С моей точки зрения нет никакого смысла в том, чтобы выдернуть один или несколько объектов из толпы и назвать их каким-то особым названием, а не частью этой толпы.
— Майк Браун, он же «Убийца Плутона»
В нашей Солнечной системе в её внутренней части хозяйничают четыре каменистых планеты, а во внешней – четыре газовых гиганта. Но за Нептуном тысячи ледяных и каменистых миров – включая Плутон, бывшую девятую планету – составляют огромное и широкое кольцо, известное под названием пояса Койпера.
Его история начиналась с нескольких ледяных миров, но затем оказалось, что в этом месте идёт очень плотное движение – с 1992 года там были открыты сотни миров.
И хотя некоторые из этих объектов – это такие же большие и округлые сферы, как Плутон, большинству из них просто не хватает гравитации, чтобы привести себя в такую форму.
Конечно же, встречаются и забавные исключения. Например, карликовая планета Хаумеа, у которой хватает гравитации для придания себе сферической формы, но она вращается настолько быстро, что растянулась в эллипсоид!
Один из способов изучения другого мира, даже занимающего не больше одно пикселя на изображении, полученном с фотоаппарата, это наблюдение за изменением его кривой блеска.
Представьте себе нашу Луну.
Неважно, насколько далеко вы находитесь от Луны, пока вы её хоть как-то видите, вы сможете измерить количество отражаемого ею света. И если Луна поворачивается так, что вы видите её в различных ракурсах с разных сторон, можно обнаружить, что наблюдаемое количество света со временем меняется. Меняется оно с периодичностью, зависящей от того, на какую часть Луны вы смотрите.
Что насчёт Хаумеа, неровного эллипсоида? Давайте изучим её кривую блеска.
Кривая показывает, что у неё не только одна сторона ярче другой (левая ярче правой), но также и то, что мы видим различные ракурсы планеты (поэтому на кривой есть яркие пики и глубокие провалы).
Можно также заключить, что более тёмная сторона является и более красной, поскольку с неё испускается больше красного света, чем белого. Та же команда создала на основе этих данных видео, где демонстрируется, как должна выглядеть эта карликовая планета.
Хаумеа не единственный неровный объект. Не так далеко от нашей планеты можно найти известные астероиды, отличающиеся большим разбросом по массе.
В 1989 году мы изучали на радаре высокого разрешения один из астероидов, 4769 Castalia, и сделанные открытия очень нас удивили.
Мы нашли новый класс астероидов, известный сегодня, как тесная двойная система. Такие астероиды состоят из двух небольших объектов, массы которых не хватает для придания им сферической формы, касающихся друг друга! С тех времён было найдено множество других подобных объектов, включая крупнейший из Троянских астероидов Юпитера (тех, что находятся в окрестностях его точек Лагранжа, в 60 градусах впереди и позади Юпитера): 624 Hektor.
Вы, конечно, имеете право поставить под сомнение реалистичность картинки, изображённой художником. Но мы не только открыли множество таких тесных двойных систем, но и посетили одну из них! Познакомьтесь со знаменитым астероидом 25143 Итокава.
Считается, что Итокава был тесной двойной системой из двух куч булыжников, и сейчас его половинки под влиянием объединённой гравитации начали сплавляться вместе и придали ему такую неправильную форму, напоминающую картофелину.
Такое поведение астероидов не частое, но встречающееся. Но до недавнего времени мы ещё не открывали подобных объектов в поясе Койпера. У нас не было ни данных, ни подходящего разрешения.
Но в 2011 году на Европейском конгрессе сообщества планетологов Педро Лацерда [Pedro Lacerda] опубликовал кривую блеска удалённого объекта с пояса Койпера, 2001QG298.
Какую форму должен иметь объект, чтобы выдать такую странную кривую? Согласно Лацерде:
Представьте, что вы склеили вершинами два яйца – примерно такая форма будет у 2001QG298. Он немного напоминает песочные часы.
Объект удалён настолько, что его форму нам не рассмотреть. Но его колебания яркости, кривая блеска, демонстрирует во время его вращения его странную форму. Иногда объект становится более тусклым, поскольку одна его доля скрывается за другой, поэтому солнечный свет отражается от меньшей поверхности. Когда скрытая часть вновь появляется, форму песочных часов можно видеть полностью. Увеличивается отражающая площадь и объект становится ярче.
Иначе говоря, это тесная двойная система, вращающаяся так, что её половинки периодически скрываются из нашего поля зрения.
Вы, конечно, же, заметили, что кривая блеска от 2004 года существенно отличается от кривой 2011. Почему бы это?
