Астрономический словарик: транснептуновый объект, пояс Койпера, хромосфера

Транснептуновый объект

Все планеты Солнечной системы, двигаясь по своим орбитам, подвергаются гравитационному влиянию не только Солнца, но и всех остальных планет и других объектов системы. В начале XX века качество телескопов уже достаточно выросло для того, чтобы начать замечать разницу между расчётными орбитами Урана и Нептуна и реальными наблюдениями. Из этого можно было сделать вывод, что за орбитой Нептуна находятся ещё одна или несколько планет. Естественно, начались их поиски, и в феврале 1930 года астрономы нашли Плутон.

Правда, учёные им не удовлетворились: он был слишком мелким для того, чтобы объяснить все эти отклонения. Следующее открытие произошло в 1989 году: пролетев мимо Нептуна, Вояджер-2 помог уточнить массу этой планеты, и оказалось, что она меньше, чем считалось ранее. В результате расчёты совпали с наблюдениями, и дальнейших планет, находящихся за пределами Нептуна, находить уже было не нужно.

После открытия Плутона астрономы долгое время искали другие объекты за пределами орбиты Нептуна, но не находили ничего (за исключением спутника Плутона, Харона, обнаруженного в 1978-м) вплоть до 1992 года, когда был найден новый транснептуновый (ТНО) объект — (15760) Альбион. В каталоге он сначала получил индекс (15760) 1992 QB₁ [«кью би ван»], а потом уже был открыт пояс Койпера и целый класс объектов из этого пояса, похожих на (15760) Альбион. В результате эти объекты стали называть «кьюбивано».

После этого учёные постепенно стали находить всё больше и больше объектов за орбитой Нептуна, Плутон в 2006 году разжаловали из планет в карликовые планеты, принадлежащие к ТНО, после того, как была открыта самая массивная карликовая планета – Эрида. Кстати, со времени открытия Плутона до момента переклассификации он не сделал и половины оборота вокруг Солнца – его сидерический период обращения составляет чуть менее 248 земных лет.

Потом других ТНО нашли уже сотни – диаметром от 50 до 2500 км. На сегодня самым далёким объектом Солнечной системы из найденных считается 2018 AG₃₇. Он расположен в 140 раз дальше от Солнца, чем Земля, а его диаметр составляет 400 км. Период обращения вокруг Солнца оценивается от 800 до 1800 лет.

На сегодня транснептуновым объектом считается любая карликовая планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг Солнца на среднем расстоянии, большем, чем у Нептуна (полуось орбиты которого составляет 30,1 а.е.). В 2020 году в каталоге ТНО содержалось 678 пронумерованных и более 2000 ненумерованных объектов.

Кроме того, известно уже 12 карликовых планет с полуосью орбиты более 150 а.е. и перигелием более 30 а.е. – их называют экстремально транснептуновыми объектами.

Пояс Койпера

После того, как в 1930-м американский астроном Клайд Уильям Томбо открыл Плутон, у астрономов возникло подозрение, что это небесное тело там может быть не одно. Много десятилетий учёные строили гипотезы о том, что же может быть в той области пространства, которую сейчас мы называем поясом Койпера. Первые открытия небесных тел, принадлежащих поясу, были совершены только в 1992-м.

Первым существование транснептуновых объектов (ТНО) предположил астроном Фредерик Леонард. Его почти сразу поддержал другой американский астроном, Армин Лейшнер. В 1943 году ирландский астроном Кеннет Эджворт высказал более конкретную гипотезу. По его мнению, материал, содержавшийся в участках Солнечной системы за пределами Нептуна, был слишком разреженным для того, чтобы собраться в планеты, поэтому он постепенно должен был сконденсироваться в большое количество небольших тел. Следовательно, по мнению Эджворта, «во внешних пределах Солнечной системы за пределами планет находится очень большое количество относительно малых тел, и время от времени одно из них отклоняется от своей сферы вращения и является нам как посетитель внутренней части Солнечной системы», превращаясь в комету.

