Od tysięcy lat astronomowie obserwowali komety podróżujące blisko Ziemi i oświetlające nocne niebo. Z czasem obserwacje te doprowadziły do szeregu paradoksów. Na przykład, skąd pochodzą te komety? A jeśli ich materiał powierzchniowy odparuje, gdy zbliżą się do Słońca (tworząc w ten sposób swoje słynne aureole), muszą uformować się dalej, tam gdzie istniałyby przez większą część swojego życia.
Z czasem te obserwacje doprowadziły do teorii, że daleko poza Słońcem i planetami istnieje duża chmura lodowego materiału i skał, skąd pochodzi większość tych komet. Istnienie tej chmury, znanej jako chmura Oorta (po jej głównym założycielu teoretycznym), pozostaje niesprawdzone. Ale z wielu krótkich i długich okresów komet, które, jak się przypuszcza, pochodzą stamtąd, astronomowie dowiedzieli się wiele o jego strukturze i składzie.
Definicja:
Chmura Oorta jest teoretyczną sferyczną chmurą składającą się głównie z lodowych planetozymali, która, jak się uważa, otacza Słońce w odległości do około 100 000 AU (2 l). To umieszcza go w przestrzeni międzygwiezdnej, poza Heliosferą Słońca, gdzie określa kosmologiczną granicę między Układem Słonecznym a regionem dominacji grawitacyjnej Słońca.
Podobnie jak Pas Kuipera i Rozproszony Dysk, Chmura Oorta jest rezerwuarem obiektów transneptunowych, chociaż jest ona tysiące razy bardziej oddalona od naszego Słońca niż pozostałe dwa. Pomysł chmury lodowych nieskończoności został po raz pierwszy zaproponowany w 1932 r. Przez estońskiego astronoma Ernsta Öpika, który postulował, że długie komety powstały z orbitującej chmury na skrajnym skraju Układu Słonecznego.
W 1950 r. Koncepcja została wskrzeszona przez Jana Oorta, który niezależnie wysunął hipotezę o jej istnieniu, aby wyjaśnić zachowanie długoterminowych komet. Chociaż nie zostało to jeszcze udowodnione poprzez bezpośrednią obserwację, istnienie chmury Oort jest powszechnie akceptowane w środowisku naukowym.
Struktura i skład:
Uważa się, że Chmura Oort rozciąga się od 2000 do 5000 AU (0,03 do 0,08 ly) do 50 000 AU (0,79 ly) od Słońca, choć niektóre szacunki umiejscawiają zewnętrzną krawędź aż do 100 000 do 200 000 AU (1,58 i 3,16 ly). Uważa się, że Chmura składa się z dwóch regionów - sferycznej zewnętrznej chmury Oort o wartości 20 000 - 50 000 AU (0,32 - 0,79 ly) oraz wewnętrznej chmury Oort (lub Hills) w kształcie dysku o wielkości 2000 - 20 000 AU (0,03 - 0,32 ly) .
Zewnętrzna chmura Oorta może mieć tryliony obiektów większych niż 1 km (0,62 mi) i miliardy o średnicy 20 kilometrów (12 mil). Jego całkowita masa nie jest znana, ale - zakładając, że Kometa Halleya jest typową reprezentacją zewnętrznych obiektów Chmury Oorta - ma łączną masę około 3 × 1025 kilogramy (6,6 × 1025 funtów) lub pięć Ziem.
Na podstawie analiz poprzednich komet, ogromna większość obiektów Chmury Oorta składa się z lodowych substancji lotnych - takich jak woda, metan, etan, tlenek węgla, cyjanowodór i amoniak. Pojawienie się planetoid, które prawdopodobnie pochodzą z chmury Oorta, skłoniło również badania teoretyczne, które sugerują, że populacja składa się z 1-2% planetoid.
Wcześniejsze szacunki przewidywały jej masę do 380 mas Ziemi, ale lepsza znajomość rozkładu wielkości komet długofalowych doprowadziła do niższych szacunków. Tymczasem masa wewnętrznej Chmury Oorta nie została jeszcze scharakteryzowana. Zawartość zarówno Pasa Kuipera, jak i Chmury Oorta jest znana jako Obiekty Transneptunowe (TNO), ponieważ obiekty obu regionów mają orbity, które są dalej od Słońca niż orbita Neptuna.
Pochodzenie:
Uważa się, że chmura Oort jest pozostałością pierwotnego dysku protoplanetarnego, który powstał wokół Słońca około 4,6 miliarda lat temu. Najszerzej akceptowaną hipotezą jest to, że obiekty chmury Oorta początkowo zlewały się znacznie bliżej Słońca w ramach tego samego procesu, który uformował planety i mniejsze planety, ale oddziaływanie grawitacyjne z młodymi gazowymi gigantami, takimi jak Jowisz, wyrzuciło je w wyjątkowo długie eliptyczne lub orbity paraboliczne.
Ostatnie badania przeprowadzone przez NASA sugerują, że duża liczba obiektów chmurowych Oort jest produktem wymiany materiałów między Słońcem a jego rodzeńskimi gwiazdami, gdy formowały się i oddalały od siebie. Sugeruje się również, że wiele - prawdopodobnie większość - obiektów chmur Oorta nie powstało w bliskiej odległości od Słońca.
