Облако Оорта, научное представление

Ранее уже говорилось о том, что мы имеем за Нептуном, и приводилась общая схема Солнечной системы (рис.17.2). Прежде чем дать некоторые пояснения, необходимо упомянуть, что все научное представление по дальней периферии Солнечной системы находится, если можно так выразиться, на полу-гипотетическом уровне. Даже само наличие, расстояние, а тем более описание состава того, что было названо Облаком Оорта, до сих пор не подтверждено опытными наблюдениями: ни телескопическими, ни с помощью зондов. Да, интересующаяся публика знает, что знаменитые близнецы-зонды «Вояджер1» и «Вояджер 2» то ли уже вышли в открытый космос, то ли еще «топчутся в предбаннике». Но даже ученые по этому поводу не могут прийти к единой точке зрения. Все сходятся на том, что Облако Оорта зонды пока не преодолели. Информация, часто очень неожиданная, поступает от обоих «Вояджеров» и порой ставит ученых в полный тупик. Об этом мы поговорим в дальнейшем.

Еще в 50-е годы прошлого века астроном Я. Оорт высказал предположение, что граница Солнечной системы находится далеко-далеко за Плутоном и представляет собой сферическое образование, состоящее из прото-комет, глыб, типа астероидов, и даже планетоидов. Это сферическое образование назвали в его честь Облаком Оорта. И если Пояс Койпера – это, грубо говоря, довольно плоский тор, вращающийся вокруг Солнца на расстоянии 35-55 а.е., то Облако Орта – сфера, находящаяся на расстоянии 100-200 тысяч а.е. (т.е. практически от 1 до 2-х св. лет). Внешняя граница Облака Оорта (Сфера Хилла) определяет гравитационную границу Солнечной системы. Считается, что это расстояние составляет примерно 2 св. года.

Однако не все ученые разделяют мнение о том, что Облако Оорта действительно существует. Главный аргумент противников теории существования Облака Оорта – тот факт, что его до сих пор никто не наблюдал. В пользу достоверности гипотезы свидетельствовала бы зернистость или размытия на фотоизображениях удаленного космоса, сделанных космическими телескопами. Однако подобных эффектов не выявлено. Вопросы возникают и при детальном рассмотрении представлений о происхождении Облака. Тем не менее, большая часть научного мира склоняется к теории правдоподобия гипотезы о его существовании. С нею хорошо согласуются многие наблюдаемые факты и теоретически выведенные закономерности.

Нерешенных пока вопросов, разумеется, очень много. Но сначала мы рассмотрим общепринятую научную версию, придерживающуюся концепции существования такой структуры.

Для того, чтобы разобраться с официальной точкой зрения и не отсылать Читателя к страницам уже прочитанного материала книги, мне придется еще раз привести самую растиражированную схему строения Солнечной системы, предложенную НАСА (здесь рис. 18.3, шкала расстояний в а.е. логарифмическая).

Рис. 18.3. Солнечная система,

http://phys.org/news/2011-06-voyager-magnetic-mayhem.html

Довольно широкой яркой белесой дугой обозначен Водородный вал, расположенный в зоне Пояса Койпера, справа от него находится Рассеянный диск (на схеме не указан), но его границы, как уже было показано, действительно трудно обозначить. Диаметр внутренней зоны по Рассеянный диск включительно примерно в тысячу раз меньше диаметра Облака Оорта. На данной схеме границы Водородного вала обозначены как границы головной ударной волны (.Bow Shock) с внешней стороны и ударной волны (.Termination shock) – с внутренней (в дальнейшем об этих волнах мы еще поговорим подробно). Но, как изображено на схеме, Водородный вал вписывается в пространство Пояса Койпера, а за ним должен быть еще Рассеянный диск. Это все наблюдаемые зоны и никакой головной волны там нет. Но самым непонятным в этой схеме, с моей точки зрения, является наличие межзвездной среды сразу за Водородным валом. И только после межзвездного пространства обозначено Облако Оорта с его внутренним и внешним краями, правда, со знаками вопроса. Здесь явно что-то не так.

Ниже я хочу предложить еще одну схему Солнечной системы (рис. 18.4), несколько отличающуюся от рассмотренной, причем именно в той части, которая вызывает сомнение в предыдущем случае.

