Транснептуновым объектом ( ТНО ), также называемым транснептуновым объектом , [1] является любая малая планета в Солнечной системе , которая вращается вокруг Солнца на большем среднем расстоянии, чем Нептун , который имеет орбитальную большую полуось 30,1 астрономических единиц ( ау).
Обычно ТНО подразделяются на классические и резонансные объекты пояса Койпера , рассеянный диск и отдельные объекты , причем наиболее удаленными являются седноиды . [nb 1] По состоянию на октябрь 2020 года каталог малых планет насчитывает 678 пронумерованных и более 2000 ненумерованных ТНО . [3] [4] [5] [6] [7]
Первым транснептуновым объектом, который был обнаружен, был Плутон в 1930 году. Лишь в 1992 году был открыт второй транснептуновый объект, вращающийся непосредственно вокруг Солнца, 15760 Альбион . Самым массивным из известных ТНО является Эрида , за ней следуют Плутон , Хаумеа , Макемаке и Гонггонг . На орбите транснептуновых объектов обнаружено более 80 спутников . ТНО различаются по цвету: серо-голубые (BB) или очень красные (RR). Считается, что они состоят из смеси горных пород, аморфного углерода и летучих льдов, таких как вода и метан , покрытых толинами и другими органическими соединениями.
Известны двенадцать малых планет с большой полуосью более 150 а.е. и перигелием более 30 а.е., которые называются крайними транснептуновыми объектами (ETNO). [8]
Орбита каждой из планет незначительно подвержена гравитационному влиянию других планет. Расхождения в начале 1900-х годов между наблюдаемыми и ожидаемыми орбитами Урана и Нептуна позволили предположить, что за пределами Нептуна существовала еще одна или несколько дополнительных планет . Их поиск привел к открытию Плутона в феврале 1930 года, который был слишком мал, чтобы объяснить такие расхождения. Пересмотренные оценки массы Нептуна, полученные по результатам пролета «Вояджера-2» в 1989 году, показали, что проблема была ложной. [9] Плутон было легче всего найти, поскольку он имеет самую высокую видимую величину среди всех известных транснептуновых объектов. Он также имеет меньший наклон к эклиптике , чем большинство других крупных ТНО.
После открытия Плутона американский астроном Клайд Томбо продолжал несколько лет искать подобные объекты, но так и не нашел. Долгое время никто не искал другие ТНО, поскольку считалось, что Плутон, который до августа 2006 года считался планетой, был единственным крупным объектом за пределами Нептуна. Только после открытия в 1992 году второго ТНО, 15760 Альбион , начались систематические поиски дальнейших подобных объектов. Широкая полоса неба вокруг эклиптики была сфотографирована и оценена в цифровом формате на наличие медленно движущихся объектов. Были обнаружены сотни ТНО диаметром от 50 до 2500 километров. Эрида , самый массивный ТНО, была открыта в 2005 году, что стало возвращением к давнему спору в научном сообществе о классификации крупных ТНО и о том, можно ли считать такие объекты, как Плутон, планетами. Плутон и Эрида в конечном итоге были классифицированы Международным астрономическим союзом как карликовые планеты . В декабре 2018 года было объявлено об открытии 2018 VG 18 по прозвищу «Farout». Farout — самый далекий объект Солнечной системы, который когда-либо наблюдался, и находится на расстоянии около 120 а.е. от Солнца. Для совершения одного оборота требуется 738 лет. [10]
По расстоянию от Солнца и параметрам орбиты TNO подразделяются на две большие группы: объекты пояса Койпера (KBO) и объекты рассеянного диска (SDO). [nb 1] Диаграмма справа иллюстрирует распределение известных транснептуновых объектов (до 70 а.е.) относительно орбит планет и кентавров для справки. Разные классы представлены разными цветами. Резонансные объекты (в том числе трояны Нептуна ) показаны красным цветом, классические объекты пояса Койпера — синим. Рассеянный диск простирается вправо, далеко за пределы диаграммы, с известными объектами на средних расстояниях более 500 а.е. ( Седна ) и афелиями за пределами 1000 ( (87269) 2000 OO 67 ).
Пояс Эджворта- Койпера содержит объекты со средним расстоянием до Солнца от 30 до примерно 55 а.е., обычно имеющие орбиты, близкие к круговым, с небольшим наклоном от эклиптики . Объекты пояса Эджворта-Койпера далее подразделяются на резонансные транснептуновые объекты , которые находятся в орбитальном резонансе с Нептуном , и классические объекты пояса Койпера , также называемые «кубевано», которые не имеют такого резонанса и движутся по почти круговым орбитам. , невозмутимый Нептуном. Существует большое количество резонансных подгрупп, крупнейшими из которых являются два тино (резонанс 1:2) и плутино (резонанс 2:3), названные в честь их самого выдающегося члена, Плутона . В состав классического пояса Эджворта-Койпера входят 15760 Альбион , Квавар и Макемаке .
