вторник, 11 октября 2016 г.

"Артефакт"-2016. Часть 9. Пояс Койпера

Часть 8. Планеты-гигантыhttp://artefact-2007.blogspot.ru/2016/10/2016-8.html
    Ф. Дергачев

    Аномалии пояса Койпера

    1. Внешняя граница пояса Койпера

    «Внешняя граница пояса на расстоянии 47 а. е. от Солнца выражена очень резко, поэтому возникло предположение о наличии там довольно крупного планетного объекта, возможно, даже размером с Марс (то есть вдвое меньше Земли), чье гравитационное воздействие не позволяет астероидам «разбредаться». Сейчас ведутся поиски этой гипотетической планеты. Однако внешняя граница пояса не служит непреодолимым барьером, и 43 астероида (4% от известного их количества) уходят за ее пределы в область практически абсолютного холода и тьмы, следуя по сильно вытянутым орбитам, простирающимся на расстояния более 100 астрономических единиц (15 млрд. км) от Солнца». (Георгий Бурба, кандидат географических наук «Границы Солнечной системы. Ледяные сателлиты Солнца». Раздел «Койперовские обитатели»).

Схема «Пояс Койпера, орбиты Нептуна и Плутона»
    «Пояс Койпера имеет две загадочные особенности. Во-первых, он не истончается постепенно, как можно было бы ожидать от остатков первичного газопылевого облака, из которого некогда образовалось Солнце и его планеты, а почему-то резко обрывается на расстоянии 50 астрономических единиц от Солнца, будто срезанный, так что дальше практически никаких транснептуновых объектов нет
    А во-вторых, даже внутри пояса Койпера есть «пустоты», где число транснептуновых объектов очень мало, то есть он похож, скорее, на разделенную щелями систему колец Сатурна, чем на сплошной пояс.    Вторую из этих особенностей можно объяснить резонансными взаимодействиями, и, действительно, эти щели в поясе Койпера находятся именно там, где орбиты транснептуновых объектов оказываются в тех или иных «разрушительных» резонансах с Нептуном. Однако так можно объяснить только щели в поясе, но не полный его обрыв». (Рафаил Нудельман «Плутиносы, кьюбиуаны и другие горячие и холодные дикари Солнечной системы». Цит. по публикации: «Тайная история Солнечной системы. Часть 4»).

    2. Орбитальный резонанс

    «...Объекты второй группы - их назвали «плутиносы», то есть, в переводе с итальянского, «маленькие плутончики», за сходство их орбит с плутоновской, - имеют такие вытянутые орбиты, что в ближайшей к Солнцу точке подходят к нему ближе Нептуна. У всех у них, включая сам Плутон, почти одинаковый период обращения - около 250 лет, и это значит, что они совершают 2 полных оборота вокруг Солнца за то время, что Нептун совершает три.
    Это очень важное числовое совпадение. Оно имеет существенные физические последствия, потому что при таком соотношении периодов каждый плутинос раз в два своих «года» оказывается на том же самом расстоянии от Нептуна (у которого прошло точно три «года»). Такую ситуацию, когда два тела, после какого-то целого числа оборотов, снова оказываются в том же положении друг относительно друга, астрономы назвали «орбитальным резонансом». Резонансы могут быть и между большими планетами, и вообще между любыми двумя телами, причем с самыми разными последствиями.
    Например, плутиносы, хотя и заходят внутрь орбиты Нептуна, никогда не приближаются к нему так близко, чтобы их орбиты сильно исказились, ибо резонанс 2:3 приводит к тому, что они всегда остаются на большом расстоянии от него. Но есть и такие «разрушительные» резонансы, которые нарушают устойчивость, и тогда орбита малой планетки после многих повторений резонанса искажается так, что та вообще уходит из пояса Койпера - либо прочь из Солнечной системы, либо, напротив, внутрь нее. В первом случае на месте ушедших транснептуновых объектов в поясе Койпера должна возникнуть пустая «щель». А во втором случае эти транснептуновые объекты должны появиться в Солнечной системе ближе Нептуна, и, как считают, именно таково происхождение так называемых Кентавров - ледяных небесных тел, чьи орбиты беспорядочно заполняют пространство между Нептуном и Юпитером». (Рафаил Нудельман «Плутиносы, кьюбиуаны и другие горячие и холодные дикари Солнечной системы». Цит. по публикации: «Тайная история Солнечной системы. Часть 4»).

