Элизабет Таскер - Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Взаимодействие Нептуна с поясом Койпера не ограничивается одним лишь процессом их формирования. Если каменистые объекты из пояса приближаются к массивной планете слишком близко, они могут вновь получить ускорение и быть выброшены во внутреннюю область Солнечной системы. По мере продвижения объекта из пояса Койпера по направлению к Солнцу его ледяное тело начинает улетучиваться, образуя хвост из водяных паров. Так объект становится кометой.

Комета, получившая свое название от греческого слова «длинноволосый», появляется в небе в виде размытого пятна света, за которым тянется длинный хвост. Некоторые кометы движутся по протяженным орбитам вокруг Солнца, появляясь в небе раз в несколько десятилетий или столетий. Другие пролетают мимо нашей планеты только один раз, навсегда покидая Солнечную систему после всего одного танца вокруг Солнца.

На всем протяжении человеческой истории внезапное появление комет среди привычных созвездий воспринималось в качестве доброго или дурного предзнаменования. Особенно сильное впечатление на людей производила комета Галлея. Обращаясь по орбите с периодом 75–76 лет, она была увековечена в 70-метровом гобелене из Байе, созданном в 1070-е гг. и повествовавшем о завоевании норманнами Англии. То же самое явление в 1301 г. вдохновило флорентийского художника Джотто ди Бондоне на использование образа кометы в качестве звезды, которая привела мудрецов к месту рождения Иисуса, на религиозной фреске «Поклонение волхвов» [6] Комета Галлея должна была наблюдаться приблизительно в 11 г. до н.э., но в этом случае она вряд ли могла фигурировать в библейском сюжете в качестве указателя дороги на Вифлеем. . Своим именем комета обязана британскому астроному Эдмунду Галлею, который первым понял, что упоминания о появлении кометы в 1456, 1531, 1607 и 1682 гг. относятся к одному и тому же объекту, движущемуся по периодической орбите. Галлей предсказал, что комета снова появится в 1758 г. Сам он не дожил до этого момента, но комета действительно появилась точно тогда, когда он предсказал, после чего и получила его имя. В последний раз комета Галлея появлялась в 1986 г., а ее следующий визит состоится в середине 2061 г.

Вопрос о происхождении кометы Галлея остается открытым, так что наши предки были не так уж далеки от истины, когда видели в ней загадочного предвестника из космоса. Совершая полный оборот по орбите менее чем за два столетия, комета Галлея считается, как бы это иронично ни звучало, короткопериодической кометой. Кометы этого класса обычно попадают во внутреннюю часть Солнечной системы из пояса Койпера, получая ускорение при встрече с Нептуном. В результате гравитационного воздействия орбиты этих комет имеют форму сильно вытянутых эллипсов, что отличает их от почти круговых планетных орбит. Однако, учитывая, что и Нептун, и пояс Койпера располагаются приблизительно в том же дискообразном участке пространства, что и первоначальный протопланетный диск, образующиеся в результате их взаимодействия кометы движутся вокруг Солнца в той же плоскости.

Но это не относится к комете Галлея. Ее орбита наклонена под таким большим углом к орбитам планет, что, по сути, комета повернута в другую сторону и обращается вокруг Солнца в противоположном направлении. Таким образом, если большинство короткопериодических комет лишь слегка поднимаются над плоскостью диска (менее чем на 10º), то орбита кометы Галлея наклонена к плоскости эклиптики на 162º. Столь необычная орбита свидетельствует о том, что комета начала свой путь в другом месте, а именно в облаке Оорта на краю Солнечной системы.

В отличие от объектов в поясе Койпера, вытолкнутых наружу планетами, каменистые небесные тела, образующие облако Оорта, испытали на себе куда более значительное воздействие. Приблизившись к газовым гигантам на расстояние, достаточное для получения мощного ускорения, они были заброшены планетной катапультой на самую окраину Солнечной системы. В этой критической точке направленное вовнутрь гравитационное притяжение Солнца уравновешивается обращенной вовне тягой, создаваемой гравитацией остальной Галактики. В результате появляется относительно стабильная область, в которой каменистые небесные тела не испытывают притяжения и находятся в состоянии покоя — на своего рода острой кромке по краю нашей Солнечной системы.

Этот ненадежный приют для заблудших космических глыб находится очень далеко, поэтому облако Оорта недоступно для непосредственного наблюдения. По оценкам, расстояние от него до Солнца составляет 22 000–100 000 а.е. (более 1 светового года), а количество объектов в нем, как полагают, исчисляется триллионами.

Балансируя между Солнцем и остальной Галактикой подобно акробату на тонком канате, каменистые тела в облаке Оорта теряют равновесие даже от малейшего гравитационного толчка от проходящей мимо звезды. В этом случае они устремляются во внутреннюю область Солнечной системы, где оказываются во власти солнечной гравитации, становясь долгопериодическими кометами.

Еще один, не столь давний, как комета Галлея, гость в окрестностях Солнца — комета Лавджоя. Впервые она была обнаружена австралийским астрономом-любителем Терри Лавджоем в 2014 г. В начале 2015 г. комета стала доступна для наблюдения невооруженным глазом и в конце января того же года максимально сблизилась с Солнцем. В отличие от кометы Галлея, комета Лавджоя движется по невероятно длинной петле в пределах Солнечной системы с периодом, который изначально составлял 11 000 лет. При прохождении кометы по той части Солнечной системы, где располагаются планеты, траектория ее орбиты изменилась под влиянием гравитационного притяжения, что привело к сокращению периода обращения до 8000 лет (но это все равно немыслимо много). Для сравнения: период обращения Плутона составляет всего лишь 248 лет.

Поскольку при движении по орбите объект описывает петлю, он должен возвращаться в точку отправления. Это означает, что кометы, движущиеся по орбитам с периодами обращения более 200 лет, должны начинать свой путь дальше пояса Койпера. При этом вытянутая эллиптическая форма их орбит указывает на то, что эта отправная точка находится намного дальше Плутона. Именно этот факт, наряду с разнообразием углов наклона этих долгопериодических комет, и привел Яна Хендрика Оорта к предположению о существовании вокруг Солнечной системы оболочки из удаленных объектов.

Так случилось, что Койпера и Оорта объединяло не только общее происхождение (оба астронома были голландцами): и у того, и у другого были предшественники, высказывавшие идеи, аналогичные предположениям о существовании пояса Койпера и облака Оорта. Оорт выступил со своей гипотезой о происхождении долгопериодических комет в 1950 г., но еще в 1932 г. об этом говорил эстонский астроном Эрнст Эпик. Предположение Эпика о том, что источником долгопериодических комет является облако далеко за орбитой Плутона, было опубликовано в журнале Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences , который, как отметил в статье о работах Эпика его коллега Фред Уиппл, был «журналом, редко попадавшим в поле зрения астрономов». Не способствовало популярности статьи Эпика и ее неприметное название: «К вопросу о звездных возмущениях околопараболических орбит». Достаточно сравнить его с броским названием статьи Оорта 1950 года: «Структура кометного облака, окружающего Солнечную систему» . Скорее всего, Оорт действительно не был знаком с этой более ранней публикацией, поскольку в своей статье он поблагодарил Уиппла за то, что тот привлек его внимание к работе Эпика: «Я в долгу перед доктором Уипплом, за то что он обратил мое внимание на интересную статью Эпика, в которой также рассматривается воздействие звезд на облако метеоритов или комет. Эта статья, с которой я имел возможность ознакомиться только после того, как были написаны первые три части настоящей работы, посвящена влиянию проходящих звезд на сильно вытянутые орбиты».