоди призвело до зниження оцінок. Тим часом масу внутрішньої Хмари Оорта ще належить охарактеризувати. Вміст і поясу Куйпера, і Хмари Оорта називають транснептунівськими об'єктами (ТНО), оскільки об'єкти обох регіонів мають орбіти, віддалені від Сонця, ніж орбіта Нептуна.
Походження:
Вважається, що хмара Оорта є залишком оригінального протопланетного диска, який сформувався навколо Сонця приблизно 4,6 мільярда років тому. Найпоширеніша гіпотеза полягає в тому, що об'єкти хмари Оорта спочатку згуртовувалися набагато ближче до Сонця як частина того ж процесу, який формував планети та другорядні планети, але гравітаційна взаємодія з молодими газовими гігантами, такими як Юпітер, викинула їх у надзвичайно довгий еліптичний або параболічні орбіти.
Останні дослідження NASA свідчать, що велика кількість хмарних об'єктів Оорта є продуктом обміну матеріалами між Сонцем та його зірками, які утворюються та розпливаються. Також передбачається, що багато - можливо більшість - хмарних об'єктів Оорта не формувалися в безпосередній близькості від Сонця.
Алессандро Морбідделлі з Обсерваторії Лазурного берега провів моделювання еволюції хмари Оорта від зародження Сонячної системи до сьогодення. Ці симуляції вказують на те, що гравітаційна взаємодія з прилеглими зірками та галактичними припливами модифікувала кометну орбіту, щоб зробити їх більш круговими. Це пропонується як пояснення того, чому зовнішня Хмара Оорта має майже сферичну форму, тоді як хмара Пагорбів, яка сильніше прив’язана до Сонця, не набула сферичної форми.
Недавні дослідження показали, що утворення хмари Оорта широко сумісне з гіпотезою про те, що Сонячна система формується як частина вбудованого скупчення 200–400 зірок. Ці ранні зірки, ймовірно, відігравали певну роль у формуванні хмари, оскільки кількість близьких зоряних проходів всередині кластера була значно більшою, ніж сьогодні, що призводить до набагато частіших збурень.
Комети:
Вважається, що комети мають дві точки походження в Сонячній системі. Вони починаються нескінченними тваринами у Хмарі Оорта, а потім стають кометами, коли проходять зірки вибивають якусь із своїх орбіт, відправляючи на довгострокову орбіту, яка переносить їх у внутрішню Сонячну систему і знову виходить.
Комети короткотермінового періоду мають орбіти, що тривають до двохсот років, тоді як орбіти довготривалих комет можуть тривати тисячі років. Якщо вважається, що короткотривалі комети виникли або з поясу Койпера, або з розсіяного диска, прийнята гіпотеза, що комети довгострокового періоду беруть початок у Хмарі Оорта. Однак є деякі винятки з цього правила.
Наприклад, є дві основні різновиди комети короткого періоду: комети сімейства Юпітера та комети сімейства Галлея. Комети сімейства Галлеї, названі за своїм прототипом (Комета Галлея), незвичні тим, що хоча вони і мають короткий період, вони, як вважають, походять з хмари Оорта. Виходячи з їх орбіт, можна припустити, що колись вони були кометами довгого періоду, які були захоплені силою тяжіння газового гіганта і відправлені у внутрішню Сонячну систему.
Дослідження:
Оскільки Хмара Оорта настільки далека, ніж пояс Койпера, регіон залишився недослідженим та значною мірою недокументований. Космічні зонди ще не досягли області хмари Оорта, і Вояджер 1 - найшвидший і найдальший з міжпланетних космічних зондів, які зараз виходять із Сонячної системи, - швидше за все, не дасть про нього ніякої інформації.
При його поточній швидкості, Вояджер 1 досягне хмари Оорта приблизно через 300 років, і пройде через неї близько 30 000 років. Однак приблизно до 2025 року радіоізотопні термоелектричні генератори зонда більше не будуть постачати достатню потужність для роботи будь-якого свого наукового інструменту. Інші чотири зонди, які зараз рятуються від Сонячної системи - Voyager 2, Pioneer 10 і 11, і Нові горизонти - також будуть нефункціональними, коли вони досягнуть хмари Оорта.
Дослідження Хмари Оорта представляє численні труднощі, більшість з яких виникає через те, що вона далека від Землі. На той час, коли робототехнічний зонд насправді зміг би дістатись до нього і почати серйозно досліджувати цей район, на Землі пройдуть століття. Не тільки ті, хто відправив його в першу чергу, були б давно мертвими, але людство тим часом, швидше за все, винайде набагато складніші зонди чи навіть пілотовані кораблі.
Тим не менш, дослідження можуть бути (і проводяться), вивчаючи комети, які періодично випльовуються, і обсерваторії дальньої дальності, ймовірно, зроблять цікаві відкриття з цього регіону космосу в найближчі роки. Це велика хмара Хто знає, що ми можемо там ховатися?
У нас є багато цікавих статей про хмару і сонячну систему Оорта для космічного журналу. Ось стаття про те, наскільки велика Сонячна система та одна по діаметру Сонячної системи. І ось усе, що вам потрібно знати про комету Галлея та за її межами Плутон.
Ви також можете ознайомитись із цією статтею НАСА про Хорту Оорта та з Мічиганського університету про походження комет.
Не забудьте поглянути на подкаст від Astronomy Cast. Епізод 64: Плутон та крижана зовнішня Сонячна система та Епізод 292: Хмара Оорта.
Довідка:
Дослідження сонячної системи НАСА: пояс Койпера та Хмара Оорта