В 1951 году в журнале Astrophysics: A Topical Symposium Джерард Петер Койпер рассуждал о том, что подобный диск действительно мог сформироваться в процессе эволюции Солнечной системы, однако он считал, что к настоящему времени таковой диск уже должен был исчезнуть. В то время считалось, что размер Плутона сравним с размером Земли, поэтому все эти мелкие тела должны были либо разлететься в сторону облака Оорта, либо вообще выйти за пределы Солнечной системы. Как мы знаем сегодня, Койпер ошибся, что не помешало астрономам назвать найденный пояс астероидов его именем.

Теории получили косвенное подтверждение в 1977-м, когда американский астроном Чарльз Томас Коваль нашёл (2060) Хирон – ледяной планетоид, орбита которого пролегала между Сатурном и Ураном. На сегодня известна уже целая толпа подобных объектов, похожих по составу на кометы, располагающихся между Юпитером и Нептуном. Астрономы назвали их кентаврами, и нестабильность их орбит, которые меняются каждые несколько миллионов лет, заставляет предположить, что где-то находится большой запас этих самых тел.

Те же соображения подходили и для комет, проходящих близко от Солнца: уже давно было понятно, что их время жизни ограничено, и значит, где-то должен быть источник новых комет. Нидерландский астроном Ян Оорт выдвинул предположение о существовании вокруг Солнечной системы «облака» — сферического роя комет, расположенных на расстоянии порядка 50 000 а.е.от Солнца. Но это если говорить о кометах с долгим периодом обращения в тысячи лет.

Существует и другая популяция комет, с коротким периодом обращения до 200 лет, к примеру, всем известная комета Галлея, которая прилетает к нам каждые 75-76 лет. И чем больше таких комет мы находили, тем менее правдоподобной становилась их связь с облаком Оорта. И наоборот, если в вычислениях и компьютерных симуляциях предполагалось наличие пояса из мелких небесных тел, находящихся на расстоянии от 35 до 50 а.е. от Солнца, то вычисления совпадали с наблюдениями короткопериодических комет. Этот пояс в одной из работ назвали «кометным поясом», и в том же предложении упомянули Койпера, поэтому один из учёных окрестил его «поясом Койпера», и название прижилось.

В 1987 году астроном Дэвид Джуитт убедил студентку Джейн Лу помочь ему с проектом поиска объектов Солнечной системы за пределами орбиты Плутона, поскольку ему всё время казалось, что наша система как-то «пустовата», и что если они не найдут там какой-нибудь объект, «то этого не сделает никто». Как и многие астрономы до них, они использовали блинк-компаратор — астрономический прибор для поиска на фотографиях звёздного неба изменяющихся объектов: переменных звёзд, малых планет, звёзд с большими собственными движениями и т. д.

Он используется для визуального сравнения полученных в разное время на одном и том же инструменте двух изображений данного участка звёздного неба. Оба изображения рассматриваются в один окуляр, и, перебрасывая специальную заслонку («блинкуя»), можно видеть то одно, то другое изображение. При правильной настройке прибора в процессе быстрого «блинкования» объекты, положение и яркость которых не изменились между двумя экспозициями, кажутся оператору неподвижными. При этом объекты, сместившиеся или изменившие яркость, оператор воспринимает как «прыгающие» или пульсирующие, и они хорошо видны на фоне неподвижных.

В то же самое время в телескопах на смену фотоплёнке, улавливавшей всего 10% попадавшего на него света, начали приходить электронные ПЗС-матрицы, улавливавшие 90% света, и к тому же позволявшие заниматься «блинкованием» виртуально – на экране компьютера.

Наконец, после пяти лет поисков, 30 августа 1992 года Джуитт и Лу объявили об обнаружении кандидата на объект пояса Койпера – позднее этот объект назовут (15760) Альбион. К 2018 году было обнаружено уже более 2000 объектов пояса Койпера. Иногда их называют «купероиды», хотя всё-таки рекомендуется использовать термин ТНО. Объекты пояса располагаются на расстояниях от 30 до 55 а.е. от Солнца. Диск довольно толстый, основная часть объектов находится в пределах 10° от плоскости эклиптики, а бывают объекты, отстоящие от этой плоскости и ещё дальше. В целом пояс больше похож не на часть диска, а на тор.

