BLOGas.lt
Sukurk savo BLOGą Kitas atsitiktinis BLOGas

Saulės sistemos pakraštys: transneptūniniai objektai. 1 dalis

Pastabos:

antroji dalis yra čia

av – astronominiai vienetai. Vienas astronominis vienetas lygus 150 mln. km.

Ekscentricitetas – dydis, apibūdinantis orbitos elipsiškumą. Lygus atstumo tarp elipsės centro ir jos židinio santykiui su didžiuoju elipsės pusašiu. Apskritiminės orbitos e=0, parabolinės orbitos e=1.

Afelis - aplink Saulę skriejančio kūno orbitos taškas, labiausiai nutolęs nuo Saulės masės centro.

Perihelis - aplink Saulę skriejančio kūno orbitos taškas, mažiausiai nutolęs nuo Saulės masės centro.

Ryškis - žvaigždžių, galaktikų ir kitų kosminių objektų spindesio matavimo vienetas.

Opozicija - išorinės planetos viena konfigūracijų, kurios momentu planeta yra arčiausiai Žemės.

Rudoji nykštukė – subžvaigždė, turinti per mažą masę, kad sugebėtų palaikyti vandenilį deginančias branduolines reakcijas savo branduolyje. Rudoji nykštukė užima tarpinę padėtį tarp didelių dujinių milžinių ir mažų žvaigždžių (masė sudaro 70 – 80 Jupiterio masių). Rudųjų nykštukių sąrašas yra čia.

Plutoidai - toliau už Neptūno esantys maži sferiniai kūnai, kurie sukasi aplink Saulę ir turi daug uolinių kaimynų. Kandidatų į plutoidus sąrašas yra čia.

Paspaudę kai kurias nuotraukas, galite jas išdidinti arba nukeliauti į jų autorių puslapius.

Neptūnas, paskutinė Saulės sistemos planeta, dar nežymi jos pabaigos. Už šios milžinės tvyro atskiras pasaulis, kuriame telpa Koiperio juosta, išsklaidytasis diskas ir tikėtinas Orto debesis. Šio pasaulio nariai vadinami transneptūninais objektais (TNOs). Objektai, skriejantys tarp Neptūno ir Jupiterio orbitų, vadinami cisneptūniniais objektais, jiems priklauso Koiperio juostos giminaičiai kentaurai ir Neptūno trojanai. Manoma, kad maži TNOs sudaryti iš uolienų bei ledo, taip pat jie turi organinių (turinčių anglies) paviršiaus medžiagų. Pilną TNOs sąrašą galima rasti čia.

Transneptūniniai objektai. Rezonuojantys su Neptūnu objektai grafike (viršuje) pavaizduoti raudona spalva. Cubewano pavaizduoti mėlynai, plutino ir twotino – raudonai.

Transneptūninių objektų spalvos įvairuoja nuo pilkai melsvos iki raudonos.

TNOs spalvos. Geltonai pavaizduoti du palydovai (Tritonas ir Fobas),
kentauras Pholus ir planeta Marsas

Išskyrus Sedną, visi didieji TNOs (Eridė, Makemake, Haumea, Charonas ir Orcus) turi neutralią spalvą, kai tuo
tarpu palyginti blankesni kūnai (50000 Quaoar, Ixion, 2002 AW197, ir Varuna) yra rausvi. Greičiausiai didžiųjų kūnų paviršių dengia ledas, po savimi slėpdamas raudonesnius, tamsesnius rajonus.

Didžiausių TNOs spalvų iliustracija

Manoma, kad Saulės sistemos formavimosi pabaigoje įvyko stiprus išorinių planetų orbitų pokytis: Uranas ir Neptūnas susiformavo netoli Saturno orbitos, tačiau dėl sąveikos su Jupiterio ir Saturno gravitacija buvo išstumtos iš tuometinių orbitų ir nutolo nuo Saulės. Gali būti, kad kaip tik ši migracija sukėlė vėlyvąjį kosminį bombardavimą - intensyvų vidinių planetų susidūrimą su kometoidais ir asteroidais.

