100 великих загадок астрономии - Александр Викторович Волков

Самый большой объект пояса Койпера – планета Эрида, открытая в 2003 году. Внешне она очень похожа на Плутон, да и своими размерами не уступает ему. В ноябре 2010 года, когда Эрида была обмерена наиболее дотошно, стало ясно, что ее диаметр лишь на 50–60 километров меньше диаметра Плутона. Поразительно велик наклон ее орбиты – 44 градуса. Возможно, поэтому ее не открыли раньше – никто не догадывался искать ее там, где она находилась.

Как показали наблюдения, поверхность Эриды в основном покрыта замерзшим азотом; кроме того, там содержится до 10 % метанового льда. Подобно Плутону, она, по-видимому, окружена разреженной атмосферой, содержащей азот, метан и моноксид углерода. По мере удаления от Солнца эта атмосфера конденсируется и в виде изморози выпадает на поверхность планеты.

Вплоть до 2020 года зонд «Новые горизонты» будет исследовать объекты пояса Койпера. Они вызывают большой интерес у астрономов, поскольку многое могут поведать о становлении нашей планетной системы. Это – своего рода «кладовая, где сохранились отходы от формирования планет». Здесь можно увидеть тот самый материал, из которого возникла Солнечная система.

В споре двух звезд рождается Седна?

С открытием Эриды вновь вспомнилось о том, что четкой границы между планетами и «непланетами» нет. Ведь при диаметре порядка одной или двух тысяч километров небесное тело уже имеет форму правильного шара и ничем не отличается от таких маленьких планет, как Плутон. Эта путаница смущала умы астрономов на протяжении нескольких лет, прежде чем в 2006 году было решено и Плутон не считать планетой.

К тому времени в поясе Койпера, далеко за орбитой Плутона, были уже открыты три «десятые» планеты кряду, и астрономический мир пребывал в явном замешательстве. Помимо Эриды, впервые замеченной 21 октября 2003 года, это был Квавар, открытый 4 июня 2002 года и насчитывающий, как определили поначалу, 1250 километров в поперечнике (по новейшим оценкам, его диаметр составляет 890 километров). А еще – Седна, обнаруженная 14 ноября 2003 года (об этом открытии было объявлено лишь в марте следующего года) и имеющая диаметр от 1200 до 1600 километров, что уже гораздо ближе к Плутону.

Снимок Седны (слева, отмечена кружком) и ее поверхность глазами художника

Квавар обнаружили Майкл Браун из Калифорнийского технологического института и Чадвик Трухильо из обсерватории «Джемини» (годом позже они же, а также Дэвид Рабиновиц из Йельского университета, заметят Эриду). На то время Квавар, как считалось, стал самым крупным объектом, открытым в Солнечной системе, начиная с 1930 года. Это классический представитель пояса Койпера. Он движется по круговой орбите на расстоянии почти 6 миллиардов километров от Солнца. Его орбита наклонена примерно под углом 8 градусов к эклиптике – плоскости видимого годичного перемещения Солнца, что довольно умеренно, если сравнить эту цифру с наклоном орбиты самого Плутона. Зато альбедо Квавара составляет всего 10 процентов. Эта планета кажется черной, как сажа. Поэтому она так долго оставалась незамеченной.

Найденную планету назвали в честь божества, которому поклонялись индейцы тонгва, населявшие когда-то местность в районе Лос-Анджелеса. По их легендам, Квавар спустился с небес, навел порядок в царившем хаосе, укрепил Землю на спинах семи великанов, сотворил животных, а потом и человека. На бывших охотничьих угодьях индейцев теперь располагается Калифорнийский технологический институт, в котором работали первооткрыватели этой планеты.

Седна получила свое название в честь эскимосской богини моря, живущей в ледяной пучине северных вод. На ее поверхности и впрямь царит страшный холод. Температура здесь достигает минус 243 °C. В этом нет ничего удивительного, ведь планета приближается к Солнцу самое большее на 11,4 миллиарда километров. Но даже тогда она оказывается в 76 раз дальше от Солнца, чем Земля, и в два раза дальше, нежели Плутон. По этой причине она выглядит на экране телескопа крохотным, едва различимым красноватым пятнышком.

Красная окраска Седны заметно отличает ее от других транснептуновых объектов. Причина такой окраски неясна. Очевидно, она свидетельствует о том, что на поверхности планеты содержатся соединения железа или присутствует большое количество органических веществ. В первом случае возникают аналогии с Марсом, во втором – с кометами. К слову, для появления на поверхности Седны оксида железа не требуется непременно наличия атмосферы.