Рис. 18.4. Другой вариант схемы Солнечной системы,

http://www.pvsm.ru/images/oblako-oorta-—-nas-jdet-massa-otkrytii-2.png

От дуги Водородного вала, обозначенного здесь как Пояс Койпера, вправо по обе стороны от эклиптики идет расширяющаяся область, достигающая границ, примерно соответствующих - 100 тыс. а.е.

- Примечание: - для тех, кого смутит странное указание перигелия и афелия Седны и объекта 2012 VP _{- 113} -, поясняю: имеются в виду не орбиты, а только расстояния их максимальной и минимальной удаленности от Солнца по шкале абсцисс; считайте, что перигелий находится по другую сторону нашего светила.

Объекты Пояса Койпера и Рассеянного диска наблюдались и измерялись, но на данный момент лишь несколько из них можно предположительно назвать принадлежащими Облаку Оорта. Среди них Седна, 2000.CR ₁₀₅, 2006.SQ ₃₇₂, 2008.KV ₄₂, 2012.VP ₁₁₃, и, видимо, новый объект 2015.RR ₄₂₅.

Вторая приведенная схема будет выглядеть понятнее, если представить, как вся Солнечная система смотрится в объеме (рис. 18.5). И опять-таки, все это очень упрощенно, гипотетично и не в масштабе.

Рис. 18.5. Представление о строении Солнечной системы,

1. http://galspace.spb.ru/index412.file/1.jpg,

2. http://ic.pics.livejournal.com/za_neptunie/70387688/1096286/1096286_600.jpg

Все светлые точки на изображении 2, а также утолщения на картинке 1, показывают зоны скопления разного рода объектов. В основном они мелкие (планеты-карлики, астероиды, кометы, камни, пыль и прочий мусор). Но в публикациях иногда встречаются и предположения о возможности нахождения в дальних регионах крупных тел – от планеты типа Нептуна до звездного карлика – так называемой «второй компоненты Солнца» (но пока это все на уровне спекуляций, а часто – просто погоня за сенсациями). В тех объемах большой сферы, которые на обоих изображениях выглядят, как полости, тоже есть различные объекты, включая карликовые планеты, но в значительно меньшем количестве, и их орбиты, а порой и направления вращения, часто произвольны.

Считается, что Облако Оорта имеет внутреннюю и внешнюю границы. Внутренняя часть Облака по форме напоминает постепенно расширяющуюся перемычку, край которой, смотрящий на Солнце, находится примерно у Пояса Койпера, по мере продвижения к внешней стороне перемычка постепенно расширяется и сливается со сферической частью Облака Оорта, как на схеме, изображенной на рис. 16.5.

Видите, даже приведенные схемы (рис. 18.3 и 18.4), приближаясь к границам, весьма заметно отличаются между собой. Но и они – плоды гипотетических предположений. Остальные варианты, касающиеся устройства границ Солнечной системы, рассматривать здесь не имеет смысла.

Подведем небольшой итог. Считается, что внешнее Облако Оорта – огромное скопление космического мусора и родина большого количества комет. Как предполагают, Облако содержит несколько триллионов кометных ядер, размером около 1,3 км. Среднее расстояние между кометами составляет несколько десятков миллионов километров. Полная масса Облака Оорта достоверно неизвестна, но предполагаемая объединенная масса примерно в пять раз больше массы Земли. Ранее считалось, что Облако более массивно (до 380 земных масс).

Считается, естественно, также на уровне предположений, что подавляющее большинство объектов Облака Оорта состоит из различных льдов воды, метана, этана, моноокиси углерода (СО) и цианистого водорода (.HCN), но там могут присутствовать и скалистые объекты.

До последнего времени официальная версия представляла Солнечную систему в виде замкнутой сферы, внешняя граница которой обозначается скоплением разного рода мелких тел, причем большинство из них вышвырнуто на границу воздействием гравитационных полей планет-гигантов, прежде всего, Нептуна. Хотелось бы перед ученым миром поставить простой вопрос: а что может удерживать на этой самой границе такой космический мусор, простите, мелкие тела, если притяжение Солнца, как полагает наука, с расстоянием ослабевает постепенно, а за Сферой Хилла исчезает совсем? Если до Сферы Хилла оно работает, то при чем тут Нептун? Зона его гравитационного воздействия, его «персональная» Сфера Хилла, несоизмеримо меньше, и о существенном вкладе Нептуна в гравитацию на границе Облака Оорта даже говорить смешно. Здесь распоряжается Его Величество Солнце.