Пояс Койпера
    «В результате поисков далеких объектов Солнечной системы были обнаружены два небольших небесных тела, расположенных за пределами орбиты Нептуна. Эти новые объекты находятся за пределами пояса Койпера, представляющего собой пояс небольших ледяных объектов, расположенных за пределами орбиты Нептуна, в состав которого входит Плутон. Расстояния от Солнца до перигелиев орбит этих двух обнаруженных объектов – то есть до точек максимального сближения объектов с Солнцем при их движении по орбите – являются рекордными для объектов Солнечной системы и позволяют этим объектам занять третье и четвертое места в списке объектов с наиболее удаленными от нашей звезды перигелиями орбит.
    Кроме того, орбиты этих объектов находятся в резонансе с орбитой Нептуна – что стало для ученых неожиданностью. Орбиты этих объектов указывают на то, что эти небесные тела взаимодействовали с Нептуном в прошлом или продолжают взаимодействовать с ним и по сей день – несмотря на гигантские расстояния, отделяющие их от этой ледяной гигантской планеты.
    Это открытие, сделанное группой исследователей во главе с доктором Скоттом С. Шеппардом из Научного института Карнеги, базируется на наблюдательных данных, полученных при помощи телескопа «Субару», расположенного на Гавайях, и Интер-американской обсерваторией Сьерро-Тололо, Чили.
    Перигелии этих объектов расположены чуть дальше условной границы Пояса Койпера, которая находится на расстоянии 50 а.е. от Солнца, в то время как афелии орбит объектов составляют 60 и 100 а.е. соответственно, следовательно, орбиты этих объектов имеют умеренный эксцентриситет. Эти орбиты находятся в орбитальных резонансах с орбитой Нептуна, при этом их орбитальные периоды относятся к орбитальному периоду Нептуна как 3:1 и 4:1 соответственноИсследование вышло в журнале "Astrophysical Journal Letters"». («Вновь открытые тела пояса Койпера находятся в орбитальном резонансе с Нептуном». 22 июля 2016).

    3. Сдвигал ли Нептун пояс Койпера? Образование двойных объектов

    3.1. В поясе Койпера недостача?

    «Астрономы обнаружили и описали уже более тысячи объектов, составляющих так называемый пояс Койпера, расположенный по ту сторону Нептуна. Некоторые достигают в поперечнике 1000 и более километров. Очевидно, они образовались путем слияния небольших небесных тел. Однако расчеты показывают, что подобные события будут происходить сравнительно часто, если суммарная масса пояса Койпера превышает массу Земли в десять раз. По результатам же наблюдений, она не составляет и десяти процентов земной массы. Но, может быть, на окраине Солнечной системы было когда-то «многолюднее», чем теперь, и лишь со временем пояс Койпера потерял 99% своей массы? Как показали Харольд Льюисон и Алессандро Морбиделли, в подобной гипотезе нет надобности. Некогда пояс Койпера располагался гораздо ближе к Земле, и лишь позднее Нептун оттеснил все эти астероиды на периферию нашей планетной системы». («Природа Нептуна вызывает немало вопросов у исследователей». 16-08-2007, 11:55). 

    3.2. Нептун не сдвигал пояс Койпера

   «Астрофизики из университета Виктории в Канаде продемонстрировали, что так называемый пояс Койпера – пояс небольших небесных тел на периферии Солнечной системы – вопреки современным представлениям ученых всегда находился в этом участке космического пространства и не был смещен сюда гравитацией Нептуна, сообщается в статье исследователей, принятой к печати в журнале «Astrophysical Journal Letters».
    Астрономы полагают, что наша Солнечная система выглядела совсем иначе, чем теперь, в первые миллионы лет своего существования. По мере ее эволюции орбиты планет претерпевали значительные изменения – Нептун сместился на периферию системы, тогда как Юпитер придвинулся немного ближе к Солнцу. Как менялись орбиты Сатурна и Урана, ученым понятно в меньшей степени, хотя большинство полагает, что эти планеты все-таки, подобно Нептуну, тоже увеличили радиусы своих орбит.
    При этом движение Нептуна должно было оказать влияние на местоположение пояса Койпера, находящегося в настоящее время за его орбитой относительно Солнца.
    Алекс Паркер (Alex Parker) и его научный руководитель Джон Кавелаарс (John Kavelaars) проводили моделирование движения объектов в этом поясе, многие (около трети) из которых достаточно крупны и имеют более 100 километров в поперечнике. Более всего ученых интересовали так называемые двойные системы – тела, одно из которых вращается вокруг другого по мере того, как оба совершают обороты вокруг Солнца.