Transneptūniniai objektai dydžiu negali varžytis su Žeme

Vėlyvasis kosminis bombardavimas prasidėjo prieš 4,1 ir pasibaigė prieš 3,8 milijardo metų, kai Žemė, Mėnulis,

Marsas ir kiti Saulės sistemos kūnai itin dažnai susidurdavo su asteroidais ar kometoidais. Nustatyta, kad dauguma Mėnulyje esančių smūgio išlydytų uolienų susidarė kaip tik šiuo laikotarpiu. Gali būti, kad gyvybė Žemėje atsirado daug anksčiau, negu dabar manoma, tik jos vystymąsi pristabdė ar net trumpam sunaikino kosminis bombardavimas.Saulės sistemos raidos pradžioje planetų orbitos nebuvo tokios stabilios, kaip dabar - manoma, kad Jupiteris dėl sąveikos su protoplanetiniu disku artėjo Saulės link, o kitos planetos nuo jos tolo. Tam tikru momentu Jupiteris ir Saturnas atsidūrė 1:2 orbitinio rezonanso (reiškinys, kai du dangaus kūnai, besisukantys aplink trečiąjį, periodiškai gravitaciškai veikia vienas kitą) būsenoje - tai yra, Jupiteris apsisukdavo aplink Saulę du kartus, o Saturnas per tą patį laiką - tik vieną. Toks rezonansas galėjo itin stipriai paveikti išorinių planetų ir planetesimalių judėjimą. Pavyzdžiui, Urano ir Neptūno orbitos tapo labai elipsiškos, Neptūno orbitos atstumas nuo Saulės padvigubėjo - nors jis susidarė arčiau Saulės, nei Uranas, migracijos metu planetos pasikeitė vietomis.

Neptūnui tolstant, jis stipriai sąveikavo su Koiperio juostos objektais, kurių tankis tada buvo daug didesnis, o atstumas nuo Saulės - kur kas mažesnis (Koiperio juostos išorinė riba buvo ten, kur dabar skrieja Neptūnas, maždaug 30 av nuo Saulės). Manoma, kad sąveika su Neptūnu išsklaidė daugumą šių dangaus kūnų, kurių dalis buvo išsviesta į išorinę Saulės sistemą, o dalis pateko į vidinę Saulės sistemą ir susidūrė su planetomis ir jų palydovais. Saulės link judantys maži dangaus kūnai dar kartą buvo paveikti Jupiterio gravitacinio lauko, dėl kurio poveikio kai kurie kūnai buvo visiškai išsviesti iš Saulės sistemos, o kai kurie įgijo itin dideliu ekscentricitetu pasižyminčias orbitas. Kol kas manoma, kad dėl Jupiterio poveikio susidarė Orto kometoidų debesis, o dėl Neptūno poveikio - Koiperio juosta. Greičiausiai dabartiniai Koiperio juostos objektai – planetesimalės, protoplanetinio disko liekanos, nesugebėjusios susiformuoti į planetas, arba bent jau vieni primityviausių Saulės sistemos objektų.

Išorinių planetų ir Koiperio juostos padėties kitimas. Orbitos: žalia – Jupiterio, geltona – Saturno, žydra – Urano, mėlyna – Neptūno; a) Jupiterio ir Saturno rezonansas 2:1; b) orbitinis Neptūno poslinkis; c) Koiperio juostos kūnai kenčia po sąveikos su Neptūnu

Po Plutono atradimo daugelis astronomų netikėjo, kad jis gali būti paskutinis atrastas kūnas (tuo metu – dar planeta) Saulės sistemoje. Daugybę dešimtmečių zona su daugiau gyventojų buvo laikoma tikėtina, bet niekas jos neatrado. Pirmasis astronomas, manęs, kad transneptūniai objektai gali egzistuoti, buvo Frederikas C. Leonardas. Kometoidų juostos buvimą už Neptūno orbitos numatė K. Edžvortas ir Dž. Koiperis. Pirmasis koiperoidas atrastas 1992 m. Šiuo metu (2004 11) žinoma apie 800 koiperoidų, kurių didžiausias yra 1300 km skersmens.

