Знание-сила, 2008 № 10 (976)

Вернемся, однако, к поясу Койпера. Кьюбиуаны представляют собой основное население той его части, которую астрономы называют сегодня «классическим» поясом Койпера («холодные» кьюбиуаны составляют при этом две трети этого населения, а «горячие» — одну треть). Пояс Койпера имеет две загадочные особенности. Во-первых, он не истончается постепенно, как можно было бы ожидать от остатков первичного газопылевого облака, из которого некогда образовалось Солнце и его планеты, а почему- то резко обрывается на расстоянии 50 астрономических единиц от Солнца, будто срезанный, так что дальше практически никаких ТНО нет. А во- вторых, даже внутри пояса Койпера есть «пустоты», где число ТНО очень мало, то есть он похож, скорее, на разделенную щелями систему колец Сатурна, чем на сплошной пояс.

Вторую из этих особенностей можно объяснить резонансными взаимодействиями, и, действительно, эти щели в поясе Койпера находятся именно там, где орбиты ТНО оказываются в тех или иных «разрушительных» резонансах с Нептуном. Однако так можно объяснить только щели в поясе, но не полный его обрыв. Поэтому для обрыва предлагаются разные другие объяснения.

Например, исследователи Патрик Лукавка и Тадаси Мукаи из университета в Кобе считают, что обрыв пояса обусловлен наличием за ним, еще дальше от Нептуна (на расстоянии 60 — 90 астрономических единиц), невидимой планеты Х, но не карликовой, а уже обычной, величиной с Марс или даже немного больше, которая в процессе образования Солнечной системы была вышвырнута на окраину и теперь вращается там по сильно эллиптической орбите. Всякая достаточно большая планета «подметает» весь материал по обе стороны от своей орбиты, и та планета Х, существование которой постулируют эти ученые, тоже могла «подмести» к себе все тела пояса Койпера, которые когда-то находились дальше 50 астрономических единиц. Невидимость же этой планеты Х японские астрономы объясняют тем, что ее орбита перпендикулярна плоскости обращения остальных планет, что делает ее крайне трудной для обнаружения.

В январе 2006 года к Плутону отправился американский зонд «Новые горизонты»

В 1930 году с помощью этого блинк-компаратора молодой американский астроном Клайд Томбо, сличая фотографии звездного неба, сделанные в разные дни, открыл Плутон

Разумеется, все это объяснение не является произвольным — за ним стоит длительный компьютерный расчет взаимодействий того или иного типа «планеты Х» с телами на окраине пояса Койпера. На таком же методе компьютерного моделирования с выбором наилучшего варианта основаны также гипотезы другой группы исследователей — авторов и сторонников так называемой «модели Ниццы» во главе с А. Морбиделли, Х. Левисоном, Р. Гомесом и К. Циганисом.

«Модель Ниццы» родилась как попытка ответить на три нерешенных вопроса истории Солнечной системы: как возникли нынешние орбиты планет, каким образом у Юпитера появились его так называемые «Троянские спутники» и почему на ранних этапах существования Солнечной системы небольшие внутренние планеты подверглись внезапной и весьма интенсивной бомбардировке огромными астероидами и метеоритами.

Все эти три вопроса авторы сумели объяснить, приняв, что большие планеты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) поначалу образовались ближе к Солнцу, окруженные огромным облаком небесных тел разного размера, и лишь в результате взаимодействий друг с другом перемещались на привычные нам орбиты. Юпитер дрейфовал внутрь Солнечной системы, остальные — наружу. Расчеты показали, что на первом этапе планеты сдвигались плавно, но затем, когда Юпитер и Сатурн разошлись так, что оказались в резонансе 1:2, их воздействие на остальные планеты и астероиды стало необычайно разрушительным. В течение нескольких миллионов лет вся Солнечная система переживала период потрясений, и многие окраинные тела были сорваны со своих орбит и брошены, как бомбы, на малые внутренние планеты (в далеком прошлом те пережили эпоху «бомбардировки», см. «З—С», 12/02). На третьем этапе, по той же модели, большие планеты, продолжая взаимодействовать с оставшимися на окраине Солнечной системы телами, вышли на свои нынешние орбиты.

Как показали дальнейшие исследования, «модель Ниццы» тоже может на свой лад объяснить загадки пояса Койпера. По этой модели, протооблако, из которого образовалась Солнечная система, вначале кончалось на месте нынешнего Нептуна, в 30 — 35 астрономических единицах от Солнца. То место, где сейчас находится пояс Койпера, было пустым. Но когда Юпитер и Сатурн оказались в резонансе, значительная часть окраинных тел протооблака была заброшена еще дальше, до 50 астрономических единиц, а после того, как Сатурн вырвался из резонанса с Юпитером, эти тела там и остались, образовав пояс Койпера. В своей недавней работе авторы «модели Ниццы» показали, что при некоторых, вполне правдоподобных предположениях расчетная модель подтверждает, что пояс Койпера должен резко обрываться в 45 — 50 астрономических единицах от Солнца, как это и есть на самом деле.

Модель объясняет также появление главных групп ТНО. Когда Нептун, выходя на свою нынешнюю орбиту, оказался рядом с только что возникшим поясом Койпера, он произвел возмущения в орбитах тамошних тел (см. также «З—С», 3/07). Часть из них, находившаяся на орбитах, близких к резонансу 2:3 с Нептуном, постепенно перешла на устойчивые орбиты, точно соответствующие этому резонансу, — так появились плутиносы, включая и сам Плутон с Хароном. Другие же тела были вброшены внутрь Солнечной системы, образовав группу Кентавров, и некоторые из них снова попали в резонанс, только резонанс стабилизирующий (1:1), причем не только с Нептуном, но и с Юпитером, в результате чего стали Троянцами. На их месте в поясе Койпера возникли те пустоты, которые астрономы наблюдают сегодня. Наконец, не претерпели изменений орбиты тех тел, которые не были ни в каком резонансе, — они создали группу кьюбиуанов.

Расчеты показывают также, что некоторые из тел первичного пояса Койпера, очевидно, были выброшены («рассеяны») не внутрь Солнечной системы, а наружу. И действительно, такие тела нашлись. Они образуют особую группу «рассеянных ТНО», типичным представителем которых является Эрида, имеющая такую вытянутую орбиту, что она лишь частично остается в поясе Койпера: в перигелии она отстоит от Солнца на 38 астрономических единиц, в афелии почти на 100 астрономических единиц, что вдвое дальше внешней границы пояса Койпера. Впрочем, орбиты Эриды и ей подобных отличаются еще и тем, что они почти «вертикальны», то есть лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости обращения планет. Судя по всему, дальнейшая судьба этих тел — быть полностью выброшенными не только из пояса Койпера, но, возможно, из Солнечной системы вообще.