Где заканчивается Солнечная система? Как всегда, это вопрос терминологии – все зависит от того, что именно считать Солнечной системой. В привычном понимании она состоит из вращающихся вокруг нашей звезды восьми планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), их спутников, пояса астероидов (между орбитами Марса и Юпитера), множества комет, а также пояса Койпера. В нем находятся в основном малые тела, оставшиеся от образования Солнечной системы, и несколько карликовых планет (в их числе Плутон, который чуть более десятилетия назад был разжалован в эту категорию из обычных планет). Пояс Койпера по сути похож на пояс астероидов, но значительно превосходит последний в размерах и массе.
Чтобы представить себе масштабы этой части солнечной империи, принято использовать астрономические единицы (а.е.) – одна единица равняется примерному расстоянию от Земли до Солнца. Последняя планета – Нептун – удалена от звезды на расстояние около 30 а.е. До пояса Койпера – 50 а.е. Прибавьте к этому еще чуть более 70 астрономических единиц – и мы подходим к первой условной границе Солнечной системы, которую и пересек «Вояджер», – внешней границе гелиосферы.
Все вышеописанное – планеты, пояс Койпера и пространство за ним – находится под. влиянием солнечного ветра – непрерывного потока заряженных частиц (плазмы), исходящего от солнечной короны. Этот постоянный ветер формирует вокруг нашей системы некое подобие вытянутого пузыря, который «вытесняет» межзвездную среду и называется гелиосферой.
По мере удаления от Солнца скорость движения заряженных частиц снижается, поскольку они сталкиваются со все большим противодействием – натиском межзвездной среды, в основном состоящей из облаков водорода и гелия, а также более тяжелых элементов, например углерода, и пыли (всего около 1%). Когда солнечный ветер резко замедляется и его скорость становится меньше скорости звука, наступает первая граница гелиосферы, называемая границей ударной волны (по-английски – termination shock). «Вояджер-1» пересек ее еще в 2004 году (его брат-близнец «Вояджер-2» – в 2007) и, таким образом, вошел в область под. названием гелиощит (heliosheath) – некое «преддверие» Солнечной системы. В пространстве гелиощита солнечный ветер начинает взаимодействовать с межзвездной средой, и их давление друг на друга сбалансировано.
Однако по мере продвижения дальше сила солнечного ветра начинает ослабевать еще больше и в конечном итоге полностью уступает внешней среде – эту условную внешнюю границу называют гелиопаузой. Преодолев ее в августе 2012 года, «Вояджер-1» вошел в межзвездное пространство и – если брать в качестве границ пределы наиболее ощутимого влияния солнечного ветра – покинул Солнечную систему. Но на самом деле, согласно общепринятому в научной среде толкованию, зонд не проделал еще и половины пути.
Поскольку «Вояджер» исследует пространства, ранее никем не изведанные, понять, где именно он находится – довольно сложная задача. Ученым приходится ориентироваться на данные, которые с помощью сигналов зонд передает на Землю. «Никто до этого никогда не был в межзвездном пространстве, поэтому это все равно что путешествовать с помощью неполных путеводителей», – объяснял научный сотрудник проекта «Вояджер-1» Эд Стоун.
Когда информация, полученная от аппарата, стала указывать на изменившуюся вокруг него среду, ученые впервые заговорили о том, что «Вояджер» близок к выходу в межзвездное пространство. Наиболее простой способ определить, преодолел ли аппарат заветную границу, – измерить температуру, давление и плотность плазмы, окружающей зонд. Однако прибор, способный делать такие замеры, перестал работать на «Вояджере» еще в 1980 году.
Специалистам пришлось ориентироваться на другие два инструмента: детектор космических лучей и плазменный волновой прибор. В то время как первый периодически фиксировал рост уровня космических лучей галактического происхождения (и падение уровня солнечных частиц), именно плазменному волновому прибору удалось убедить ученых в местонахождении аппарата – благодаря так называемым корональным выбросам массы, которые происходят на нашей звезде.
При ударной волне, следующей за выбросом на Солнце, устройство фиксировало колебания электронов плазмы, с помощью которых можно было определить ее плотность. «Эта волна заставляет плазму как будто бы звенеть, – объяснял Стоун. – В то время как плазменный волновой прибор позволил нам измерить частоту этого звона, детектор космических лучей показал, откуда пришел этот звон – от выбросов на Солнце».
Чем выше плотность плазмы, тем больше частота колебаний. Благодаря второй на счету «Вояджера» волне, в 2013 году ученые смогли узнать, что зонд уже более года летит сквозь плазму, плотность которой в 40 раз превышает предыдущие замеры. «Чем дальше двигается «Вояджер», тем выше становится плотность плазмы, – говорил Эд Стоун. – Потому ли это, что межзвездная среда становится все плотнее по мере отдаления от гелиосферы, или это результат самой ударной волны? Пока мы не знаем».