Вспомните, что как и все объекты в Солнечной системе, KBO 2001QG298 вращается вокруг Солнца! И в процессе вращения нам становятся видны разные его части, что и означает разное количество света в целом!
И поскольку в процентном отношении нам известна очень малая доля объектов пояса Койпера, то возможно, что такая форма для них не редкость. Из пресс-релиза:
Самым важным следствием открытия стала возможность того, что такая форма двойных объектов пояса Койпера может встречаться очень часто. Когда в 2004 году Шеппард и Джюитт обнаружили 2001QG298 в наборе из 34-х объектов пояса Койпера, они поняли, что им повезло рассмотреть его двойную сущность. Если бы он не был повёрнут своей стороной к нам во время их наблюдений, они бы не зафиксировали сильных колебаний на кривой блеска. Они оценили, что примерно 10% объектов пояса Койпера представляют собой тесные двойные системы, если их наклоны расположены хаотично.
Но Лацерда считает, что их наклоны могут быть не случайными, и что таких объектов может быть гораздо больше.
«Для нас стал сюрпризом тот факт, что 2001QG298 наклонён на 90 градусов, но такой наклон в тесной двойной системе мы видим уже не в первый раз,- рассуждает он. – Есть ещё один известный двойной объект, большой Троянский астероид 624 Hektor, также наклонённый почти на 90 градусов».
Если тесные двойные системы сильно наклонены, то шансы обнаружить их переменные кривые блеска уменьшаются – это можно сделать всего дважды за всю их орбиту. Обнаружение такого объекта в небольшом наборе намекает на то, что тесных двойных систем может быть больше, чем сначала считали Шеппард и Джюитт. Лацерда предполагает, что примерно 25% объектов пояса Койпера представляют собой тесные двойные системы.
Из двух наборов наблюдений Лацерда воссоздал внешний вид этого объекта с нашей точки зрения и даже сделал видео его вращения вокруг центра и обращения вокруг Солнца!
Так что, хотя это первая тесная двойная система, найденная нами в поясе Койпера, она однозначно не станет последней!
Комментарии (16)
Sun-ami
17.12.2016 00:33+2Глядя на модель Хаумеа на видео, не могу понять — как может существовать планета в форме трёхосного эллипсоида, а не эллипсоида вращения, если в какой-то момент своей истории она была жидкой или по крайней мере пластичной внутри? Думаю скорее все же Хаумеа имеет форму эллипсоида вращения, а высокочастотные колебания блеска вызваны тем, что на её поверхности есть 2 больших пятна в двух диаметрально противоположных точках на экваторе.
martin_wanderer
17.12.2016 21:55Либо ей что-то круто поменяло ось вращения уже после формирования эллипсоида
bachin
17.12.2016 22:57+1Изображение Хаумеа на рисунке стоило бы подписать «глазами художника», так как это лишь модель, как может примерно «это выглядеть».
«Хаумеа на видео» — это, разумеется, тоже лишь моделирование. Спорить о форме эллипсоида пока рановато — видно плохо. Пока только скорость вращения измерили по изменению альбедо и немного прифигели
black_semargl
20.12.2016 13:23Ну например слияние двух вращавшихся вокруг общего центра масс тел.
Возможно, ещё не до конца завершённое.
jar_ohty
17.12.2016 14:58+1Во-первых, совершенно не факт, что планетоиды такого размера проходят стадию полного плавления.
Во вторых, при большой скорости вращения эллипсоид вращения — форма неустойчивая, так как горб, оказавшись дальше от центра вращения и подвергаясь большей центробежной силе имеет тенденцию расти.Sun-ami
17.12.2016 15:39Если планетоиды такого размера не достаточно пластичны чтобы принимать форму с наименьшей потенциальной энергией — тогда форма такого тела не будет и трёхосным эллипсоидом, а будет более сложной. Например там могут существовать гигантские ударные кратеры или валы из выброшенной из них породы размером в десятки процентов от их радиуса. Или при слиянии тел тесной двойной системы может образоваться нечто, напоминающее снеговика — гигантская гора полусферической формы размером в 30..40% диаметра планеты.
Насчёт неустойчивости — если в момент формирования горба (например при ударе другого тела) при отдалении его от центра планеты для него существует положительная обратная связь — почему он тогда не отделяется и не улетает?
Возможным объяснением такой формы могло бы быть гравитационное воздействие другого тела в тесной двойной системе с последующим застыванием. Но где тогда это другое тело?jar_ohty
19.12.2016 01:22Неустойчивость в данном случае не абсолютная и не приводит к разрыву тела. В определенном диапазоне скоростей вращения и угловых моментов становится устойчивым трехосный эллипсоид Якоби.