С границами Солнечной системы все не так просто. Сейчас, когда «Вояджер 1» с точки зрения многих ученых, задействованных в данном проекте, уже перешел в межзвездное пространство, появилась тенденция связывать границы с каким-то одним и совершенно определенным фактором. Для одних исследователей – это граница исчезновения солнечного ветра, для других – граница солнечной магнитосферы, за которой, начинается общегалактическое магнитное поле, для третьих – усиление в пространстве галактических потоков и т.д. И все-таки, самым важным критерием должно быть исчезновение солнечной гравитации. И это – Облако Оорта, внешней границей которого является Сфера Хилла (на удалении от 100 до 200 тысяч а.е.). Как видите, величина расстояний на три порядка отличается от тех, на которых сегодня находятся «Вояджеры».

http://divinecosmos.e-puzzle.ru/list.php?c=pavlova_3

Гелиосфера

Необходимо дать конкретные определения основных терминов, описывающих околосолнечное пространство в зоне влияния звезды. В этом нам поможет рисунок, сделанный НАСА с учетом данных, полученных от обоих «Вояджеров», блестяще иллюстрирующий основные определения (здесь – рис. 18.6).

Рис.18.6. Головная часть гелиосферы при движении

Солнца в космическом пространстве,

http://secrets-world.com/uploads/posts/2015-03/thumbs/uchenye-predstavili-novuyu-model-geliosfery_1.jpg

На приведенном рисунке изображено направление полета и местонахождение обоих зондов в момент времени между 2005 и 2007 годами, когда «Вояджер 1» уже преодолел фронт ударной волны, а «Вояджер 2» еще нет. Но и сами полеты, и данные исследования зондами пространства в тех регионах мы обсудим позже. На рисунке есть надписи, относящиеся к названиям определенных участков пространства, занятого Солнечной системой. Ниже даны определения понятий.

Гелиосфера. Область пространства вокруг Солнца, заполненная солнечным ветром и солнечными магнитными полями называется гелиосферой. В принципе, нейтральные атомы межзвездной среды могут проникать в эту область сквозь линии магнитного поля, но число их невелико. Поэтому можно считать, что вещество внутри гелиосферы имеет солнечное происхождение.

Ударная волна. Солнечный ветер распространяется во всех направлениях со сверхзвуковой скоростью (порядка 400 км/сек). На некотором расстоянии от Солнца этот поток плазмы начинает взаимодействовать с межзвездной средой и резко тормозится. В месте столкновения формируется ударная волна, после прохождения через которую скорость солнечного ветра становится дозвуковой. Граница ударной волны имеет сферическую поверхность.

Гелиосферная мантия. Межзвездный газ обтекает фронт ударной волны и формирует протяженный газовый шлейф, похожий на хвост кометы, вытянутый в направлении, противоположном направлению движения Солнца. Область гелиосферы за пределами ударной волны называется гелиосферной мантией. В ней происходит торможение солнечного ветра, его сжатие, при этом движение приобретает турбулентный характер. Гелиосферная мантия начинается на расстоянии 80-100 а.е. от Солнца. Однако, в отличие от внутренней области гелиосферы, мантия не имеет сферической формы. Толщина мантии со стороны набегающего межзвездного ветра намного меньше, чем с противоположной.

Гелиопауза. Поверхность, которая ограничивает гелиосферную мантию и на которой происходит окончательное торможение солнечного ветра и смешение его с набегающим межзвездным веществом, называется гелиопаузой. Точное расстояние до нее и ее форма все еще требуют уточнения. На этой границе выравнивается давление ветров – солнечного и межзвездного. В пространстве между границами гелиопаузы и ударной волны наблюдается заметное проникновение галактического излучения.

