суббота, 18 января 2014 г.

Тайная история Солнечной системы. Часть 12. "Неправильные" орбиты объектов пояса Койпера


    Похоже, некоторые объекты пояса Койпера не знают о модели Ниццы

    «Текущее представление о том, как планеты Солнечной системы оказались на своих местах, называются моделью Ниццы - и долгое время считалось, что тела системы расположены именно там, где она предсказывает. Как выяснилось, это нам только казалось, и некоторые тела пояса Койпера, что за Нептуном, образовались, вообще говоря, бог весть как.
    После ряда переломных работ 2005 года принято считать, что Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун вначале вращались на круговых орбитах, отстоящих от Солнца на 5,5 - 17,0 а. е., то есть были расположены намного ближе и друг к другу, и к Солнцу. За орбитой крайней из планет находился большой диск из каменных и ледяных планетезималей (до 35 а. е., дальше нынешней орбиты Нептуна). На внутреннем крае этого диска планетезимали гравитационно взаимодействовали с самым удалённым гигантом, который менял их орбиты.

Объекты пояса Койпера и орбиты девяти (как считалось в момент создания изображения) планет нашей системы (иллюстрация Don Dixon)
    Планета захватывала маленькие ледяные тела, увлекая их ближе к Солнцу, при этом обмениваясь моментами импульса с планетезималями. Для компенсации переданного момента гигант слегка сдвигался от Солнца, начиная ещё чаще подбирать планетезимали и отправлять их к светилу, и так далее... Таким образом, орбиты Урана, Нептуна и Сатурна последовательно перемещались вовне, пока планетезимали не оказались вблизи Юпитера. Через несколько сотен миллионов лет Юпитер и Сатурн, два внутренних гиганта, вошли в орбитальный резонанс 1:2 (или 2:3), что резко увеличило эксцентриситет их орбит, дестабилизируя всю систему. Под действием Юпитера Сатурн перемещается к его нынешнему положению, попутно выталкивая от Солнца Нептун и Уран.
    В общем, это объясняет, почему часть потомков тех планетезималей находится теперь за нынешней орбитой Нептуна и стала поясом Койпера, а другая часть осталась внутри и образовала популяции астероидов-троянцев, делящих орбиты с внутренними планетами. В теории некоторые объекты пояса должны, по сути, быть «братьями» троянцев и иметь похожие основные характеристики.
    Новое исследование группы авторов во главе с Уэсли Фрэзером (Wesley Fraser) и Константином Батыгиным из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) показывает, тем не менее, что эта теория хорошо стыковалась лишь с видимыми светимостями наблюдаемых объектов пояса Койпера, то есть с тем, как ярко они выглядят для земного наблюдателя. Само собой, поскольку объекты пояса разбросаны на совершенно разном удалении от нас, вблизи иные из них могут быть ярче, а другие — тусклее. Посчитав такие абсолютные светимости, связанные в первую очередь с фундаментальными параметрами небесных тел вроде их размеров и альбедо, авторы приходят к выводу, что в действительности в поясе есть две разные популяции тел, часть которых согласуется с моделью Ниццы, в то время как другая упорно ей противоречит.
    Итак, в поясе Койпера налицо две популяции: тела, вращающиеся по почти круговым орбитам в плоскости, которая совпадает с плоскостью вращения восьми планет системы, и популяция, по орбитам скорее близкая к кометам (они сильно вытянутые и весьма наклонены под отношению к плоскости эклиптики). При этом вторая популяция имеет распределение размеров (связанных с абсолютной светимостью), как у астероидов-троянцев, то есть доли малых, средних и крупных тел по группам почти идентичны «троянцам» и таким же телам пояса Койпера.
    Однако другая часть пояса вовсе не хочет строиться по командам из Ниццы. Там доля крупных объектов в популяции значительно меньше, чем у троянцев, и это значит, что данная группа имеет другое происхождение. Авторы вообще полагают, что появление этих тел трудно согласовать с предполагаемыми механизмами образовании плантезималей, известными сегодня.
    Разница в размерах указывает на то, что объекты с «правильными орбитами», в отличие от тех побратимов троянцев, что вращаются по неправильным орбитам, являются местной, аборигенной группировкой, изначально возникшей там, где мы их сегодня видим. В теории у модели Ниццы есть варианты, когда часть изначального занептунового диска планетезималей спокойно пережила неурядицы миграций планет-гигантов и создала аборигенную популяцию тел. Но в таких сценариях масса этим поясом почти не теряется (слабо воздействие миграции) — а значит, она близка к нынешней общей массе пояса Койпера. 