Удаляется же Седна от Солнца на 130 миллиардов километров, совершая оборот вокруг него за 10 500 лет. Эта планета постоянно пребывает в полной темноте, и Солнце на ее поверхности выглядит небольшой звездочкой. Когда она находится в самой дальней точке орбиты, солнечные лучи летят к ней целых пять дней. Эксцентриситет ее орбиты превышает 0,8 – это неизмеримо больше, чем у Меркурия (0,21) и Плутона (0,25). Один оборот вокруг своей оси она совершает примерно за десять часов.

Это – самая отдаленная и холодная планета из всех, когда-либо найденных в Солнечной системе. Возможно, по ту сторону ее орбиты обращаются и другие похожие на нее планеты, но их невозможно разглядеть в наземные телескопы, да и сама Седна остается видна в телескоп всего около ста лет, а затем вновь невероятно удаляется от Солнца. Подобное поведение этой планеты порождает многочисленные гипотезы. Как признаются астрономы, «Седна сразу же заняла место “планеты-изгоя”, ранее принадлежавшее Плутону. Ее сильно вытянутая орбита снова нарушила устоявшиеся представления о Солнечной системе».

Так, современная модель возникновения планет подразумевает, что самые крупные объекты пояса Койпера ввиду их малой плотности должны были формироваться на протяжении нескольких сотен миллионов лет. Однако сам протопланетный диск, по оценке астрономов, существовал менее 10 миллионов лет. Для объяснения этого противоречия строятся разные гипотезы.

Несомненно, орбита Седны была изначально круговой. Ее не могли трансформировать ни маленький Плутон, ни огромный Нептун, поскольку они находились слишком далеко. Может быть, эта орбита является столь вытянутой потому, что близ Седны располагался очень массивный объект, принадлежащий Солнечной системе? Впрочем, радиус орбиты подобного объекта должен составлять примерно 200 астрономических единиц. Существование этой крупной планеты стало бы столь же громкой сенсацией, как и существование самой Седны.

А почему бы не объяснить изменение этой орбиты внешними факторами, игрой космических сил, действующих за пределами Солнечной системы? По расчетам американских астрономов Скотта Кениона и Бенджамина Бромли, более четырех миллиардов лет назад Солнце сблизилось с некой звездой, тоже окруженной вереницей планет. Расстояние между ними составило всего 150–200 астрономических единиц. На периферии обеих планетных систем, на расстоянии свыше 50 астрономических единиц от материнской звезды, очевидно, все перемешалось во время этого рандеву. Возможно, чужая звезда увлекла за собой некоторые наиболее крупные объекты, находившиеся на окраине Солнечной системы. Поэтому Седна так удалилась от Солнца. Если бы обе звезды подошли еще ближе друг к другу, то и Нептун изменил бы свою орбиту и вместо круга описывал бы эллипс.

Но есть и другая, прямо противоположная гипотеза. Возможно, Седна первоначально обращалась вокруг чужой звезды и затем покинула ее. Вероятность этого события составляет 10 %. Вместе с ней из «космической тьмы» на сторону Солнца могли переметнуться от нескольких тысяч до нескольких миллионов небесных тел, которым был уготован «светлый плен». В таком случае на периферии Солнечной системы находится вещество другой звездной системы. Зачастую орбиты этих новых спутников Солнца наклонены к центральной плоскости Солнечной системы под очень большими углами, превышающими 40 градусов.

В настоящее время в радиусе четырех световых лет от Солнца нет ни одной звезды, однако около четырех с половиной миллиардов лет назад все могло обстоять иначе. Ведь новые светила чаще всего рождаются целыми группами из сотен и даже тысяч звезд.

Эта гипотеза объясняет еще один странный факт. На расстоянии 50 астрономических единиц от Солнца пояс Койпера резко очерчен. Дальше Солнечная система внезапно пустеет, будто что-то «вымело» оттуда все астероиды и кометы. Расчеты же показывают, что плотность протопланетного диска по мере удаления от Солнца должна уменьшаться постепенно. Что если встречная звезда, однажды разминувшаяся с Солнцем, и «очертила» границу пояса Койпера, а вовсе не какая-то мстительная Немезида, которую не разглядишь в лучшие телескопы планеты?

Где прячется Немезида?

Грандиозные катаклизмы не раз меняли облик Земли. После этих «бурь» исчезали процветавшие прежде виды растений и животных, в то время как другие, вроде бы находившиеся на обочине эволюции, начинали стремительно развиваться. За последние полмиллиарда лет произошло пять крупных катастроф, во время которых наблюдались массовые вымирания всего живого. Подчас их жертвами становилось до 75–80 % всех видов животных, населявших нашу планету. Среди них – аммониты, трилобиты, динозавры, птерозавры, ихтиозавры.