Dž. Koiperis (Gerard Kuiper)

Koiperio (Kuperio–Edžvorto, angl. Edgeworth-Kuiper) juosta – disko (iškalbingesniu apibūdinimu – spurgos) formos kometoidų juosta, esanti Saulės sistemos plokštumoje ir besitęsianti nuo Neptūno orbitos (30 av) iki 55 av nuo Saulės. Pagrindinė juostos dalis tęsiasi nuo 39,5 av (orbitinis rezonansas su Neptūnu 2:3) iki 48 av (orbitinis rezonansas 1:2).

Koiperio juosta panaši į asteroidų juostą, tik yra už ją 20 kartų platesnė ir 20 – 200 kartų masyvesnė. Į ekliptiką ši sritis pasvirusi 1,86 laipsnio. Šioje juostoje sukasi daugybė didesnių ir mažesnių kosmoso kūnų – įvairiausių kometų bei asteroidų, kai kurie jų pusės Plutono dydžio ar dar didesni (koiperoidų skersmuo kinta nuo 1 iki 1000 km). Manoma, kad 70 000 šios srities objektų – didesni kaip 100 km skersmens. Nuo 2000 metų atrasta daugybė 500 – 1200 km skersmens koiperoidų. Šiuo metu žinomos trys nykštukinės planetos, skriejančios Koiperio juostoje – Plutonas, Haumea ir Makemake. Po ilgų ginčų Plutonas, netekęs planetos vardo, taip pat tapo Koiperio juostos objektu. Tuo pačiu, kad nenusiviltų, su panašiais į jį draugais jis buvo pavadintas ir plutoidu. Ryškiausių Koiperio juostos objektų sąrašas yra čia.

Nors Koiperio juosta pasižymi dydžiu, jos kūnai tesudaro 0,1 – 0,3 Žemės masės. Saulės sistemos susidarymo modeliai numatė, kad Koiperio juosta kažkada turėjo sudaryti 30 Žemės masių. Šie 99 dingę procentai turėjo būti panaudoti bet ko, kas masyvesnis kaip 100 km skersmens, akrecijai. Senais gerais laikais Koiperio juostoje buvo ankštoka, tad dėl įvairių priežasčių vyko dažni susidūrimai. Manoma, kad dalį kūnų galėjo nušluoti ir pro šalį senų senovėje praskriejusi žvaigždė, arba jie po susidūrimų sutrupėjo į per mažus kūnus, kad juos paveiktų saulės spinduliuotė. Šiaip ar taip, formavimosi pradžioje planetų sistemose medžiagos visada būna daugiau negu pabaigoje. Kūnai iš sistemos svaidomi tol, kol ji pasiekia pusiausvyros būklę.

Koiperio juostos objektų padėtis. Papildomai pažymėtos dujinių milžinių orbitos (J – Jupiteris, N – Neptūnas). Raudonos orbitos – plutinai, mėlynos  - klasikiniai Koiperio juostos objektai (cubewano). Juodos orbitos – SKBOs (išmėtytojo disko objektai)

Astronomai mano, kad šiuo metu Koiperio juosta – viena paskutinių nepažintų Saulės sistemos sričių, kurios ištyrimas leistų sužinoti daugybę naujų dalykų apie Saulės sistemos formavimąsi.  Dėl mažo dydžio Koiperio juostos objektus sunku tirti. Pagrindinis metodas, kuriuo nustatoma jų sudėtis – spektroskopija. Tiesa, iš pradžių ir tokia išsami šių kūnų analizė nebuvo įmanoma. Pirmas dalykas, ką padarė tyrinėtojai – nustatė jų spalvą, kuri varijuoja nuo pilkos iki ryškiai raudonos. Tai leido manyti, kad jų paviršiai sudaryti iš įvairių junginių, nuo purvino ledo iki angliavandenilių. Spalvų įvairovė šiek teik nustebino mokslininkus. 1996 Robert H. Brown gavo KBO 1993 SC spektroskopinius duomenis. Paaiškėjo, kad jo paviršius turi daug metano ledo ir yra panašus į Plutono ir Neptūno palydovo Tritono.

