Знание-сила, 2008 № 10 (976)

Итак, кто мы — какие мы? А ТАКИЕ! Откуда и куда идем? Ответа нет — только мимика, жесты, интонации.

Рафаил Нудельман

Более полувека назад американский астроном Джерард Петер Койпер высказал мысль, что далеко за орбитой последней крупной планеты (Нептун) могла когда-то существовать самая крайняя часть того протопланетного облака, из которого возникла Солнечная система, — часть, не вошедшая в состав планет в процессе их образования. Койпер не был ни первым, ни последним, кто высказал такое предположение. Более того, сам он думал, что небесные тела, когда-то населявшие эти окраины, вряд ли сохранились до наших дней, потому что воздействие крупных планет должно было вытолкнуть их из Солнечной системы. Но когда в 1990-е годы астрономы направили туда новые мощные телескопы и, к своему удивлению, действительно обнаружили там множество небесных тел, обращающихся вокруг Солнца, они дали этому сборищу название «пояс Койпера». (Конечно, это было иронией судьбы, потому что Койпер-то отрицал, что подобные тела еще существуют.) С тех пор число объектов, обнаруженных в этом поясе, перевалило за тысячу (и астрономы думают, что их там сотни тысяч), а их удивительные свойства сделали пояс Койпера едва ли не самой загадочной частью Солнечной системы.

Начать с того, что там обнаружились тела, размер и масса которых были сравнимы с параметрами Плутона, до тех пор считавшегося «девятой планетой» (один из этих объектов, Эрида, оказался даже на целых 27 процентов массивнее Плутона). Стало очевидно, что Плутон является не одной из обычных планет, а просто ближайшим (и потому первым замеченным) объектом из этого огромного сообщества малых тел, имеющих общее происхождение и особенности.

Это, понятно, вызвало необходимость уточнить, что можно считать планетой вообще. Сегодня по ту сторону орбиты Нептуна найдено уже более десятка крупных объектов (хотя астрономы уверены, что их намного больше), и благодаря этому выявились их общие признаки. Оказалось, что хотя все они почти шарообразны и обращаются вокруг Солнца, как обычные планеты, но отличаются от последних тем, что не так уж разительно превосходят других своих соседей. Если Земля, например, в миллионы раз больше, чем все вместе взятые метеориты и астероиды, проходящие рядом с ней, то Эрида или Плутон в 10—13 раз меньше суммы масс своих ближайших соседей, потому что не сумели вырасти за их счет.

Поэтому Международный Астрономический Союз в конце концов отказал этим телам (включая Плутон) в планетном статусе и выделил их в особый разряд «карликовых планет» (см. «З—С», 10/06, 12/06). По сути, это означает, что «планетой» можно называть лишь такое небесное тело, которое в процессе своего образования вобрало в себя практически весь находившийся на его орбитальном пути «строительный материал» первичного облака. Иными словами, в окрестности орбиты планеты не должно быть обломков, соударения с которыми могли бы изменить ее траекторию или выбросить с орбиты. Планеты расчищают себе «широкую орбитальную дорогу».

Среди объектов пояса Койпера есть весьма необычные. Скажем, Плутон со своим спутником Хароном (сравнимым с ним по величине) образуют «двойную систему» (сейчас известно, что почти треть транснептуновых объектов — ТНО — являются двойными). Так, ТНО под номером 2003EL61, открытый в 2003 году, имеет форму продолговатой дыни, а не шара, и окружен облаком более мелких «лун», движущихся почти по той же орбите, — видимо, остатков какого-то древнего столкновения, — а Седна имеет такую вытянутую орбиту, что удаляется от Солнца на 900 астрономических единиц (астрономическая единица — это расстояние от Солнца до Земли).

Но, как оказалось, еще более интересным является строение пояса Койпера как целого, выявившееся при изучении составляющих его объектов. Этот пояс не такой плоский, как, скажем, кольца Сатурна, хотя тоже окружает Солнечную систему концентрическим кольцом. Орбиты тел, образующих пояс Койпера, не лежат в одной плоскости, а заполняют этакий «космический бублик», то есть некоторые объекты движутся вокруг Солнца почти в той же плоскости, что и обычные планеты, орбиты других наклонены к ней на добрых 20 градусов, а третьих — больше, чем на 30 градусов. Свойства объектов в каждой из групп тоже разные, и это позволило астрономам произвести их классификацию, которая, видимо, отражает какое-то существенное различие в их происхождении.

Объекты первой группы, не очень «рвущиеся прочь» из плоскости обращения обычных планет, назвали «холодными кьюбиуанами», по названию первого из них, открытого в 1992 году и получившего номер 1992 QB-1, что по-английски звучало как «Кью-биуан». Сюда входят такие «гиганты карликового мира», как третий после Эриды и Плутона FY-9 и чуть меньший Кваовар.

Объекты третьей группы, высоко «подпрыгнувшие» над плоскостью обычных планет, как молекулы горячего пара над поверхностью воды, назвали «горячими кьюбиуанами». И те, и другие — «кьюбиуаны», потому что у них есть общее — даже самые вытянутые орбиты этих тел нигде не приближаются к орбите Нептуна, а всегда остаются внутри «бублика», на расстоянии 40—45 астрономических единиц от Солнца (Нептун находится от него на расстоянии почти 30 астрономических единиц).

Зато 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 ТНО в поясе Койпера должна возникнуть пустая «щель». А во втором случае эти ТНО 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.