Alessandro Morbidelli z Observatoire de la Cote d’Azur przeprowadził symulacje ewolucji chmury Oort od początków Układu Słonecznego do współczesności. Symulacje te wskazują, że oddziaływanie grawitacyjne z pobliskimi gwiazdami i pływami galaktycznymi zmodyfikowało orbity komet, aby uczynić je bardziej okrągłymi. Jest to wyjaśnione, dlaczego zewnętrzna chmura Oorta ma niemal kulisty kształt, podczas gdy chmura Hills, która jest silniej związana ze Słońcem, nie osiągnęła kształtu kulistego.
Ostatnie badania wykazały, że tworzenie się chmury Oorta jest zasadniczo zgodne z hipotezą, że Układ Słoneczny utworzył się w ramach gromady złożonej z 200–400 gwiazd. Te wczesne gwiazdy prawdopodobnie odegrały pewną rolę w formowaniu się chmury, ponieważ liczba bliskich przejść gwiezdnych w gromadzie była znacznie wyższa niż obecnie, co prowadzi do znacznie częstszych zaburzeń.
Komety:
Uważa się, że komety mają dwa punkty początkowe w Układzie Słonecznym. Zaczynają jako nieskończenie małe w Obłoku Oorta, a następnie stają się kometami, gdy przelatujące gwiazdy wybijają niektóre z nich z orbit, wysyłając na orbitę długoterminową, która zabiera je do wewnętrznego układu słonecznego i ponownie na zewnątrz.
Komety krótkookresowe mają orbity trwające nawet dwieście lat, podczas gdy orbity komet długookresowych mogą trwać tysiące lat. Podczas gdy uważa się, że komety krótkoterminowe pojawiły się albo z Pasa Kuipera, albo z rozproszonego dysku, przyjęta hipoteza jest taka, że komety długookresowe pochodzą z Obłoku Oorta. Istnieją jednak wyjątki od tej reguły.
Na przykład istnieją dwie główne odmiany komety krótkoterminowej: komety z rodziny Jowisz i komety z rodziny Halley. Komety z rodziny Halleyów, nazwane tak ze względu na swój prototyp (Kometę Halleya), są niezwykłe pod tym względem, że chociaż są krótkie, uważa się, że pochodzą z chmury Oort. W oparciu o ich orbity sugeruje się, że były one kiedyś długimi kometami, które zostały schwytane przez grawitację gazowego giganta i wysłane do wewnętrznego Układu Słonecznego.
Badanie:
Ponieważ Chmura Oorta jest znacznie dalej niż Pas Kuipera, region pozostał niezbadany i w dużej mierze nieudokumentowany. Sondy kosmiczne jeszcze nie dotarły do obszaru chmury Oort i Voyager 1 - najszybsza i najdalsza z międzyplanetarnych sond kosmicznych wychodzących obecnie z Układu Słonecznego - prawdopodobnie nie dostarczy żadnych informacji na jej temat.
Przy obecnej prędkości Voyager 1 dotrze do chmury Oort za około 300 lat, a przejście przez nią zajmie około 30 000 lat. Jednak około roku 2025 radioizotopowe generatory termoelektryczne sondy nie będą już dostarczać wystarczającej mocy do obsługi żadnego z instrumentów naukowych. Pozostałe cztery sondy uciekające obecnie z Układu Słonecznego - Voyager 2, Pioneer 10 i 11, i Nowe Horyzonty - również nie będą działać, gdy dotrą do chmury Oort.
Eksploracja Obłoku Oorta stwarza liczne trudności, z których większość wynika z faktu, że jest on niesamowicie oddalony od Ziemi. Zanim robotyczna sonda rzeczywiście zdoła go dosięgnąć i rozpocząć odkrywanie tego obszaru na dobre, na Ziemi miną wieki. Nie tylko ci, którzy go wysłali, byliby dawno martwi, ale ludzkość najprawdopodobniej wymyśli w międzyczasie znacznie bardziej wyrafinowane sondy, a nawet załogowe statki.
Nadal jednak można (i są) badania, badając komety, które okresowo wypluwa, a obserwatoria dalekiego zasięgu prawdopodobnie dokonają ciekawych odkryć z tego regionu przestrzeni kosmicznej w nadchodzących latach. To duża chmura. Kto wie, co może się tam czaić?
Mamy wiele interesujących artykułów na temat Oort Cloud and Solar System for Space Magazine. Oto artykuł o tym, jak duży jest Układ Słoneczny, a jeden o jego średnicy. A oto wszystko, co musisz wiedzieć o Komecie Halleya i Beyond Plutonie.
Możesz także przeczytać ten artykuł z NASA o chmurze Oort i jeden z University of Michigan na temat pochodzenia komet.
Nie zapomnij rzucić okiem na podcast z Astronomy Cast. Odcinek 64: Pluton i lodowy zewnętrzny układ słoneczny oraz odcinek 292: Chmura Oorta.
Odniesienie:
Eksploracja układu słonecznego NASA: Pas Kuipera i chmura Oorta
