Co to jest chmura Oort?

Przez tysiące lat astronomowie obserwowali, jak komety podróżują blisko Ziemi i rozświetlają nocne niebo. Z czasem te obserwacje doprowadziły do szeregu paradoksów. Na przykład, skąd się wzięły te komety? A jeśli ich materiał powierzchniowy wyparowuje, gdy zbliżają się do słońca (tworząc w ten sposób swoje słynne aureole), muszą uformować się dalej, gdzie istniałyby tam przez większość swojego życia.

Z czasem te obserwacje doprowadziły do teorii, że daleko poza słońcem i planetami istnieje duża chmura lodowej materii i skał, z której pochodzi większość tych komet. To istnienie tej chmury, znanej jako Chmura Oorta (od jej głównego teoretycznego założyciela), pozostaje nieudowodnione. Ale z wielu komet krótko- i długookresowych, które prawdopodobnie stamtąd pochodzą, astronomowie nauczyli się wiele o jej budowie i składzie.

Definicja:

Obłok Oorta to teoretyczna sferyczna chmura złożona głównie z lodowych planetozymali, która, jak się uważa, otacza Słońce w odległości do około 100 000 AU (2 lata). To umieszcza go w przestrzeni międzygwiazdowej, poza heliosferą Słońca, gdzie wyznacza kosmologiczną granicę między Układem Słonecznym a regionem dominacji grawitacyjnej Słońca.

Podobnie jak Pas Kuipera i Rozproszony Dysk, Obłok Oorta jest rezerwuarem obiektów trans-Neptunian, chociaż jest ponad tysiące razy bardziej odległy od naszego Słońca niż te dwa pozostałe. Idea obłoku lodowych nieskończenie małych obiektów została po raz pierwszy zaproponowana w 1932 roku przez estońskiego astronoma Ernsta Öpika, który postulował, że długotrwałe komety powstały z orbitującej chmury na najbardziej zewnętrznej krawędzi Układu Słonecznego.

W 1950 roku, koncepcja została wskrzeszona przez Jana Oorta, który niezależnie postawił hipotezę jej istnienia, aby wyjaśnić zachowanie długoterminowych komet. Chociaż nie zostało to jeszcze udowodnione poprzez bezpośrednią obserwację, istnienie Chmury Oorta jest szeroko akceptowane w społeczności naukowej.

Struktura i skład:

Zewnętrzna chmura Oorta może mieć biliony obiektów większych niż 1 km (0,62 mil) i miliardy o średnicy 20 kilometrów (12 mil). Jego całkowita masa nie jest znana, ale – zakładając, że Kometa Halleya jest typowym przedstawieniem zewnętrznych obiektów Obłoku Oorta – ma łączną masę około 3 × 1025 kilogramów (6,6 × 1025 funtów), czyli pięć Ziem.

Opierając się na analizach dawnych komet, zdecydowana większość obiektów Obłoku Oorta składa się z lodowych substancji lotnych – takich jak woda, metan, etan, tlenek węgla, cyjanowodór i amoniak. Pojawienie się asteroid, które uważa się za pochodzące z Obłoku Oorta, również skłoniło do badań teoretycznych, które sugerują, że populacja składa się z 1–2% asteroid.

Wcześniejsze szacunki podawały jego masę do 380 mas Ziemi, ale pogłębiona wiedza o rozkładzie rozmiarów komet w długim okresie doprowadziła do niższych szacunków. Tymczasem wewnętrzny Obłok Oorta nie został jeszcze scharakteryzowany. Zawartość zarówno Pasa Kuipera, jak i Obłoku Oorta jest znana jako Obiekty Trans-Neptunian (TNO), ponieważ użyć obiektów w obu regionach, których orbity są dalej od Słońca niż orbita Neptuna.

Pochodzenie:

Chmura Oorta jest uważana za pozostałość po pierwotnej protoplanetarnej dysk, który powstał wokół Słońca około 4,6 miliarda lat temu. Najpowszechniej akceptowaną hipotezą jest to, że obiekty chmury Oorta początkowo zbiegały się znacznie bliżej Słońca w ramach tego samego procesu, który uformował planety i mniejsze planety, ale oddziaływanie grawitacyjne z młodymi gazowymi olbrzymami, takimi jak Jowisz, wyrzuciło je na bardzo długie orbity eliptyczne lub paraboliczne.