Третья волна, зафиксированная в марте 2014 года, показала незначительные по сравнению с предыдущими изменения в плотности плазмы, что подтверждает нахождение зонда в межзвездном пространстве. Итак, «Вояджер-1» выбрался за пределы наиболее «густонаселенной» части Солнечной системы и сейчас находится в 137 астрономических единицах, или 20,6 миллиардов километров от Земли.
Так когда же он наконец окончательно покинет систему? По расчетам НАСА, примерно через 30 тысяч лет. Дело в том, что Солнце, аккумулируя в себе подавляющую часть массы всей системы – 99%, распространяет свое гравитационное влияние далеко за пределы пояса Койпера и даже гелиосферы. Примерно через 300 лет «Вояджер» должен встретиться с Облаком Оорта – гипотетической (потому что никто никогда его не видел и ученые имеют лишь теоретическое представление о нем) сферической областью, опоясывающей Солнечную систему. В ней «живут», притягиваясь к нашей звезде, в основном ледяные объекты, состоящие из воды, аммиака и метана, – они, по версии ученых, изначально сформировались намного ближе к Солнцу, но затем были отброшены на задворки системы гравитацией планет-гигантов. На то, чтобы обратиться вокруг нас, им требуются тысячелетия. Считается, что некоторым из этих объектов удается попасть обратно, – и тогда мы замечаем их в форме комет.
Гипотетическая граница Облака Оорта и есть последняя граница Солнечной системы – предел гравитационного могущества нашей звезды, или сфера Хилла. За пределами Облака Оорта нет ничего – только свет, исходящий от Солнца и подобных ей звезд. Через несколько лет ученые начнут постепенно отключать приборы «Вояджера-1». Последний, как ожидается, прекратит работать около 2025 года, после чего зонд будет отправлять данные на Землю еще несколько лет, а затем продолжит свое путешествие в тишине. Чтобы достичь пределов сферы Хилла, солнечному свету, перемещающемуся с максимально известной нам скоростью, нужно около двух лет. До ближайшей к нам звезды – Проксима Центавры – он доходит примерно за четыре года. «Вояджеру», если бы его путь пролегал к ней, понадобилось бы более 73 тысяч лет.
Нередко поблизости Солнца можно наблюдать небесные тела, материя которых в окрестностях самой жаркой звезды испаряется и уносятся от нее космическими ветрами. Эти испаряющиеся небесные тела и есть кометы. Свидетельством того, что кометы держат свой путь из весьма удаленных участков Солнечной системы, является их вытянутая форма орбит. Ежегодно астрономами фиксируется движение около десятка комет. Но не астрономы одни любят наблюдать за небесными телами. Так, именно астрофизик Ян Оорт выдвинул следующую гипотезу: все кометы появляются в далеком облаке, которым окружена внешняя часть Солнечной системы.
Облако Оорта – ничто иное, как остаток протосолнечной туманности, давшей жизнь планетам и Солнцу. Каким образом? Да элементарно просто: путем слипания мельчайших частиц при помощи силы взаимного тяготения. Первичная туманность около центра была гораздо плотнее, поэтому планеты сформировались довольно быстро. В то время как ее внешние области были более разрежены, поэтому сходный процесс в них никак не завершался. Оорт изучил 19 различных комет и сделал вывод, что зачастую они следуют из некой области, расположенной в 20000 а.е. (астрономических единиц), имея при этом начальную скорость в 1 км/с. Подобная скорость позволяет утверждать, что место рождения комет расположено в пределах Солнечной системы, поскольку чужеродные ей тела обладают скоростью в среднем 20 км/с.
Принято считать, что в данном космическом облаке сосредотачивается не менее миллиарда «зародышей» будущих комет. Они представляют собой некие тела, свободно вращающиеся по своим орбитам, которые пока ни разу так и не приблизились к Солнцу. Если верить Оорту, подобных тел в составе облака собрано не менее 10 в 11-й степени. Но кроме них там можно обнаружить и миллиарды «состоявшихся» комет, то есть тех, которые уже имели встречу с главной звездой нашей системы. К слову, орбиты комет впоследствии будут зависеть от приближения друг к другу пока еще «зародышей» комет, от притяжения звезд, соседствующих с Солнцем, и еще от притяжения «возможно» существующих непосредственно в облаке Оорта тел на подобии планет и звезд.
Если заглянуть внутрь облака Оорта, можно понять, что кометные тела внутри него могут довольно долго просто свободно кружиться по нему, могут вырываться за пределы Солнечной системы, а могут устремляться к Солнцу. В последнем случае мы как раз и имеем возможность наблюдать самые настоящие кометы с хвостами. Современные исследования ученых позволяют заявлять, что облако простирается от Солнца на расстояние в 2 световых года. Этот факт говорит также и, что орбита облака Оорта имеет радиус, превышающий в 3000 раз радиус орбиты планеты Плутон. Кроме того, есть сведения, что сумма масс всех планет меньше предполагаемой массы облака. А это значит, что сегодня пока рано говорить об окончательном формировании Солнечной системы и ее неизменности в будущем.