Сдвигал ли Нептун пояс Койпера?
    «Двойные системы очень полезны для астрономов, так как их орбиты очень сильно зависят от окружения. Мы можем их использовать для изучения как современного состояния межпланетного пространства, так и его состояния в далеком прошлом», - пояснил Паркер, слова которого приводит пресс-служба Американского астрономического общества.
    В своей модельной работе ученые показали, что двойные системы в поясе Койпера вращаются на очень широких орбитах с медленной скоростью, что было бы невозможно в том случае, если пояс был когда-либо в прошлом смещен на свою нынешнюю позицию в результате движения планеты Нептун.
    «Объекты в поясе Койпера не находились бы сейчас на своих орбитах, если бы когда-либо в прошлом испытывали на себе воздействие Нептуна», – сказал Паркер. Интерес астрономов к поясу Койпера вызван тем, что образующие его тела представляют собой осколки материи, сформировавшей в прошлом все планеты солнечной системы."Понимание структуры и истории пояса Койпера поможет нам понять и процессы формирования планет не только в нашей системе, но и в других планетных системах, обнаруживаемых в настоящее время", – подытожил Паркер». («Нептун не сдвигал пояс Койпера, считают астрофизики». 06 окт 2010, 14:50).  

    3.3. Образование двойных объектов в поясе Койпера в результате обмена 

    «Пояс Койпера и основной Пояс астероидов образовались из одного и того же протопланетного облака, но последние наблюдения транснептуновых объектов (TNO) [указали на следующие] различия:
    1. Доля двойных в поясе Койпера на порядок выше.
    2. Отношение масс большинства двойных объектов пояса Койпера близко к 1.
    3. Орбиты двойных объектов в поясе Койпера более широкие и более вытянутые». («Kuiper-belt Binary Formation through Exchange Reactions». Цит. в Астронет > Обзоры электронных препринтов Astro-Ph). 

Рис. «Бинарные (двойные) астероиды» 
    4. Дефицит «малой фракции» объектов пояса Койпера 

    «Интенсивные исследования и целенаправленный мониторинг пояса Койпера поставили ученых перед очередной загадкой…
    К настоящему времени обнаружено свыше тысячи так называемых «объектов пояса Койпера» - небесных тел относительно небольшой (по сравнению с «нормальными» планетами) массы, обращающихся за пределами орбиты Нептуна.
    Однако среди них чрезвычайно мало относительно небольших – менее 70 км в поперечнике – малых тел. Их доля, по некоторым ранее сделанным оценкам, примерно в 25 раз меньше теоретически предсказываемой. Объяснить это несовершенством инструментов трудно – современные телескопы позволяют увидеть такие тела. Так, на телескопе Хаббла было проведено исследование объектов вплоть до 28,5 звездной величины.
    Дефицит малых тел в поясе Койпера остается.
    Совместная американо-тайваньская группа два года назад начала программу целенаправленного поиска малых объектов в поясе Койпера «напросвет». Теперь ученые представили первые результаты.    Группа под руководством Чарльза Алкока (Charles Alcock) разработала для поиска сверхмалых объектов пояса Койпера методику, позволяющую обнаруживать объекты пояса Койпера по однократному затемнению ими звезд.
    В рамках проекта «Taiwanese American Occultation Survey» (TAOS) проводились фотометрические исследования вариаций света удаленных звезд, расположенных вблизи эклиптики (широта +/- 10 градусов) с помощью трех наземных телескопов апертурой 50 см каждый, удаленных друг от друга на 6 - 60 м. Наблюдения начались в 2005 году.
    Была разработана методика статистического анализа данных, собираемых несколькими телескопами. Ни одного статистически значимого события, которое можно было бы трактовать как следствие затмения объектом пояса Койпера света звезды в момент ее наблюдения, обнаружить не удалось. Тем самым удалось наложить верхний предел на распределение объектов пояса Койпера по массам. Малых объектов аномально мало – по крайней мере в десятки раз меньше, чем следовало бы ожидать. Загадка дефицита «малой фракции» объектов пояса Койпера остается. Наблюдения продолжаются…» (12 октября 2008, 19:20).     