Ostatnie badania przeprowadzone przez NASA sugerują, że duża liczba obiektów chmur Oorta jest wynikiem wymiany materiałów między słońcem a gwiazdami będącymi jego rodzeństwem w miarę ich powstawania i oddalania się od siebie. zasugerował, 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 Oorta 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 wytłumaczenie, dlaczego zewnętrzna chmura Oorta ma prawie kulisty kształt, podczas gdy chmura Hillsa, która jest silniej związana ze słońcem, nie przybrała kulistego kształtu.

Ostatnie badania wykazały, że powstanie obłoku Oorta jest w dużej mierze zgodne z hipotezą, że Układ Słoneczny powstał jako część zagłębionej gromady 200–400 gwiazd. Te wczesne gwiazdy prawdopodobnie odegrały rolę w formowaniu się chmury, ponieważ liczba bliskich przejść gwiazd w gromadzie była znacznie wyższa niż obecnie, co prowadziło do znacznie częstszych perturbacji.

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 mijające gwiazdy wyrzucają niektóre z nich z orbit, wysyłając na długoterminową orbitę, która zajmuje do wnętrza Układu Słonecznego i na zewnątrz.

Krótkoterminowe komety mają orbity, które trwają do dwustu lat, podczas gdy orbity komet długookresowych mogą trwać tysiące lat. Natomiast komety krótkoterminowe przypuszcza się, że wyłoniły się albo z Pasa Kuipera, albo z rozproszonego dysku, przyjęta jest hipoteza, że długoterminowe komety pochodzą z Obłoku Oorta. Istnieją jednak pewne wyjątki od tej reguły.

Na przykład, istnieją dwie główne odmiany komet krótkoterminowych: komety z rodziny Jowisza i Halley-f rodzinne komety. Komety z rodziny Halleyów, nazwane tak od ich prototypu (Kometa Halleya), są niezwykłe, ponieważ mimo krótkiego okresu, uważa się, że pochodzą one z obłoku Oorta. Na podstawie ich orbit sugeruje się, że były kiedyś długie- komety z epoki, które zostały przechwycone przez grawitację gazowego olbrzyma i wysłane do wnętrza Układu Słonecznego.

Eksploracja:

Ponieważ Obłok Oorta znajduje się znacznie dalej niż Pas Kuipera, region pozostał niezbadany iw dużej mierze nieudokumentowany.Sonda kosmiczna jeszcze nie dotarła do obszaru chmury Oorta, a Voyager 1 – najszybsza i najdalsza z międzyplanetarnych sond kosmicznych opuszczających obecnie Układ Słoneczny – prawdopodobnie nie dostarczy żadnych informacji na jego temat.

Przy obecnej prędkości Voyager 1 dotrze do chmury Oorta za około 300 lat, a przejście przez nią zajmie około 30 000 lat. Jednak do około 2025 r. radioizotopowe generatory termoelektryczne sondy będą nie dostarcza już wystarczającej mocy, aby obsługiwać którykolwiek z jej naukowych elementów narzędzia. Pozostałe cztery sondy, które obecnie uciekają z Układu Słonecznego – Voyager 2, Pioneer 10 i 11 oraz New Horizons – również nie będą działać, gdy dotrą do chmury Oorta.

Eksploracja Chmury Oort wiąże się z licznymi trudnościami, większość z nich wynika z faktu, że jest niesamowicie daleko od Ziemi. Zanim zautomatyzowana sonda będzie w stanie dosięgnąć go i rozpocząć na dobre badanie tego obszaru, miną wieki na Ziemi. Nie tylko ci, którzy go wysłali, byliby dawno martwi, ale ludzkość najprawdopodobniej w międzyczasie wynalazła znacznie bardziej wyrafinowane sondy, a nawet załogowe statki.

Jednak badania mogą być (i are) przeprowadzane przez badanie komet, które okresowo wypluwa, a obserwatoria dalekiego zasięgu prawdopodobnie dokonają interesujących odkryć w tym regionie kosmosu w nadchodzących latach. To wielka chmura. Kto wie, co możemy tam znaleźć?