Еще одним подклассом объектов пояса Койпера являются так называемые рассеивающие объекты (СО). Это нерезонансные объекты, которые подходят достаточно близко к Нептуну, чтобы их орбиты время от времени менялись (например, вызывая изменения в большой полуоси не менее чем на 1,5 а.е. за 10 миллионов лет) и, таким образом, подвергаются гравитационному рассеянию . Рассеивающие объекты легче обнаружить, чем другие транснептуновые объекты того же размера, потому что они приближаются к Земле, некоторые из них имеют перигелии около 20 а.е. Известны некоторые из них с абсолютной величиной в g-диапазоне ниже 9, что означает, что предполагаемый диаметр составляет более 100 км. По оценкам, существует от 240 000 до 830 000 рассеивающих объектов размером более 12 по абсолютной величине в r-диапазоне , что соответствует диаметру более 18 км. Предполагается, что рассеивающие объекты являются источником так называемых комет семейства Юпитера (JFC), периоды которых составляют менее 20 лет. [11] [12] [13]
Рассеянный диск содержит объекты, находящиеся дальше от Солнца, с очень эксцентричными и наклонными орбитами. Эти орбиты нерезонансные и не пересекают орбиты планет. Типичный пример — самый массовый из известных ТНО, Эрис . На основании параметра Тиссеранда относительно Нептуна (T N ) объекты рассеянного диска можно разделить на «типичные» объекты рассеянного диска (SDO, Scattered-near) с T N менее 3 и на отдельные объекты (ESDO, Scattered-extended) с T N больше 3. Кроме того, отдельные объекты имеют усредненный по времени эксцентриситет более 0,2 [14]. Седноиды представляют собой еще одну крайнюю подгруппу отдельных объектов с перигелиями , поэтому далеких, что подтверждено, что их орбиты не могут быть объяснены возмущениями со стороны планет - гигантов [15] или взаимодействием с галактическими приливами . [16]
Учитывая видимую величину (>20) всех транснептуновых объектов, кроме самых крупных, физические исследования ограничиваются следующим:
Изучение цветов и спектров дает представление о происхождении объектов и потенциальной корреляции с другими классами объектов, а именно с кентаврами и некоторыми спутниками планет-гигантов ( Тритон , Феба ), предположительно происходящих из пояса Койпера . Однако интерпретации обычно неоднозначны, поскольку спектры могут соответствовать более чем одной модели состава поверхности и зависят от неизвестного размера частиц. Что еще более важно, оптические поверхности малых тел подвергаются модификации под воздействием интенсивной радиации, солнечного ветра и микрометеоритов . Следовательно, тонкий оптический поверхностный слой мог сильно отличаться от реголита под ним и не отражать основной состав тела.
Считается, что небольшие ТНО представляют собой смеси камня и льда низкой плотности с некоторым органическим ( углеродосодержащим ) поверхностным материалом, таким как толины , обнаруженные в их спектрах. С другой стороны, высокая плотность Хаумеа , 2,6–3,3 г/см 3 , предполагает очень высокое содержание незамерзайки (сравните с плотностью Плутона: 1,86 г/см 3 ) . Состав некоторых небольших ТНО может быть аналогичен составу комет . Действительно, некоторые кентавры претерпевают сезонные изменения при приближении к Солнцу, в результате чего граница становится размытой (см. 2060 Хирон и 7968 Эльст-Пизарро ) . Однако сравнение популяций кентавров и ТНО до сих пор остается спорным. [17]
Индексы цвета — это простые меры различий в видимой величине объекта, видимого через синий (B), видимый (V), то есть зелено-желтый и красный (R) фильтры. На диаграмме показаны известные индексы цвета для всех объектов, кроме самых крупных (в слегка усиленном цвете). [18] Для справки нанесены две луны, Тритон и Феба , кентавр Фол и планета Марс (желтые метки, размер не в масштабе) . Были изучены корреляции между цветами и орбитальными характеристиками, чтобы подтвердить теории различного происхождения разных динамических классов:
Если относительно более тусклые тела, как и популяция в целом, красноватые (V-I = 0,3–0,6), то более крупные объекты часто имеют более нейтральный цвет (инфракрасный индекс V-I < 0,2). Это различие приводит к предположению, что поверхность самых крупных тел покрыта льдом, скрывающим под собой более красные и темные области. [21]
Среди ТНО, как и среди кентавров , имеется широкий диапазон окраски от сине-серого (нейтрального) до очень красного, но в отличие от кентавров, бимодально сгруппированных в серых и красных кентавров, распределение ТНО представляется равномерным. [17] Широкий диапазон спектров различается по отражательной способности в видимом красном и ближнем инфракрасном диапазоне. Нейтральные объекты представляют собой плоский спектр, отражающий столько же красного и инфракрасного спектра, сколько и видимый спектр. [23] Очень красные объекты имеют крутой склон и гораздо больше отражают красный и инфракрасный свет. Недавняя попытка классификации (общая с кентаврами) использует всего четыре класса от BB (синий или нейтральный цвет, средний B-V = 0,70, V-R = 0,39, например Оркус ) до RR (очень красный, B-V). = 1,08, V−R = 0,71, например, Седна ) с BR и IR в качестве промежуточных классов. BR (промежуточный сине-красный) и IR (умеренно красный) различаются преимущественно инфракрасными диапазонами I, J и H.