Оказывается, особенностей более чем достаточно. Прежде всего, стоит сказать, что свойства облака Оорта различны на разной удаленности от Солнца. Отметим, что за Плутоном и поясом Койпера еще далеко не начало облака Оорта. Внешние его границы отделены довольно внушительной щелью, за которой следует внутреннее пространство облака. В этом месте движение кометных тел ничем не отличается от привычного движения планет. Они обладают стабильными и, в большинстве случаев, круговыми орбитами. А вот во внешней части облака кометы движутся как им вздумается: в разных плоскостях, ведомые притяжением Солнца или других звезд. Есть информация, что через каких-то 26000 лет к Солнцу настолько близко подберется Альфа Центавра, что к Земле и прочим планетам устремится поток комет, отклонившихся от своих орбит в облаке Оорта.
Есть вероятность, что подобные периоды «бомбежки» кометами случались и ранее. Именно в те моменты и усиливался процесс образования и формирования планет. Подсчитано, что пока существует наша планета, чужеродные звезды около десятка раз пронизали внутреннее пространство облака Оорта, усилив, таким образом, в тысячи раз движение комет. Длится это явление приблизительно 400000 лет, в ходе которого на Землю упадет в среднем две сотни комет, что в рамках науки принято считать настоящим космическим ливнем.
На вопрос о том, можно ли увидеть облако Оорта своими глазами, отвечаем, что сделать это пока не удалось. Во-первых, потому что оно слишком разрежено, во-вторых, практически не освещается Солнцем, но главная причина в том, что мы с вами находимся непосредственно внутри него. Тем не менее, ученым посчастливилось наблюдать другие подобные облаку Оорта туманности. Они зарегистрировали едва заметные диски с такими же щелями около близ расположенных к нам звезд. Отсюда можно утверждать, что Солнечная система разделена на 4 части. То есть в ее состав входят планетная система, щель либо пояс Койпера и еще две составляющие – это внутренняя и внешняя области облака Оорта.
Получить достоверную информацию об облаке Оорта – колоссальном скоплении комет у самых дальних пределов Солнечной системы – чрезвычайно трудно. Пока даже само его существование однозначно не установлено. Но новый подход, используя данные о реликтовом космическом излучении. «Типичной» комете требуется более 200 лет, чтобы на дикой скорости совершить полный оборот и снова оказаться видимой наблюдателям с Земли. При этом направления их полета могут быть самыми разными. Эти и другие факты постепенно привели к появлению гипотезы о том, что «прародиной» всех этих тел является колоссальное облако ледяных обломков, окружающее Солнечную систему – облако Оорта.
Считается, что сформировалось оно из того же протопланетного диска, из которого произошли и все планеты Солнечной системы, с той только разницей, что материя эта не собралась в крупные тела, а в виде мелких, быстро обраставших льдом обломков была выброшена далеко за пределы ближних границ системы. Оно слишком далеко, слишком неплотно и слишком тускло, чтобы была возможность наблюдать его непосредственно. Однако, отталкиваясь от анализа траекторий прилетающих из него комет, астрономы считают, что состоит облако Оорта из двух основных частей. Внешняя из них охватывает расстояние от 20 тысяч до 200 тысяч астрономических единиц (расстояний от Земли до Солнца – 1 а.е. составляет около 150 миллионов километров) от Солнца.
Ряд теоретических исследований строения Солнечной системы показывает и существование внутреннего слоя облака Оорта, протянувшегося от 3 тысяч до 20 тысяч а.е. от звезды. Впрочем, именно этот слой вызывает больше всего сомнений. Лишь некоторые недавно обнаруженные объекты – такие, как Седна и 2006 SQ372 – указывают на его существование. Теперь же группа ученых во главе с Ави Лёбом (Avi Loeb) предлагает принципиально новый подход, который может сделать внутренний слой облака Оорта «видимым» для наших приборах. Для этого они намерены обратиться к данным о реликтовом излучении. Это излучение – пожалуй, самое древнее, что мы вообще можем наблюдать, оно – практически ровесник самого Большого Взрыва и практически равномерно приходит со всех сторон небес.
Считается, что плотность внутреннего слоя облака Оорта достаточно велика для того, чтобы экранировать заметную часть реликтового излучения. Температура его составляет приблизительно -268°, что примерно вдвое теплее, чем у излучения, – и все это дает надежду на то, что облако Оорта можно будет наблюдать, используя реликтовое излучение, как «светящийся фон». Разумеется, в видимом свете ничего видно не будет: это излучение относится к микроволновому диапазону.