Правда, позже выяснилось, что источником короткопериодических комет служит не пояс Койпера, а т.н. рассеяный диск. Он появился, когда недавно сформировавшийся Нептун мигрировал дальше от Солнца в прото-пояс Койпера, который тогда располагался ближе, и разбил его на две части. В одной теперь существуют объекты, на которые орбита Нептуна не влияет (это пояс Койпера), а в другой – объекты, которые Нептун периодически сбивает с их орбит (рассеяный диск). Скорее всего, именно это нестабильное сборище небесных тел и служит источником комет.

Не стоит путать пояс Койпера с поясом астероидов — областью Солнечной системы, расположенной между орбитами Марса и Юпитера, где скапливается множество объектов всевозможных размеров, преимущественно неправильной формы, называемых астероидами или малыми планетами. Эту область также часто называют главным поясом астероидов или просто главным поясом.

Хромосфера

Хромосфера (буквально «сфера цвета») – второй слой атмосферы звезды, расположенный над фотосферой и под переходным участком и короной. Чаще всего под хромосферой подразумевают хромосферу конкретно Солнца – но необязательно. Хромосфера Солнца имеет толщину от 3000 до 5000 км, то есть чуть больше 1% от радиуса светила.

На границе с фотосферой у хромосферы Солнца есть гомогенный участок, из которого вырываются спикулы – столбики светящейся плазмы. Эти столбики выбрасываются из нижней части хромосферы со скоростью около 20 км/с на 5—10 тыс. км вверх. Спикула живёт 5—10 минут, её максимальная длина — от 10 до 20 тыс. км. Количество спикул, существующих на Солнце одновременно, составляет около миллиона, они покрывают около 1 % площади диска Солнца.

Характерный красноватый цвет у хромосферы появляется из-за электромагнитного испускания красной линии H-альфа. Плотность хромосферы экспоненциально падает при удалении от центра Солнца. В среднем она 10⁴ раз меньше, чем у фотосферы, и в 10⁸ раз меньше, чем у атмосферы Земли на уровне моря. Поэтому обычно хромосфера невидима и проявляется только во время полных солнечных затмений. В остальное время фотосфера подавляет её своей яркостью.

Словарик

Абсолютная звёздная величина
Адаптивная и активная оптика
Альбедо
Астрономическая единица
Барионные акустические осцилляции
Белый карлик
Быстрый процесс захвата нейтронов
Галактические скопления
Галактическое гало
Галилеевы спутники
Гелиосфера
Гидростатическое равновесие
Горизонт событий
Гравитационное линзирование
Гравитация
Диаграмма Герцшпрунга — Рассела
Закон Хаббла
Затменные звёзды
Звезда Вольфа — Райе
Зодиакальный свет
Ионосфера
Квазар
Кома
Коричневый карлик
Космическая скорость
Космические лучи
Красный карлик
Магнетар
Межзвёздная среда
Местная группа галактик
Молекулярные облака
Нейтрино
Нейтронная звезда
Неправильная галактика
Новая звезда
Параллакс
Планета
Планетарная туманность
Полярное сияние
Пояс Койпера
Приливный разогрев
Протопланетный диск
Радиационный пояс
Рассеянное звёздное скопление
Реликтовое излучение
Сверхновая (и парно-нестабильная сверхновая)
Светимость
Сейфертовская галактика
Сильное взаимодействие
Спектроскопия в астрономии
Стандартные свечи
Тёмная материя
Тёмная энергия
Тень и полутень
Теория Большого взрыва
Транснептуновый объект
Хромосфера
Цефеиды
Червоточины
Чёрные дыры
Шаровые скопления
Шкала расстояний в астрономии
Щели Кирквуда
Эксцентриситет орбиты
Электромагнетизм
Эллиптическая галактика
Эффект Доплера