Облако Оорта — предполагаемая область на самых дальних рубежах Солнечной системы, где могут находиться триллионы ледяных тел. Увидеть само облако пока не удалось: о его существовании судят прежде всего по долгопериодическим кометам, которые прилетают к Солнцу с огромных расстояний и с самых разных направлений.
Внутренняя граница начинается примерно в 2 000–5 000 а.е. от Солнца, внешняя может простираться до 100 000 а.е. и дальше.
Внешнюю часть облака считают почти сферической: долгопериодические кометы прилетают к Солнцу с самых разных направлений.
По масштабу это одна из крупнейших областей Солнечной системы: 100 000 а.е. — это около 1,6 светового года.
Объекты облака — в основном небольшие ледяные тела из воды, метана, аммиака, угарного газа и других замерзших веществ с примесью пыли и пород.
Что такое облако Оорта
Облаком Оорта называют гипотетическое скопление малых ледяных тел, которое окружает Солнечную систему далеко за орбитой Нептуна и поясом Койпера. Слово «облако» используется весьма условно: оно представляет собой множество отдельных объектов, разбросанных по огромному объему пространства.
Внешнюю часть облака Оорта считают почти сферической. На это указывают орбиты долгопериодических комет: они прилетают к Солнцу с самых разных направлений, а не только из области, где обращаются планеты. Значит, их предполагаемый источник должен окружать Солнечную систему со всех сторон.
Внутреннюю область иногда называют облаком Хиллса. Вероятно, она расположена ближе к Солнцу, содержит больше объектов и может иметь более плоскую, дискообразную или тороидальную форму.
Напрямую облако Оорта пока не наблюдали. Его предполагаемые объекты слишком малы, далеки и тусклы — современные телескопы не способны их уловить. Поэтому астрономы исследуют эту область косвенно: изучают орбиты комет и строят модели движения тел на окраинах Солнечной системы.
Вероятно, именно из облака Оорта приходит большинство долгопериодических комет, которым требуется больше 200 лет на один оборот вокруг Солнца. Некоторые из них возвращаются через тысячи или даже миллионы лет.
Объект может провести почти всю свою историю вдали от Солнца, пока его орбиту не изменит внешнее воздействие. Гравитация пролетающей звезды или влияние Млечного Пути способны направить ледяное тело к центру Солнечной системы. При приближении к Солнцу лед начинает испаряться, вокруг ядра появляется кома, а затем и хвост — объект становится наблюдаемой кометой.
Размер облака Оорта и расстояние от Солнца
Точных границ у облака Оорта нет. Оно постепенно становится все более разреженным, поэтому оценки его размеров в разных моделях отличаются.
Внутреннюю границу обычно помещают примерно в 2 000—5 000 астрономических единиц от Солнца. Одна астрономическая единица, или а.е., равна среднему расстоянию от Земли до Солнца — около 150 млн км.
Для сравнения:
Нептун обращается примерно в 30 а.е. от Солнца.
Основная часть пояса Койпера находится примерно между 30 и 50 а.е.
Гелиопауза расположена примерно в 120 а.е.
Облако Оорта начинается уже на расстоянии в несколько тысяч а.е.
То есть между поясом Койпера и предполагаемым внутренним краем облака остается огромная практически пустая область.
Внешнюю границу чаще оценивают в 50 000—100 000 а.е. Некоторые модели допускают расстояние до 150 000—200 000 а.е.
В световых годах эти величины выглядят так:
2 000 а.е. — около 0,03 светового года.
50 000 а.е. — примерно 0,8 светового года.
100 000 а.е. — около 1,6 светового года.
200 000 а.е. — чуть больше 3 световых лет.
Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра находится примерно в 4,24 светового года от нас. Получается, по наиболее широким оценкам внешняя часть облака Оорта может занимать значительную долю расстояния между Солнцем и ближайшими звездами.
При этом основная масса объектов, вероятно, сосредоточена гораздо ближе. Исследования орбит долгопериодических комет указывают, что многие из них приходят из области примерно 40 000–50 000 а.е. Дальше плотность облака заметно снижается.
Даже достигнуть его внутренней границы современной технике чрезвычайно сложно. «Вояджеру-1» потребовались бы сотни лет, чтобы добраться до внутренней части облака, и десятки тысяч лет, чтобы пересечь всю предполагаемую область.
Объекты в облаке Оорта
Облако Оорта, предположительно, состоит из огромного количества небольших ледяных тел. Это планетезимали — остатки вещества, из которого около 4,6 млрд лет назад формировались планеты Солнечной системы. Большинство таких объектов никогда не приближается к Солнцу и остается на очень далеких орбитах.
По составу они должны быть похожи на ядра комет. В них могут присутствовать водяной лед, метан, этан, аммиак, угарный газ, циановодород, а также пыль и силикатные породы. При температурах на расстоянии в тысячи астрономических единиц эти вещества сохраняются в замерзшем состоянии.
Точные размеры тел неизвестны. Предполагается, что значительная часть объектов имеет диаметр от нескольких километров до нескольких десятков километров. Некоторые могут достигать примерно 100 км. При этом пространство между ними огромно: облако Оорта нельзя представить как плотное скопление астероидов или льдин.