Головная ударная волна. Движение Солнца в межзвездной среде приводит к тому, что в окружающем космическом пространстве происходят возмущения. Точно так же, как солнечный ветер на границе ударной волны теряет скорость, межзвездный ветер, движущийся навстречу движению Солнца, изменяет свою скорость при столкновении с фронтом гелиосферы и образует то, что называется головной ударной волной. Она находится за пределами гелиосферы. В ней происходит торможение не солнечного, а межзвездного ветра.

По поводу наличия головной ударной волны у Солнца существуют две научных концепции: первая утверждает, что волна есть, вторая – что ее нет. Наличие или отсутствие солнечной Головной волны экспериментально пока не подтверждено, но для ряда звезд, особенно для тех, которые окружены газо-пылевыми туманностями, удалось ее сфотографировать космическим телескопам «Хаббл» и «ГАЛЕКС». В качестве примера на рис. 18.7 приведены фотографии трех звезд. Головная волна имеет вид яркой дуги.

Рис. 18.7. Астросферы звезд,

https://www.nasa.gov/mission_pages/ibex/allsky_visuals.html#.VkiSzL2dXiI

Звезда LL в созвездии Ориона находится в области, где много молодых звезд высокой светимости. Даже в видимом свете астросфера и головная волна светятся. Окружающее пространство тоже светится за счет возбуждения обильных газо-пылевых облаков этого региона. Звезда BZ в созвездии Жирафа имеет очень яркую астросферу, особенно в зоне головной волны. У звезды Мира в созвездии Кита тоже видна дуга головной ударной волны и очень протяженная астросфера, излучающая в ультрафиолете. Не только эти три звезды похожим образом организуют вокруг себя пространство. Есть еще много аналогичных примеров. И везде присутствует головная ударная волна, что является весомым доводом в пользу концепции наличия ее и у Солнца.

Интересные данные по хвостовой зоне гелиосферы были получены с помощью другого автоматического зонда под названием «ИБЕКС» (.IBEX – аббревиатура от Interstellar Boundary Explorer, что в переводе на русский язык означает «Исследователь межзвездной границы»). Аппарат фиксирует распределение нейтральных атомов, попавших в Солнечную систему из межзвездного пространства. Информация о самом аппарате подробнее будет приведена в следующем параграфе, а сейчас взгляните на изображение гелиосферы с хвостовой частью, как она представляется по данным «ИБЕКС» (рис. 18.8).

Рис. 18.8. Гелиосфера и солнечный ветер,

https://www.youtube.com/watch?v=BhAzMdoOe5E

На рисунке приведены кадры из фильма. Верхний кадр (1) показывает вид гелиосферы со стороны направления движения, что называется «в лоб». Окрашенные области – солнечный ветер. В белый цвет окрашен так называемый медленный ветер, в красный – быстрый. Быстрый ветер (от 600 до 1200 км/сек) истекает из корональных полярных дыр Солнца, источники медленного солнечного ветра (300 – 400 км/сек) до сих пор не установлены, но выяснено, что он начинается непосредственно за солнечной короной (см. гл. 7).

Нижний рисунок (2) – вид сбоку. Как оказалось, и этого не ожидал никто, с задней стороны четкая граница не просматривается. Получается, что Солнце тянет за собой мантию, напоминающую кометный хвост.

Причина образования «хвоста» заключается в следующем. Вокруг Центра Галактики Солнце движется по орбите со скоростью 220 км/cек и завершает полный оборот за период, порядка 200 – 250 миллионов лет (данные различных исследователей весьма отличаются). Окружающий нашу систему межзвездный газ также движется по галактической орбите, но его скорость и направление не совпадают с солнечными.

Из-за этого ветер межзвездной плазмы на границе столкновения с солнечным ветром сжимает его, причем сжимает неравномерно, и формирует «хвост кометы», вытягивающийся в сторону, противоположную направлению движения звезды. В «голове кометы» граница ударной волны расположена ближе к Солнцу (примерно в 90 а.е.), а граница «хвоста» пока не установлена.

В данном разделе я использовала только те данные, полученные с помощью космических зондов, которые иллюстрируют представления о строении зоны солнечного воздействия. Другую, и очень важную информацию, мы обсудим ниже.

http://divinecosmos.e-puzzle.ru/list.php?c=pavlova_3

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: