Астрономиядағы Койпер белдеуі
Койпер белдеуі - Күн жүйесіндегі ең қызықты аймақтардың бірі, планетаның пайда болуынан қалған ұсақ заттардың қоймасы ретінде қызмет етеді. Нептун орбитасынан әлдеқайда тыс орналасқан Койпер белдеуі Күн жүйесінің соңғы 4,6 миллиард жыл ішінде қалай дамығаны туралы маңызды мәліметтерді сақтайды. Көбінесе қаңырап бос және қараңғы аймақ деп саналғанымен, ол шын мәнінде динамикалық: мыңдаған мұзды денелер мекендейтін және кейде Күнге жақын өтетін бірнеше қысқа мерзімді кометалардың мекені болып табылатын алып планеталардың гравитациялық тартылысының әсерінен болады.
Койпер белдеуінің анықтамасы және орналасқан жері
Қарапайым тілмен айтқанда, Койпер белдеуі – Күнді шамамен 30-дан 50-ге дейінгі астрономиялық бірлік (AU) қашықтықта қоршап тұрған қалың, диск тәрізді сақина немесе «белдік». Бір AU – Жер мен Күн арасындағы орташа қашықтық, шамамен 150 миллион шақырым. Бұл Койпер белдеуі Нептунның орбиталық қашықтығынан (шамамен 30 AU) басталып, шамамен 50 AU-ға дейін созылатынын білдіреді, дегенмен кейбір байланысты нысандарды одан да алыстан табуға болады.
Бұл аймақ көбінесе Марс пен Юпитер арасындағы астероид белдеуімен салыстырылады, бірақ екеуі айтарлықтай ерекшеленеді: астероид белдеуі негізінен тасты және металлдан тұрады, ал Койпер белдеуі сыртқы Күн жүйесіндегі температура өте төмен болғандықтан, су мұзы, метан, аммиак және басқа да ұшпа заттар сияқты мұздарға бай.
Тұжырымдамалардың ашылуы мен дамуы тарихы
«Койпер белдеуі» ХХ ғасырдың ортасында Нептуннан тыс жерлерде шағын нысандардың болуы мүмкіндігін талқылаған астроном Джерард Койпердің есімімен аталған. Дегенмен, транснептун нысандарының «су қоймасы» идеясын басқа да бірнеше астрономдар ұсынған. Қызығы, Койпердің өзі аймақ аса тығыз болмауы мүмкін деп болжады, себебі алып планеталардың гравитациялық әсері материалдың көп бөлігін шашыратады.
Жаңа заманауи бақылаулар бұл тұжырымдаманы шынымен де нығайтты. 1992 жылы астрономдар Дэвид Джуитт пен Джейн Луу кеңінен танылған алғашқы транс-Нептун нысанын, 1992 QB1-ді ашты. Бұл жаңалық үлкен бетбұрыс болды: содан бері жүздеген-мыңдаған Койпер белдеуінің нысандары анықталды, ал олардың нақты саны қазіргі телескоптар көре алатыннан әлдеқайда көп деп есептеледі.
Койпер белдеуіндегі заттардың құрамы мен түрлері
Койпер белдеуінің нысандары (КБН) көбінесе Койпер белдеуінің нысандары (КБН) деп аталады. Олардың өлшемдері диаметрі бірнеше шақырым болатын кішкентай кесектерден бастап, жүздеген және мыңдаған шақырымға дейінгі ірі нысандарға дейін өзгереді. Олардың құрамы әдетте мұз бен тасты материалдың қоспасынан тұрады. Көптеген КБН-дардың беті күн радиациясы мен ғарыштық сәулелер мұзды беттегі молекулаларды өзгерткен кезде пайда болатын күрделі органикалық қосылыстарға (толиндерге) байланысты қызғылт түсті.
Койпер белдеуі популяциясындағы кейбір маңызды санаттарға мыналар жатады:
1. Классикалық Койпер белдеуі (КБО)
Нептунмен орбиталық резонанстар салыстырмалы түрде «тыныш» орбиталары бар нысандарға аз әсер етеді. Сонымен қатар, басынан бастап «таза» және аз бұзылған деп саналатын, орбиталық бейімділігі аз «суық классикалық» кіші топ бар. Күн жүйесінің қалыптасуы.
2. Резонанстық нысандар
Нептунмен гравитациялық резонансқа ұшыраған нысандар. Ең танымал мысал - 3:2 резонанстағы Плутон, яғни Плутон Нептунның әрбір үш орбитасына Күнді екі рет айналып шығады.
3. Шашыраңқы дискілік нысандар
Бұрынғы Нептунның гравитациялық «соққысының» нәтижесі деп саналатын эллиптикалық және жиі еңкейген орбиталарға ие бұл популяция Койпер белдеуі мен одан алыс аймақтар арасындағы динамикалық көпірді білдіреді.
4. Кентавр
Алып планеталардың орбиталары арасында орналасқан нысандар Койпер белдеуінен басталып, Күн жүйесінің ішкі бөлігіне қарай жылжу үстінде болуы мүмкін. Кейбір кентаврлар кометаларға айналуы мүмкін.
Плутон және планетаның өзгермелі анықтамасы
Койпер белдеуі қазіргі заманғы астрономия тарихында, әсіресе Плутонның мәртебесіне қатысты маңызды рөл атқарады. Плутон 1930 жылы ашылды және ондаған жылдар бойы тоғызыншы планета болып саналды. Дегенмен, Плутонға ұқсас басқа да нысандар табылған сайын, астрономдар Плутонның шынымен ерекше екеніне күмәндана бастады. 2006 жылы Халықаралық астрономиялық одақ (ХАО) планетаның жаңа анықтамасын қабылдады. Плутон «орбиталық маңайын басқа нысандардан тазарту» критерийлеріне сәйкес келмеді, сондықтан ергежейлі планета ретінде жіктелді.
Плутоннан басқа, Койпер белдеуімен байланысты басқа да бірнеше ергежейлі планеталар - Хаумеа және Макемаке. Эрида сияқты басқа да ірі нысандар көбінесе шашыраңқы диск аймағымен байланысты, бірақ олар әлі де транснептундық болып саналады. Бұл пікірталас Койпер белдеуінің тек Күн жүйесінің «шеткі бөлігі» ғана емес , сонымен қатар адамзатты жерден тыс әлемдерді қалай жіктейтінімізді қайта ойластыруға мәжбүр ететін аймақ екенін көрсетеді.
Койпер белдеуінің Күн жүйесінің эволюциясындағы рөлі
Ғылыми тұрғыдан алғанда, Койпер белдеуі ғарыштық мұрағат қызметін атқарады. Көптеген КБО-лар Нептунның тартылыс күші мен заттың шектеулі мөлшеріне байланысты ешқашан үлкен планеталарды құрмаған протопланетарлық дискілерден қалған материал деп есептеледі . КБО-лардың химиялық құрамын, түсін және орбиталарын зерттеу арқылы ғалымдар Күн жүйесінің алғашқы жағдайларын қалпына келтіре алады.
Ницца моделі ("Нис" деп оқылады) сияқты эволюциялық модельдер алып планеталардың алғашқы кезеңдерінде қоныс аударған болуы мүмкін екенін көрсетеді. Бұл қоныс аудару шағын нысандардың популяциясын бұзып, кейбірін резонанстарға айналдырып, ал басқаларын шашыраңқы дискіге шашыратып жіберді. Осыған байланысты Койпер белдеуі Күн жүйесінің қазіргі конфигурациясында бірден қалыптаспағанының , керісінше алғашқы миллиондаған жылдарында терең өзгерістерге ұшырағанының динамикалық дәлелі болып табылады.
Қысқа мерзімді комета көздері
Койпер белдеуі сонымен қатар көптеген қысқа мерзімді кометалардың, яғни Күнді 200 жылдан аз кезеңмен айналатын кометалардың негізгі көзі болып саналады. Нептунның гравитациялық тартылысы, нысандар арасындағы өзара әрекеттесулер немесе басқа да шағын ауытқулар KBO орбитасын өзгертіп, оны ішкі планеталар аймағына итеруі мүмкін. Күнге жақындаған кезде оның беткі мұзы сублимацияланып, кометаның әдемі комасы мен құйрығын құрайды.
Бұл құбылыс Күн жүйесінің шетіндегі шағын нысандардың ішкі аймақтарға, тіпті Жерге де айтарлықтай әсер ететіні туралы идеяны күшейтеді. Күн жүйесінің ұзақ тарихында кометалар мен астероидтар тіршіліктің пайда болуында рөл атқарған болуы мүмкін су мен органикалық молекулаларды тасымалдаған деп есептеледі, дегенмен бұл өзара әрекеттесулердің механизмдері зерттеу тақырыбы болып қала береді.
Койпер белдеуін зерттеу: Жаңа көкжиектер миссиясы
Койпер белдеуіне барудың ең танымал миссиясы - NASA-ның New Horizons ғарыш кемесі. Ол 2015 жылдың шілдесінде Плутонның жанынан ұшып өтіп, біздің түсінігімізді өзгерткен суреттер мен деректерді қайтарды: Плутонда мұзды таулар, азот жазықтары және күрделі, жұқа атмосфера бар. Содан кейін New Horizons сапарын жалғастырып, 2019 жылдың басында Аррокот (2014 MU69) деп аталатын Койпер белдеуіндегі нысанға барды. Аррокот баяу бірігіп жатқан «екі бөліктен тұратын» нысан болып шықты, бұл планеталардың әрқашан үлкен, жойқын соқтығысулар арқылы емес, жұмсақ аккреция арқылы пайда болатынын дәлелдейді.
New Horizons деректері Койпер белдеуі планеталардың пайда болуын, мұзды денелердің беткі құрылымын және Күн жүйесінің соқтығысу тарихын зерттеуге арналған табиғи зертхана екенін көрсетеді.
Болашақ бақылау және зерттеу қиындықтары
Койпер белдеуін бақылау оның үлкен қашықтықтары мен кішкентай, әлсіз нысандарына байланысты қиын. Астрономдар бұл баяу қозғалатын жарық нүктелерін бақылау үшін үлкен жердегі және ғарыштық телескоптарға, қайталанатын аспан зерттеулеріне және күрделі кескіндерді өңдеу әдістеріне сүйенеді. Болашақта телескоптардың жаңа буындары мен кең ауқымды зерттеу бағдарламалары көбірек KBO-ларды тауып, олардың таралуын картаға түсіріп, маңызды сұрақтарға жауап беруге көмектеседі деп күтілуде: Койпер белдеуінің жалпы массасы қандай? Оның химиялық құрамы қалай өзгереді? Ашылмаған планеталар осы алыс нысандардың орбиталарына әсер ете ме?
Койпер белдеуі сонымен қатар кейбір экстремалды транс-Нептун нысандарының орбиталық құрылымына әсер етеді деп есептелетін «Тоғызыншы ғаламшардың» болуы мүмкін деген пікірталаспен байланысты. Дәлелденбегенімен, бұл гипотеза сыртқы Күн жүйесінің әлі де маңызды құпияларды жасыратынын көрсетеді.
Жабу
Койпер белдеуі – ақпаратқа бай және қазіргі заманғы астрономия үшін маңызды аймақ. Бұл жай ғана маңызды емес мұзды денелердің жиынтығы емес, керісінше, Күн жүйесінің қалыптасуының қалдығы, онда планеталардың миграциясының іздері , қысқа мерзімді кометалардың көздері және ергежейлі планеталар сияқты бірегей нысандар бар. Телескоптық бақылаулар мен «Жаңа көкжиектер» сияқты ғарыштық миссиялар арқылы адамдар қараңғылық шетіндегі мұзды массаларда жазылған Күн жүйесінің тарихының беттерін ашуды жалғастыруда. Біз неғұрлым тереңірек үңілсек, Күн жүйесінің «шеті» біздің планеталық жүйеміздің шығу тегі мен динамикасын түсінудің кілттерінің бірі екені соғұрлым айқын болады.