1993 SC, vienas ryškiausių Koiperio juostos objektų, šiuo metu nuo Saulės nutolęs 34 av. Jo skersmuo turbūt 300 km.

1996 TO66, 2000 EB173 ir 2000 WR106 turi sušalusio ledo. 50000 Quaoar, vienas didžiausių žinomų koiperoidų, turi kristalinio ledo ir amoniako hidrato. Įdomu tai, kad šios medžiagos per Saulės sistemos gyvavimo laiką kitose srityse buvo sunaikintos.

Kometos

Karšta ir sausa Borelly kometa

Koiperio juostoje skrieja trumpo periodo kometos (taip pat jos atvyksta ir iš išsklaidytojo disko, kai kurie astronomai teigia, kad netgi didesnė dalis). Į Saulės sistemos vidų jos patenka dėl gravitacinio išorinių planetų poveikio, taip pat ir dėl susidūrimų. Kometos nuo asteroidų skiriasi tuo, kad turi komą (uodegą), nors itin senos jų atstovės gali būti praradusios šį „šleifą“. Be to, nuo asteroidų jos skiriasi ir tuo, kad pastarieji susiformavo vidinėje Saulės sistemos dalyje. 2008 birželį žinotos 3535, kurių keli šimtai – trumpaperiodės. Jų branduolių (kometoidų) dydis paprastai būna apie 100 km, jie sudaryti iš uolienų, dulkių, vandens ir dujų (anglies monoksido, anglies dioksido, metano bei amoniako, taip pat ir metanolio, vandenilio cianido, formaldehido, etanolio ir etano), gal ir iš sudėtingesnių molekulių (angliavandenilių, amino rūgščių). Trumpaperiodės kometos skirstomos į Jupiterio šeimos ir Halley-šeimos kometas. Halley tipo kometų gimtinė – Orto debesis, tačiau didžiosios planetos jas įtraukė vidinėn saulės sistemos dalin. Jupiterio grupės planetos atkeliavo iš išmėtytojo disko.

Kometos uodegos padėtis žvaigždės atžvilgiu

Trumpaperiodžių kometų periodas mažesnis kaip 200 metų. Paprastai afelyje jų orbitos atsiduria išorinių Saulės sistemų srityje (Halley koemtos afelis – šiek tiek už Neptūno orbitos), nors štai Encke kometa niekad nenutolsta nuo Saulės labiau negu Jupiteris. Trumpaperiodės planetos tradiciškai dalinamos į Jupiterio šeimą (orbitiniai periodai trumpesni kaip 20 metų) ir Halley šeimą (orbitiniai periodai trunka 20 – 200 metų).

Kohouteko kometos (raudona) ir Žemės (mėlyna) orbitos

Kentaurai

Kentaurai, į kometas panašūs kūnai, atkeliavo iš Koiperio juostos. Dabar jie egzistuoja srityje tarp Jupiterio bei Neptūno (periheliai būna ties Jupiterio, Saturno ar Urano, o afeliai – ties Neptūno orbitomis). Kentaurų orbitos yra nestabilios. Pirmasis į kentaurą panašus objektas atrastas 1920 metais. Gali būti, kad Saturno mėnulis Fobas kažkada buvo kentauras. Kai kurie kentaurai pasipuikuoja komomis (pvz., Chiron, 60558 Echeclus, ir 166P/NEAT 2001 T4), dėl to jie klasifikuojami ir kaip asteroidai, ir kaip kometos. Jei kada nors toks kentauras paspruktų iš savo orbitos ir artėtų prie Saulės, pamatytume tikrai įspūdingą kometą.

Žinomų kentaurų orbitos

Trojanai

Prieš daugybę metų jaunasis Neptūnas pasigavo Koiperio juostos objektus, kometas ir įvairias nuolaužas. Šie kūnai labai neryškūs ir iš Žemės sunkiai stebimi, tad daugiausiai žinių apie juos suteiks 2014 metais pro Neptūną praskriesiantis New Horisons. Tie, kurie turi tokį patį orbitinį periodą, kaip ir Neptūnas (su juo rezonuoja 1:1), vadinami trojanais. Neptūno trojanų orbitos nepaprastai stabilios. Manoma, kad šie maži palydovai atsirado iškart po planetos susiformavimo, kadangi dabar Neptūnas jau negali efektyviai sugauti naujų trojanų ilgiems laikotarpiamsNeptūno palydovas Tritonas taip pat kilęs iš Koiperio juostos. Tai vienintelis pakankamai didelis Saulės sistemos palydovas, kad turėtų retrogradinę orbitą (priešinga Neptūno sukimuisi kryptimi).

Plutinai

Koiperio juostos objektai paprastai klasifikuojami į rezonuojančius (plutino ir twotino) ir klasikinius (Cubewano). Neptūno kaimynytė daro didelę įtaką Koiperio juostos gyventojams. Ši planeta sukuria orbitinį rezonansą. Neptūno gravitacijos jėga destabilizuoja bet kokių objektų, skriejančių atitinkamose srityse, orbitas ir pasiunčia tuos kūnus arba į vidinę Saulės sistemos dalį, arba į išsklaidytąjį diską, arba visiškai išmeta juos iš sistemos. Pvz., Koiperio juostos srityje, nuo Saulės nutolusioje 40 – 42 av, jokie objektai negalėjo ilgą laiką išsaugoti stabilių orbitų, tad dabartiniai žinomi tos vietos kūnai pateko ten gan neseniai. Orbitinis rezonansas žymiai sustiprina bendrą kūnų gravitacinę sąveiką. Dauguma atvejų tokia sąveika nėra stabili, t.y. abiejų kūnų judesio kiekio momentai ir orbitos kinta tol, kol rezonansas daugiau nebeegzistuoja. Tačiau kai kuriais atvejais rezonansinė sistema būna stabili ir save koreguojanti, pavyzdžiui 2:3 rezonansas tarp Plutono ir Neptūno. Tokį rezonansą turi apie 200 žinomų kūnų, jie vadinami plutino. Šiuo žodžiu apibūdinami mažesni už Plutoną (-ino italų kalboje suteikia mažo reikšmę) kūnai, turintys panašias orbitas. Pavadinimas neapibūdina šių kūnų fizinių savybių.

Dideli plutinai. Tiesios linijos rodo perihelius ir afelius. Horizontalioje viršutinėje ašyje – atstumas astronominiais vienetais. Vertikali ašis rodo orbitos posvyrį

Plutinai susidaro vidinėje Koiperio juostos dalyje, jiems atstovauja ketvirtadalis žinomų šios srities objektų. Tai – didžiausia rezonuojančių transneptūninių objektų klasė. Pirmasis plutinas po Plutono su charonu buvo atrastas 1993 metų rugsėjį, tai buvo 1993 RO.

Daugybė plutinų kerta Neptūno orbitą ar bent prie jos labai priartėja, tačiau dėl orbitinio rezonanso jie negali susidurti. Plutinai turi didelį orbitos ekscentricitetą (0,15 – 0,2), kadangi dabartinės jų padėtys yra pakankamai naujos. Jų posvyrio kampas – 50 – 10 laipsnių. Šiuo metu patvirtinti 94 plutinai, 104 gali jiems priklausyti. Dideli plutinai: Plutonas, 90482 Orcus (ateityje gali tapti plutoidu), 28978 Ixion (ateityje gali tapti plutoidu), (84922) 2003 VS2, 2003 AZ84, 38628 Huya ir 2003 AZ84. Neįprastiems plutinams priklauso 2005 TV189 (orbita pasvirusi 34,5 laipsnių kampu) ir 1996 TP6 (orbitos ekscentricitetas 0,33, perihelis būna pusiaukelėje tarp Urano ir Neptūno). Nuo Saulės plutinai nutolę maždaug 39,4 av. 1:2 rezonansą turintys plutinai perihelyje atsiduria netoli Neptūno orbitos, afelyje – prie Koiperio juostos krašto.