Число объектов также рассчитывают по моделям. Оценки начинаются от сотен миллиардов и доходят примерно до 10¹²–10¹³ тел, то есть от одного до десяти триллионов. Общая масса облака неизвестна.
Основная наблюдаемая группа объектов, которую связывают с облаком Оорта, — долгопериодические кометы. Они совершают один оборот вокруг Солнца более чем за 200 лет, а у некоторых период измеряется тысячами или миллионами лет. Например, комета C/1995 O1 Хейла — Боппа обращается вокруг Солнца примерно за несколько тысяч лет.
Большую часть времени кометные ядра находятся далеко от Солнца и почти не проявляют себя. Их орбита может измениться из-за гравитационного воздействия проходящей звезды или Млечного Пути. После этого тело направляется внутрь Солнечной системы. Когда оно подходит достаточно близко к Солнцу, лед начинает превращаться в газ, вокруг ядра образуется кома, а затем появляется хвост — тогда объект становится видимой кометой.
Короткопериодические кометы устроены похоже, но их происхождение обычно связывают не с облаком Оорта, а с поясом Койпера и рассеянным диском. Граница не абсолютна: после сближений с крупными планетами орбита кометы может сильно измениться. Например, комету Галлея считают возможным бывшим объектом облака Оорта, который со временем оказался на гораздо более короткой орбите с периодом около 76 лет.
С внутренней частью облака Оорта связывают и некоторые далекие транснептуновые тела. Самый известный пример — Седна. Ее орбита чрезвычайно вытянута: в ближайшей к Солнцу точке она находится примерно в 76 а.е., а полный оборот занимает около 11 400 лет. Седна расположена намного ближе предполагаемого основного облака Оорта, поэтому ее чаще рассматривают как возможного представителя внутреннего облака, или облака Хиллса. Однозначно определить ее происхождение пока нельзя.
История изучения облака Оорта
Предположение о далеком источнике комет появилось еще до того, как облако получило современное название. Астрономы давно знали, что часть комет движется по чрезвычайно вытянутым орбитам и приходит во внутреннюю Солнечную систему с огромных расстояний.
В 1932 году эстонский астроном Эрнст Эпик высказал идею о существовании очень удаленного резервуара комет.
Более подробно эту модель разработал голландский астроном Ян Хендрик Оорт в 1950 году. Он исследовал орбиты долгопериодических комет и обратил внимание, что многие из них, судя по расчетам, приходят из одной далекой области.
Перед Оортом стояла еще одна проблема. Кометы теряют летучие вещества каждый раз, когда проходят рядом с Солнцем. Если бы они на протяжении всей истории Солнечной системы постоянно обращались по нынешним орбитам, многие давно разрушились бы или столкнулись с планетами и Солнцем.
Оорт предположил существование огромного удаленного хранилища ледяных тел. Большую часть времени они находятся далеко от Солнца, а иногда гравитационные возмущения меняют их орбиты и отправляют отдельные объекты внутрь планетной системы. В честь ученого гипотетическая область и получила название.
В дальнейшем представление об облаке уточнялось по мере накопления данных о кометах. Астроном Брайан Марсден, анализируя их орбиты, пришел к выводу, что значительная часть новых долгопериодических комет может происходить из области примерно в 40 000—50 000 а.е. от Солнца.
Современные исследования в значительной степени опираются на компьютерные модели. Они позволяют проследить, что могло происходить с малыми телами в первые десятки и сотни миллионов лет существования Солнечной системы.
В 2021 году исследователи из Лейденского университета представили последовательную модель формирования облака Оорта. Расчеты показали, что большая доля его объектов могла первоначально сформироваться на расстоянии примерно 15–35 а.е. от Солнца, а затем оказаться на дальних орбитах из-за взаимодействия с молодыми планетами.
Вопросы и ответы
В разделе ответили на вопросы об облаке Оорта.
Почему облако Оорта нельзя увидеть в телескоп?
Его предполагаемые объекты очень малы, почти не отражают солнечный свет и находятся в тысячах и десятках тысяч астрономических единиц от нас. Современные телескопы не позволяют обнаружить само облако как единую структуру.
Чем облако Оорта отличается от пояса Койпера?
Пояс Койпера начинается сразу за орбитой Нептуна и имеет форму диска. Облако Оорта находится в десятки и сотни раз дальше, а его внешнюю часть считают почти сферической. Пояс Койпера связывают преимущественно с короткопериодическими кометами, облако Оорта — с долгопериодическими.
Облако Оорта — это край Солнечной системы?
Его часто считают одной из возможных внешних границ Солнечной системы в гравитационном смысле. На самых больших расстояниях притяжение Солнца становится сопоставимым с воздействием соседних звезд и Галактики, поэтому четкой границы здесь нет.
Что находится за облаком Оорта?
Дальше начинается межзвездное пространство. Следующие крупные объекты — другие звезды и принадлежащие им планетные системы. Ближайшая к Солнцу звезда, Проксима Центавра, находится примерно в 4,24 светового года.