Летом 1992 года на вершине гавайской горы пара учёных заметила светящуюся точку, медленно проходящую сквозь созвездие Рыб. Впоследствии этот непритязательный объект, расположенный более чем в миллиарде километров от Нептуна, перепишет наше представление о Солнечной системе. Вместо пространства пустоты было что-то, скрывающееся за орбитами известных планет. Учёные обнаружили пояс Койпера, полосу замороженных объектов, оставшуюся от формирования Солнечной системы.
В настоящее время, по мере того, как исследователи узнают больше о поясе Койпера, происхождение и эволюция нашей Солнечной системы становятся все более понятным.
Взгляд крупным планом на объекты пояса Койпера пролил свет на то как могли формироваться планеты солнечной системы, в том числе и наша собственная.
Исследования этого региона выявили тысячи тел, называемых объектами пояса Койпера. При этом скромный объект, с которого всё началось, представлял собой кусок льда и камня диаметром примерно 250 километров.
В конце 1980-х планетолог Дэвид Джуитт и астроном Джейн Лу, работавшие в то время в Массачусетском технологическом институте, несколько лет занимались любопытными поисками. Дуэт использовал телескопы в Аризоне, чтобы делать снимки участков ночного неба, не имея конкретной цели. По словам учёных они буквально смотрели в космос в поисках чего-то. При этом наличие какой-то очевидной тайны мотивировало исследователей.
Известно, что внутренняя часть Солнечной системы относительно насыщена скалистыми планетами, астероидами и кометами, но, по-видимому, за пределами орбит газовых планет-гигантов было что-то кроме маленького Плутона.
Изучая стеклянные фотопластинки и цифровые изображения ночного неба, Джуитт и Лу искали объекты, которые двигались очень медленно, что являлось явным признаком их расположения на большом расстоянии от Земли. Пара учёных продолжала свои наблюдения, при этом прошли годы безрезультатных поисков.
Однако ситуация изменилась в 1992 году. Ночью 30 августа Джуитт и Лу проводили наблюдения при помощи телескопа Гавайского университета. Они использовали свою обычную технику поиска удалённых объектов: делали снимок ночного неба, затем через час или около того, делали ещё один снимок того же участка неба и так далее. При этом объект во внешних пределах Солнечной системы должен был немного менять положение от одного изображения к другому, в основном из-за движения Земли по своей орбите. При этом если это реальный объект, он должен систематически двигаться с некоторой скоростью.
Фото: militaryarms.ru
К 21:14 того же дня Джуитт и Лу получили два изображения одной и той же части созвездия Рыб. Исследователи просматривали изображения на выпуклом мониторе с электронно-лучевой трубкой своего компьютера одно за другим и искали всё, что двигалось. Сразу же выделился один объект: пятнышко света чуть сместилось к западу. Но праздновать было рано. На снимках ночного неба постоянно появляются ложные сигналы от летящих в космосе высокоэнергетических частиц (космических лучей). При этом исследователи знали, что настоящим результатом будет появление пятнышка более чем на двух изображениях. Потому Джуитт и Лу нервно ждали до 23:00, пока камера телескопа не закончила делать третье изображение. Там был тот же самый объект, но он переместился немного дальше на запад. Четвертое изображение, полученное сразу после полуночи, показало, что объект снова изменил своё положение. «Мы были просто потрясены», — вспоминает Джуитт.
Основываясь на яркости обнаруженного объекта и его неторопливом темпе учёные определили, что ему потребуется почти месяц, чтобы пройти расстояние равное ширине полной Луны для наблюдателя с Земли. Этот объект, чем бы он ни был, имел около 250 километров в диаметре, что довольно много. При этом, очевидно, что он вращался далеко за пределами Нептуна. И, по всей видимости, он был не один. Хотя Джуитт и Лу годами усердно прочесывали ночное небо, они наблюдали лишь крошечную его часть. Потому они пришли к выводу, что, возможно, существуют тысячи других объектов, подобных обнаруженному, которые просто ждут, чтобы их нашли.
При этом само осознание того, что внешняя Солнечная система, вероятно, кишит неоткрытыми телами, было ошеломляющим.
Всего несколько месяцев спустя Джуитт и Лу заметили второй объект, также вращающийся далеко за пределами Нептуна. В следующие несколько лет они нашли 40 или 50 подобных объектов. Далее по мере роста размера и чувствительности цифровых детекторов, которые астрономы использовали для захвата изображений, исследователи начали обнаруживать множество дополнительных объектов.
Джуитт и Лу поняли, что обнаружение всех этих замёрзших миров, некоторые из которых вращались за орбитой Плутона, имело некоторый смысл поскольку сам
Плутон всегда был чудаком — космическим коротышкой (меньше земной луны) совсем не похожим на своих соседей — газовых гигантов. Учёные предположили, что возможно, Плутон принадлежал не миру планет, а царству того, что лежит за его пределами. Они предсказали, что Плутон, вероятно, больше не будет членом планетарного клуба и действительно, к 2006 году он из него вышел.
