1. Гипотетическое облако Оорта:

a) Сферическое кометное облако

b) Гиперболическая орбита проходящей мимо звезды

c) Проходящая мимо звезда возмущает облако

d) Выброшенные из системы кометные ядра

e) В центре облака пояс Койпера

2. Пояс Койпера и планетная система:

f) Дискообразный пояс транснептуновых объектов

g) Орбита карликовой планеты Плутон

h) Орбита Нептуна i) Орбита кометы Галлея

j) Орбита околопараболической кометы

3. В центре планетной системы: происхождение метеорных роев

k) Солнце

l) Орбита короткопериодической кометы

m) Комета проходит перигелий

n) Рои метеорных частиц вдоль орбиты кометы

o) Земля встречается с метеорным роем

p) Орбита Марса

q) Орбиты Меркурия и Венеры Фото: SPL/EAST NEWS

Планета Х

После того как Джон Адамс и Урбен Леверье по движению Урана предсказали существование Нептуна , поиск неизвестных небесных тел «на кончике пера» сделался весьма популярным занятием.

Попытки по движению комет предвычислить положение предполагаемой трансплутоновой планеты X не прекращаются уже многие годы. Но пока никому не удалось даже  убедительно продемонстрировать ее существование, не говоря уже о прямых наблюдениях этого гипотетического тела. Трудность в том, что неясно, какие кометы можно использовать для поиска, а какие нет. Кометы доступны для наблюдения, только когда оказываются во внутренних областях Солнечной системы. Но здесь они могут сближаться с планетами-гигантами, что чревато серьезными изменениями орбит. Точности наблюдений и вычислений не хватает, чтобы уверенно проследить эти  изменения за сотни и тысячи оборотов вокруг Солнца. Поэтому для анализа необходимо отбирать «динамически свежие» кометы, чьи орбиты после взаимодействия с гипотетической планетой Х не успели значительно измениться. Такие кометы можно попробовать выделить по астрофизическим критериям: в среднем они должны быть ярче старых, поскольку те уже успели растратить запасы летучих газов и покрылись пылевой коркой. Но, к сожалению, физическое и динамическое старение комет протекает далеко не синхронно. Может случиться, что уже при первом сближении с Солнцем комета пройдет рядом с планетой-гигантом и сильно изменит свою орбиту, став «старой» в динамическом отношении, непригодной для расчетов. Другая же комета, совершив сотни оборотов вокруг Солнца и постарев физически, может при этом счастливо избежать встреч с возмущающими телами, сохранить свою первоначальную орбиту и таким образом остаться «динамически свежей».

Но если бы и удалось выделить такую комету среди множества других и по ее траектории определить, где на небе следует искать планету X, не факт еще, что ее удалось бы обнаружить. На огромном удалении даже крупное небесное тело может оказаться слишком тусклым для современных телескопов , поскольку блеск объектов, светящихся отраженным светом, обратно пропорционален четвертой степени расстояния от них до Солнца: с удалением вдвое яркость падает в 16 раз. В любом случае для поисков нужны хотя бы приблизительные координаты, а их пока нет. Так что вопрос о существовании планеты Х, «посылающей» кометы внутрь Солнечной системы, остается пока открытым.

Фрагменты кометы Шумейкеров — Леви 9, разорванной приливными силами, приближаются к Юпитеру. Фото: STSCI, JPL, NASA

Кометный диск

Надо, впрочем, отметить, что сегодня представление, будто облако Оорта было изначально сферическим, кажется наивным. Нет-нет, облако, несомненно, существует как мгновенный «снимок» местоположения кометных ядер. Однако  далеко не факт, что оно служит реликтовым резервуаром комет. На ранних стадиях формирования планетных систем вещество собирается вокруг звезды в диск. Так что сферическому облаку просто неоткуда взяться. Сгустки протопланетного вещества, планетезимали, выброшенные гравитационными возмущениями и не пошедшие на строительство больших планет, должны были образовывать на периферии Солнечной  системы кольцо, лежащее в плоскости планетных орбит. А сферическое облако возникло уже позже каким-то иным способом.

В 1980 году уругвайский астроном Хулио Анхель Фернандес опубликовал статью «О существовании кометного пояса за Нептуном». В ней он доказывал, что число наблюдаемых короткопериодических комет слишком велико, чтобы его можно было связать только поступлением из далекого сферического облака Оорта. Ведь большинство пришедших оттуда комет возвращается  обратно, и лишь единицы, испытав взаимодействие с планетами, переходят на короткопериодические орбиты. По результатам компьютерного моделирования Фернандес предположил, что должен существовать еще один источник комет на расстоянии около 50 астрономических единиц от Солнца (то есть на три порядка ближе, чем облако Оорта), имеющий дисковую форму. Фактически это было прямое указание на существование пояса транснептуновых объектов (помимо известного Плутона). И уже в 1990-х годах этот пояс открыли. Правда, по иронии судьбы название он получил по имени Джерарда Койпера, астронома, выпустившего в 1951 году работу, где обосновывал, что такого пояса быть не должно.

Крупнейшие объекты пояса Койпера — карликовые планеты Хаумеа, Макемаке, Эрис и лишенный недавно «большого» планетного статуса Плутон. Они достигают в диаметре нескольких тысяч километров, большинство же известных транснептуновых объектов имеют размеры, превышающие 100 километров. Конечно, мелкие обломки там, как и везде, должны преобладать, но за орбитой Нептуна объекты поперечником меньше 50 километров современными средствами обнаружить практически невозможно. И поскольку видны нам только крупнейшие и ближайшие объекты, нельзя уверенно сказать, как далеко простирается реликтовый кометный диск, каковы его масса, толщина и плотность. Все оценки его параметров базируются лишь на тех или иных космогонических моделях и не имеют пока наблюдательных подтверждений. Можно только утверждать, что в каком-то виде он существует, поскольку мы наблюдаем его внутренний край — пояс Койпера.

Согласно модели Фернандеса, именно это дисковое облако служит основным источником всех комет. Сближаясь между собой, кометные ядра в нем могут менять свои орбиты и выбрасываться за пределы диска. Компьютерное моделирование показывает, что примерно четверть из них начинает двигаться в область больших планет, становясь короткопериодическими кометами, еще четверть навсегда покидает Солнечную систему по гиперболическим траекториям, а половина забрасывается на сильно вытянутые орбиты, пополняя сферическое облако Оорта, которое без этого давно рассеялось бы в межзвездном пространстве. Отдаленно оно напоминает кому вокруг ядра кометы: его тоже постоянно «сдувают» с Солнечной системы галактические ветры. Если принять эту модель, то получается, что облако Оорта не окружало нашу планетную систему с момента ее формирования, а образовалось позднее.

Впрочем, в последнее время астрономы вновь стали проявлять интерес к гипотезе реликтового происхождения облака Оорта. Да, вокруг одиночной звезды сферическое облако образоваться не может, но все меняется, если рождается сразу скопление из нескольких сотен звезд, а ведь именно так обычно и протекает звездообразование в нашей Галактике. В этом случае звезды в молодом скоплении часто сближаются друг с другом, что может привести к размыванию внешних частей диска и образованию сферического кометного гало — гигантского облака, окружающего звездную систему.