    5. Некоторые объекты пояса Койпера «играют не по правилам»

    «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 препринт можно полистать здесь

    Подготовлено по материалам Universe Today». («"Неправильные" орбиты объектов пояса Койпера»). 

    На эту тему:
    «"Пограничная застава" на окраине Солнечной системы». (11 апреля 2012 года).
    «104-ый выпуск журнала о поясе Койпера». (27 июн, 2016 в 23:40). 

  «Артефакт»-2016. Часть 10 «Кометы»http://artefact-2007.blogspot.ru/2016/10/2016-10.html

    На эту тему:

2 комментария:

  1. Целый новый мир на краю Солнечной системы

    "...Самым важным следствием открытия стала возможность того, что такая форма двойных объектов пояса Койпера может встречаться очень часто. Когда в 2004 году Шеппард и Джюитт обнаружили 2001QG298 в наборе из 34-х объектов пояса Койпера, они поняли, что им повезло рассмотреть его двойную сущность. Если бы он не был повёрнут своей стороной к нам во время их наблюдений, они бы не зафиксировали сильных колебаний на кривой блеска. Они оценили, что примерно 10% объектов пояса Койпера представляют собой тесные двойные системы, если их наклоны расположены хаотично.

    Но Лацерда считает, что их наклоны могут быть не случайными, и что таких объектов может быть гораздо больше.

    «Для нас стал сюрпризом тот факт, что 2001QG298 наклонён на 90 градусов, но такой наклон в тесной двойной системе мы видим уже не в первый раз,- рассуждает он. – Есть ещё один известный двойной объект, большой Троянский астероид 624 Hektor, также наклонённый почти на 90 градусов».

    Если тесные двойные системы сильно наклонены, то шансы обнаружить их переменные кривые блеска уменьшаются – это можно сделать всего дважды за всю их орбиту. Обнаружение такого объекта в небольшом наборе намекает на то, что тесных двойных систем может быть больше, чем сначала считали Шеппард и Джюитт. Лацерда предполагает, что примерно 25% объектов пояса Койпера представляют собой тесные двойные системы..." (16 декабря 2016 в 17:53). https://geektimes.ru/post/283794/

    ОтветитьУдалить
  2. Путешествие Нептуна сквозь Солнечную систему было «мягким и плавным»

    "Доктор Уэз Фрейзер (Wes Fraser) из Университета Куинс в Кингстоне, Канада, стоит во главе исследовательского проекта Colours of the Outer Solar Systems Origins Survey (Col-OSSOS), в рамках которого производится получение научных данных от обсерваторий Frederick C. Gillett Gemini North Telescope и Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) (обе обсерватории расположены на Гавайях). В новом исследовании при помощи этих телескопов команда доктора Фрейзера смогла выяснить интересные подробности об эволюции Солнечной системы.

    В своей работе исследователи наблюдали объекты пояса Койпера, области пространства, расположенной в Солнечной системе за пределами орбиты Нептуна и содержащей значительное количество (около 1700) относительно небольших ледяных тел. Обычно объекты, формирующиеся в этой зоне, имеют красный свет при их наблюдениях.

    Однако в ходе исследования доктор Фрейзер идентифицировал небольшое количество «необычных» объектов, которые выделяются своим необычным голубым цветом и обращаются друг относительно друга в составе двойных систем, подобно тому, как Луна обращается вокруг Земли.

    Астрономы всегда считали, что эти объекты сформировались глубоко внутри пояса Койпера, однако в своем новом исследовании доктор Фрейзер и его коллеги показывают, что эти голубые двойные системы на самом деле сформировались в области космического пространства, расположенной намного ближе к Солнцу, а затем мигрировали, подталкиваемые гравитационным влиянием Юпитера, на свои текущие орбиты, пролегающие в поясе Койпера, много миллиардов лет назад.

    Согласно исследованию доктора Фрейзера миграция Нептуна с орбиты радиусом 20 астрономических единиц (расстояний от земли до Солнца) на его текущую орбиту радиусом 30 а.е. происходила очень медленно и плавно, что позволило этим хрупким и свободно связанным двойным системам благополучно достичь конечной точки их маршрута и не быть разорванными на два отдельных объекта". (05 апреля 2017, 05:17:08). http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=9578

    ОтветитьУдалить