Plutinai (raudona spalva) ir Neptūno trojanai (žali). Pilka spalva žymima Neptūno ir plutinų padėtis. Apskritimai rodo objektų dydį, palyginus su kitais

28978 Ixion atrastas 2001 metais. Skirtingi autoriai sutaria tik dėl to, kad jo skersmuo didesnis kaip 500 km. Šiaip ar taip, atrodo, jis tai susitraukia, tai išsipučia, kai tik apie jį pradeda mąstyt koks nors astronomas – kartais jis siekia 980 km, kartais - vos 570 km. Daug kas tiki, kad ateityje jis bus paskelbtas plutoidu. Nuo Saulės Ixion vidutiniškai nutolęs per 39,65 av.

90482 Orcus taip pat laukia galimybės tapti plutoidu. Šį kūną 2004 metų vasarį atrado M. Brown, C. Truchiljas ir D. Rabinowitz. Kadangi objektai, savo dydžiu ir orbita panašūs į Plutoną turi būti pavadinami požemio karalystės gyventojų vardais, atrastasis objektas pavadintas romėnų mirusiųjų dievo vardu.

90482 Orcus

Jo skersmens duomenys įvairuoja ne taip smarkiai, kaip Ixion – 909 – 1100 km. Nuo Saulės jis nutolęs per 39,34 av (30,32 av afelyje ir 48,05 av perihelyje). Orcus ekscentricitetas – 0,226. Orbitinis periodas trunka 245 astronominius metus. Turi vieną 92-432 km skersmens palydovą, vadinamą IAUC 8812 ir atrastą 2007 metais. Temperatūra šiame objekte apie 45 kelvinus (-228 Celsijaus laipsniai). Opozicijoje Orcus ryškumas – 19,1. Atrodo, jis sudarytas iš vandens ledo, metano ir karbonatų.

Diagramoje matyti Orcus (mėlynas), Plutono (raudonas) ir Neptūno (pilkas) orbitos (vaizduoja 2006 metų balandžio mėnesio išsidėstymą). Pažymėtos ir perihelių (q) bei afelių (Q) datos.

2003 AZ84 skersmuo 590 – 785km. Nuo Saulės jį skiria 39,45 av.

Twotino

Objektai, kurių rezonansas su Neptūno orbita 1:2, nuo Saulės nutolę 47,7 – 47,8 av ir žinomi kaip twotino. Jų orbitinis periodas trunka apie 330 metų. Kraštas už jų – tai riba, žinoma Koiperio uolos pavadinimu. Nežinoma, ar tai klasikinės juostos pabaiga, ar didelio tarpo pradžia. Ši riba nebuvo numatyta tyrinėtojų, tad kurį laiką į ją astronomai žiūrėjo kreivai. 55 av atstumu nuo Saulės buvo pastebėta objektų, kurių rezonansas 2:5, tačiau nors ir bandyta, stebėjimų metu neaptikta jokių didelių kūnų. Gali būti, kad šioje srityje yra per mažai kūnų arba jie pernelyg toli vienas nuo kito, kad galėtų sudaryti didesnius objektus, be to, galbūt tam tikri procesai sunaikino tuos, kurie tik pradėjo formuotis. 2008 metų spalį buvo žinoma 14 twotino, pvz., (119979) 2002 WC19, (26308) 1998 SM165, (137295) 1999 RB216, (20161) 1996 TR66, (130391) 2000 JG81.

Koiperio juostos objektų skaičius priklausomai nuo atstumo nuo Saulės

Taip pat Koiperio juostoje yra šiek tiek objektų, turinčių 2:5 orbitinį rezonansą (orbitinis periodas – 450 metų). Tai (84522) 2002 TC302, (143707) 2003UY117, (119068) 2001 KC77, (135571) 2002GG32, (69988) 1998 WA31.
Viso jų yra 11. 3:5 rezonansą turi 10 objektų (nuo Saulės nutolę 42,5 av, orbitinis periodas 275 metai), tarp jų - (126154) 2001 YH140, (15809) 1994 JS, (143751) 2003 US292.

Rezonuojantys transneptūniniai objektai

(119979) 2002 WC19 nuo Saulės skiria 47,67 av. Turi nedidelę galimybę tapti plutoidu – tokiu atveju priklausytų mažiausiųjų plutoidų grupelei.

Rodyk draugams

« Ankstesnis puslapisNaujesnis puslapis »