Конечно, есть некоторая вероятность того, что внутренний слой облака Оорта представляет собой почти ровную сферу. В этом случае он останется по прежнему невидимым, поскольку будет экранировать излучение равномерно во всех направлениях. Однако этот вариант вряд ли возможен: даже пролетающие невдалеке звезды своим притяжением внесут беспорядок в идеальную сферу, и локальные подвижки будут видны. По оценкам ученых, по меньшей мере пять звезд за 5 миллиардов лет существования Солнечной системы должны были пройти на расстоянии до 2 тысяч а.е. И после каждого из них «дырки» в облаке Оорта должны затягиваться долгие миллиарды лет. Соответственно, все эти неравномерности и позволит выявить наблюдение реликтового излучения.
В фантастических фильмах показывают, как космические корабли летят к планетам через астероидное поле, они ловко уклоняются от крупных планетоидов и ещё более ловко отстреливаются от мелких астероидов. Возникает закономерный вопрос: «Если пространство трёхмерное, не проще ли сверху или снизу облететь опасное препятствие?» Задавшись этим вопросом можно найти много интересного о строении нашей Солнечной системы. Представление человека об оной ограничивается несколькими планетами, о которых старшие поколения узнавали в школе на уроках астрономии. Последние несколько десятилетий такую дисциплину не изучали вообще.
Попробуем немного расширить своё восприятие реальности, рассматривая существующую информацию о Солнечной системе. В нашей Солнечной системе существует астероидный пояс между Марсом и Юпитером Учёные, анализируя факты, больше склоняются к тому, что данный пояс образовался в результате разрушения одной из планет Солнечной системы. Этот астероидный пояс не единственный, существует ещё две отдалённые области, называемые по именам астрономов, предсказавших их существование - Джерард Койпер и Ян Оорт – это Пояс Койпера и Облако Оорта. Пояс Койпера находится в диапазоне между орбитой Нептуна 30 а.е. и расстоянием от Солнца примерно в 55 а.е.
По представлениям учёных астрономов Пояс Койпера, как и пояс астероидов, состоит из малых тел. Но в отличие от объектов пояса астероидов, которые в основном состоят из горных пород и металлов, объекты Пояса Койпера сформированы в своём большинстве из летучих веществ (называемых льдами), таких как метан, аммиак и вода. Через область пояса Койпера так же проходят орбиты планет Солнечной системы. К таким планетам относятся Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида и множество других. Ещё множество объектов и даже карликовая планета Седна имеет орбиту движения вокруг Солнца, но сами орбиты выходят за пределы пояса Койпера. Кстати, орбита Плутона так же выходит из этой зоны. В эту же категорию попала и загадочная планета, у которой пока нет названия и говорят о ней просто – «Planet 9». Оказывается, на этом границы нашей Солнечной системы не заканчиваются. Существует ещё одно образование, это облако Оорта. Объекты в Поясе Койпера и в Облаке Оорта, предположительно, являются остатками от формирования Солнечной системы около 4,6 миллиарда лет назад.
Удивительным в его форме являются пустоты внутри самого облака, объяснить происхождение которых официальная наука не может. Учёными принято делить облако Оорта на внутреннее и внешнее. Инструментально существование Облака Оорта не подтверждено, однако многие косвенные факты указывают на его существование. Астрономы пока только предполагают, что объекты, составляющие облако Оорта, сформировались около Солнца и были рассеяны далеко в космос на раннем этапе формирования Солнечной системы.
Внутреннее облако – это расширяющийся из центра луч, а сферическим облако становиться за пределами расстояния в 5000 а.е. и край его находится примерно в 100000. а.е. от Солнца. По другим оценкам внутреннее облако Оорта лежит в диапазоне до 20000 а.е., а внешнее до 200000 а.е. Учёные предполагают, что объекты в облаке Оорта в значительной степени состоят из водяных, аммиачных и метановых льдов, но могут присутствовать и скалистые объекты, то есть астероиды. Астрономы Джон Матис (John Matese) и Даниэль Уитмир (Daniel Whitmire) утверждают, что на внутренней границе облака Оорта (30000 а.е.) существует планета газовый гигант Тюхе и, возможно, она не единственный житель этой зоны.
Если взглянуть на нашу Солнечную систему «издалека», то получается все орбиты планет, два астероидных пояса и внутреннее облако Оорта лежат в плоскости эклиптики. У Солнечной системы появляются чётко выраженные направления верха и низа, значит существуют факторы, определяющие такое строение. А с удалением от эпицентра взрыва, то есть звезды, эти факторы исчезают. Внешнее Облако Оорта образует структуру похожую на шар. Давайте «доберёмся» до края Солнечной системы и постараемся лучше понять её устройство.
|