Типичные модели поверхности включают водяной лед, аморфный углерод , силикаты и органические макромолекулы, называемые толинами , созданные интенсивной радиацией. Для соответствия краснеющему склону используются четыре основных толина:
В качестве иллюстрации двух крайних классов BB и RR были предложены следующие композиции.
Характерно, что большие (яркие) объекты обычно находятся на наклонных орбитах, тогда как неизменная плоскость перегруппировывает преимущественно мелкие и тусклые объекты. [21]
Трудно оценить диаметр ТНО. Для очень больших объектов с очень хорошо известными элементами орбит (например, Плутона) диаметр можно точно измерить путем покрытия звезд. Для других крупных ТНО диаметры можно оценить с помощью тепловых измерений. Интенсивность света, освещающего объект, известна (от его расстояния до Солнца), и предполагается, что большая часть его поверхности находится в тепловом равновесии (обычно неплохое предположение для безвоздушного тела). По известному альбедо можно оценить температуру поверхности и, соответственно, интенсивность теплового излучения. Далее, если известен размер объекта, можно предсказать как количество видимого света, так и испускаемое тепловое излучение, достигающее Земли. Упрощающим фактором является то, что Солнце излучает почти всю свою энергию в видимом свете и на близких частотах, в то время как при низких температурах ТНО тепловое излучение излучается на совершенно других длинах волн (дальний инфракрасный диапазон).
Таким образом, есть две неизвестные (альбедо и размер), которые можно определить с помощью двух независимых измерений (количества отраженного света и испускаемого инфракрасного теплового излучения). ТНО находятся так далеко от Солнца, что они очень холодные и, следовательно, производят излучение черного тела с длиной волны около 60 микрометров . Эту длину волны света невозможно наблюдать на поверхности Земли, а только из космоса, например, с помощью космического телескопа Спитцер . При наземных наблюдениях астрономы наблюдают хвост излучения черного тела в дальней инфракрасной области. Это дальнее инфракрасное излучение настолько тусклое, что тепловой метод применим только к самым крупным ОПК. Для большинства (маленьких) объектов диаметр оценивается исходя из альбедо. Однако найденные альбедо варьируются от 0,50 до 0,05, что приводит к диапазону размеров 1200–3700 км для объекта с магнитудой 1,0. [24]
Единственной на сегодняшний день миссией, в первую очередь нацеленной на транснептуновый объект, была миссия НАСА « Новые горизонты» , которая была запущена в январе 2006 года и пролетела мимо системы Плутона в июле 2015 года [32] и 486958 Аррокот в январе 2019 года. [33]
В 2011 году в ходе проектного исследования изучались исследования космическим кораблем Квавара, Седны, Макемаке, Хаумеа и Эриды. [34]
В 2019 году одна миссия к ТНО включала в себя разработку сценариев орбитального захвата и многоцелевых операций. [35] [36]
Некоторыми TNO, которые были изучены в исследовательской работе по проектированию, были UX 25 2002 года , WW 31 1998 года и Lempo . [36]
Существование планет за пределами Нептуна , массой от менее земной ( подземных ) до коричневых карликов, часто постулировалось [37] [38] по различным теоретическим причинам для объяснения некоторых наблюдаемых или предполагаемых особенностей пояса Койпера и облако Оорта . Недавно было предложено использовать данные космического корабля «Новые горизонты» , чтобы определить положение такого гипотетического тела. [39]
В 21 веке НАСА работает над созданием специального межзвездного предшественника, специально разработанного для достижения межзвездной среды, и в рамках этого также рассматриваются пролеты таких объектов, как Седна. [40] В целом, этот тип исследований космических кораблей предполагает запуск в 2020-х годах, и они попытаются идти немного быстрее, чем «Вояджеры», используя существующие технологии. [40] Одно исследование дизайна межзвездного предшественника, проведенное в 2018 году, включало посещение малой планеты 50000 Квавар в 2030-х годах. [41]
Среди крайних транснептуновых объектов можно выделить три объекта с высоким перигелием, классифицированные как седноиды : 90377 Sedna , 2012 VP 113 и 541132 Leleākūhonua . Это далекие обособленные объекты с перигелиями более 70 а.е. Их высокие перигелии удерживают их на достаточном расстоянии, чтобы избежать значительных гравитационных возмущений со стороны Нептуна. Предыдущие объяснения высокого перигелия Седны включают близкую встречу с неизвестной планетой на далекой орбите и далекую встречу со случайной звездой или членом солнечного скопления, прошедшего вблизи Солнечной системы. [42] [43] [44]
{{cite web}}
: CS1 maint: numeric names: authors list (link)