Открытие объекта QB1 в 1992 году открыло миру глаза на пояс Койпера, названный в честь голландско-американского астронома Джерарда Койпера. При этом по иронии судьбы сам Койпер предсказывал, что эта область космоса будет пустой. Так в 1950-х годах он предположил, что любые объекты, которые могли там когда-то существовать, должны были быть изгнаны гравитацией в ещё более отдаленные уголки Солнечной системы. Сегодня исследователи знают, что пояс Койпера простирается на расстоянии примерно от 30 до 50 астрономических единиц от Солнца. При этом по словам Джуитта, внешне он напоминает «пончик».
Замерзшие тела, населяющие пояс Койпера, — это остатки бурлящего водоворота газа и пыли, породившего Солнце и планеты Солнечной системы. При этом когда один из этих космических остатков попадает во внутреннюю часть Солнечной системы и приближается к Солнцу, он превращается в объект, который мы распознаём как комету. Учёные также обнаружили, что далёкие планетарные системы также содержат диски обломков, которые абсолютно аналогичны нашему поясу Койпера.
Фото: spacegid.com
В 2015 году учёные впервые внимательно рассмотрели объект пояса Койпера, когда космический корабль New Horizons пролетел мимо Плутона. Снимки, полученные New Horizons в последующие годы, были в тысячи раз более подробными, чем предыдущие наблюдения Плутона и его спутников.
Миры предстали в виде богатых пейзажей состоящих из извергающих лёд вулканов и глубоких зубчатых каньонов.
Но на этом New Horizons не закончил исследование пояса Койпера. В канун Нового 2019 года, когда космический аппарат находился почти в 1,5 миллиардах километров от орбиты Плутона, он пролетел мимо другого объекта пояса Койпера, получившего название Аррокот. Этот объект имел примерно 35 километров в длину и, вероятно, был образован вследствие столкновения двух отдельных тел. При этом сама причудливая структура Аррокота проливает свет на то как газ и пыль слипаются и превращаются в более крупные тела.
Одна давняя теория, называемая планетезимальной аккрецией, говорит, что за это должна быть ответственна серия столкновений. Крошечные кусочки материала постоянно сталкиваются и слипаются, образуя всё более и более крупные объекты, Но когда объекты становятся достаточно большими, чтобы оказывать значительное гравитационное притяжение, они ускоряются по мере приближения друг к другу, при этом они соударяются слишком быстро и не скрепляются. При этом было бы необычно, если бы такой большой объект, как Аррокот, особенно с его двухкомпонентной структурой, образовался в результате последовательности столкновений.
По мнению исследователей более вероятно, что Аррокот образовался в результате процесса, известного как гравитационная неустойчивость. В этом сценарии комок материала, который оказывается более плотным, чем его окружение, растёт, притягивая газ и пыль. При этом если Аррокот сформировался таким образом, то, вероятно, и другие тела в Солнечной системе были сформированы аналогично.
Это может означать, что части Солнечной системы формировались гораздо быстрее, чем считалось ранее.
В настоящее время учёные стремятся изучить ещё хотя бы один объект пояса Койпера с близкого расстояния поскольку New Horizons всё ещё движется через него, но времени на идентификацию нового объекта и организацию наблюдения остаётся всё меньше, поскольку космический аппарат приближается к внешнему краю пояса Койпера. Для достижения этой цели несколько групп астрономов используют телескопы по всему миру, получая широкоугольный обзор пояса Койпера. Они зафиксировали более 800 ранее неизвестных объектов пояса Койпера, в результате чего общее число известных объектов достигло примерно 3000.
По словам учёных эта работа по каталогизации раскрывает интригующие закономерности того как тела в поясе Койпера движутся вокруг Солнца. В частности их орбиты не распределены равномерно, а имеют тенденцию к группированию, что может быть явным признаком того, что в прошлом эти тела подвергались гравитационному воздействию объектов которые, были ни чем иным, как газовыми гигантами Солнечной системы. Так в середине 2000-х учёные впервые предположили, что такие планеты, как Нептун и Сатурн, вероятно, приближались к Солнцу и удалялись от него в начале истории Солнечной системы, что объясняет поразительно похожие орбиты многих объектов пояса Койпера.
Фото: spacegid.com
Таким образом, по мнению учёных, уточнение ранней истории Солнечной системы требует наблюдения ещё большего количества объектов пояса Койпера. Исследователи ожидают, что новое астрономическое исследование позволит обнаружить ещё примерно 40000 объектов пояса Койпера и, возможно, произведет революцию в нашем понимании того, как развивалась ранняя Солнечная система.
По словам Джуитт предстоящие открытия станут возможны в значительной степени благодаря достижениям в области технологий, поскольку уже сейчас снимок одной из современных обзорных камер равен примерно тысяче снимков с установки используемой в 1992 году, однако, даже когда мы узнаем больше об этой области, должно остаться немного благоговения, поскольку это самая большая часть Солнечной системы, которую мы когда-либо наблюдали.