Современное распределение объектов пояса Койпера (показаны зелёным) и больших планет Солнечной системы (иллюстрация Minor Planet Center; Murray and Dermott)
    А вот этого, если мы правильно понимаем образование крупных тел из плантезималей, просто не может быть, поскольку в поясе Койпера сегодня буквально 0,0003 земной массы! И как-то трудно себе представить, что в столь скудном окружении могли сформироваться сегодняшние объекты пояса Койпера, иные из которых имеют сотни километров в диаметре и чуть ли не спорадическую атмосферу.
    Куда же делась масса, из которой образовалось всё видимое нами богатство тамошних астероидов и которой сейчас в тех местах не видно? Кто её «похитил»? Собственно говоря, авторы фактора-злоумышленника не находят (хотя их поиск ограничился лишь консервативными предположениями), из-за чего замечают, что текущая модель роста планетезималей посредством столкновений просто не может объяснить возникновения этой аборигенной части населения пояса Койпера в столь бедном материей месте. Поэтому, заключают они, «нужен какой-то другой механизм [их формирования]». Решить эту «скромную» теоретическую задачу, прямо скажем, будет не так уж просто.
    Отчёт об исследовании вскоре будет опубликован в Astrophysical Journal, а его препринтом можно полистать здесь - http://arxiv.org/abs/1401.2157
    Подготовлено по материалам Universe Today». 
(17 января 2014 года, 13:47). http://compulenta.computerra.ru/universe/astronomy/10010942/ - http://astrolabia.ru/news/nekotorye_obekty_pojasa_kojpera_igrajut_ne_po_pravilam/2014-01-18-1198 

    Some Planet-like Kuiper Belt Objects Don’t Play "Nice"

Distribution of Kuiper belt objects (green), along with various other outer Solar System bodies, based on data from the Minor Planet Center. [Credit: Minor Planet Center; Murray and Dermott] 
    «The Kuiper belt - the region beyond the orbit of Neptune inhabited by a number of small bodies of rock and ice - hides many clues about the early days of the Solar System. According to the standard picture of Solar System formation, many planetesimals were born in the chaotic region where the giant planets now reside. Some were thrown out beyond the orbit of Neptune, while others stayed put in the form of Trojan asteroids (which orbit in the same trajectory as Jupiter and other planets). This is called the Nice model.
    However, not all Kuiper belt objects (KBOs) play nicely with the Nice model.
    (I should point out that the model is named named for the city in France and therefore pronounced “neese”.) A new study of large scale surveys of KBOs revealed that those with nearly circular orbits lying roughly in the same plane as the orbits of the major planets don’t fit the Nice model, while those with irregular orbits do. It’s a puzzling anomaly, one with no immediate resolution, but it hints that we need to refine our Solar System formation models.
    This new study is described in a recently released paper by Wesley Fraser, Mike Brown, Alessandro Morbidelli, Alex Parker, and Konstantin Baygin (to be published in the Astrophysical Journalavailable online). These researchers combined data from seven different surveys of KBOs to determine roughly how many of each size of object are in the Solar System, which in turn is a good gauge of the environment in which they formed.
    The difference between this and previous studies is the use of absolute magnitudes - a measure of how bright an object really is - as opposed to their apparent magnitudes, which are simply how bright an object appears. The two types of magnitude are related by the distance an object is from Earth, so the observational challenge comes down to accurate distance measurements. Absolute magnitude is also related to the size of an KBO and its albedo (how much light it reflects), both important physical quantities for understanding formation and composition.
    Finding the absolute magnitudes for KBOs is more challenging than apparent magnitudes for obvious reasons: these are small objects, often not resolved as anything other than points of light in a telescope. That means requires measuring the distance to each KBO as accurately as possible. As the authors of the study point out, even small errors in distance measurements can have a large effect on the estimated absolute magnitude.

The bodies in the Kuiper Belt. Credit: Don Dixon
    In terms of orbits, KBOs fall into two categories: “hot” and “cold”, confusing terms having nothing to do with temperature. The “cold” KBOs are those with nearly circular orbits (low eccentricity, in mathematical terms) and low inclinations, meaning their trajectories lie nearly in the ecliptic plane, where the eight canonical planets also orbit. In other words, these objects have nearly planet-like orbits. The “hot” KBOs have elongated orbits and higher inclinations, behavior more akin to comets.
    The authors of the new study found that the hot KBOs have the same distribution of sizes as the Trojan asteroids, meaning there are the same relative number of small, medium, and large KBOs and similarly sized Trojans. That hints at a probable common origin in the early days of the Solar System. This is in line with the Nice model, which predicts that, as they migrated into their current orbits, the giant planets kicked many planetesimals out beyond Neptune.
    However, the cold KBOs don’t match that pattern at all: there are fewer large KBOs relative to smaller objects. To make matters more strange, both hot and cold seem to follow the same pattern for the smaller bodies, only deviating at larger masses, which is at odds with expectations if the cold KBOs formed where they orbit today.
    To put it another way, the Nice model as it stands could explain the hot KBOs and Trojans, but not the cold. That doesn’t mean all is lost, of course. The Nice model seems to do very well except for a few nagging problems, so it’s unlikely that it’s completely wrong. As we’ve learned from studying exoplanet systems, planet formation models are a work in progress - and astronomers are an ingenious lot». (JANUARY 16, 2014). http://www.universetoday.com/108189/some-planet-like-kuiper-belt-objects-dont-play-nice/

«The Kuiper Belt - Scanning The Skies: The Discovery Telescope»«One of the first projects for the Discovery telescope is to study the Kuiper Belt, a region outside of the planets of the Solar System»

    На эту тему:
    «Плутиносы, кьюбиуаны и другие горячие и холодные дикари Солнечной системы». (Рафаил Нудельман)
    «Земля и Вселенная». Часть 11. «"Пограничная застава" на окраине Солнечной системы»
    «Земля под ударом». (Роберт Иэрион). http://artefact-2007.blogspot.ru/2013/07/1-7.html

Комментариев нет:

Отправить комментарий