Dum_spiro_spero
18.12.2016 00:16Как сейчас помню — в 80-х в "Технике-молодежи" попалась статья "Ниша для трансплутонов". А пояс Койпера был открыт в 92 году. Та статья 85 года оказывается доступна
http://zhurnalko.net/=nauka-i-tehnika/tehnika-molodezhi/1985-08--num60
muhaa
22.12.2016 17:58-1Тысячи миров, на многих есть вода и на всех очень холодно. Идеальное место для переселения человечества после того, как тела станут не нужны и всех загрузят в компьютер :). Действительно, если там есть изотопы водорода и гелия, то можно построить термоядерные реакторы. Холод обеспечит охлаждение дата-центров. Можно работать со сверхпроводящими материалами прямо в естественных условиях без дополнительного охлаждения. И главное — это тысячи миров, изолированных световыми минутами и часами друг от друга. Никакой тебе глобализации. Хочешь — ищи свой астероид и организуй там новую колонию с чистого листа. От цивилизации колонию отделит много-минутный пинг и канал связи, относительно узкий канал передачи информации. Красота!
FarSeerMellon
22.12.2016 17:59Т.е. Как я своим мозгом необразованным понимаю, судя по графикам, у нас на глазах постепенно происходит срастание астероидного пояса поэтапно в настоящую планету, при том, прямо на глазах?
black_semargl
23.12.2016 11:58+1Можно и так сказать — но Солнце прогорит раньше, чем она сформируется.
funca
Если возраст Вселенной 16 млрд. лет, а Солнечной системы, сформировавшейся как пишут в учебниках, из некоего газопылевого облака 4,6 млрд. лет (т.е. ~30% от всего времени), откуда все эти тяжелые элементы вообще тут взялись, если для их синтеза, по другим общепринятым гипотезам, должно было проэволюционировать за остальные 60% времени не одно поколение звезд?
Интересно, почему легкие элементы типа водорода и гелия, из которых состоит Солнце, собрались все вместе в центре системы, а массивные «булыжники» из более тяжелых элементов — на периферии?
Sun-ami
Возраст Вселенной по современным данным — 13,73..13,87 млрд.лет. Звёзды 1-го поколения предположительно были обнаружены лишь в галактике, красное смещение которой соответствует возрасту 800 млн.лет. Среднее время жизни звёзд-голубых гигантов — около 10 млн.лет. Таким образом получается, что с момента взрыва Звёзд 1-го поколения теоретически возможно существование 1300 последовательных поколений голубых гигантов, так что металличность межзвёздной среды может быть и намного выше чем та что наблюдается в Солнечной системе. То, что водорода на Солнце больше чем на любой из планет объясняется тем, что после того как Солнце «зажглось» газы начало выдувать из окружающего пространства солнечным ветром и давлением света, причём воздействие этих факторов на газ было существенно больше чем на пыль, состоящую из тяжелых элементов, поскольку у пыли намного меньше отношение площади проекции частиц к массе.
valenok
Вселенной не «если сколько-то там конкретных миллиардов лет». Реальность-вселенная беспредельно вечная, никогда не творилась из ничего единственным беспредельно большой мощности Большим Взрывом в одном-единственном эпицентре в один-единственный момент времени.
Вселенная структурно и функционально голографически фрактальная: мульти масштабная мульти локальная. Работой процесса бытия перманентно творится материя потоков квантов электростатического поля и магнитного поля объёма пространства вакуума в беспредельно большом количестве эпицентров микроскопических «Больших Взрывов» — из каждого нейтрона, протона, ядра атома, электрона. Также вселенная творится в огромном количестве эпицентров самофокусировкой потоков квантов материи вакуума в новые нейтроны микроскопическими «Большими Схлопываниями» — наперекор сайентологической сказке о необратимой вспять энтропии. Прирост объёма пространства материи вакуума и массы вещества наблюдается астрономами линейно, как прирост расстояния между далёкими объектами пропорционально расстоянию между объектами, выражаемого Линейной Постоянной Хаббла (2,197*10^-18 в секунду). Но для расчётов объёма и массы каждого большого участка объёма пространства бесконечной вселенной надо применять Объёмную Постоянную Хаббла: 6,591*10^-18 в секунду.
Из этой модели самодостаточной вечной вселенной следует, что космические объекты прирастают в массе новыми нейтронами, которые могут поглощаться ядрами некоторых атомов, элементы вещества космических объектов трансмутирют. В Солнце значительная доля рождающихся нейтронов не поглощается ядрами атомов, делится на протон, электрон и фотон, что обеспечивает светимость Солнца. В Земле почти все рождающиеся нейтроны и продукты деления этих нейтронов поглощаются ядрами атомов тяжёлых элементов с совсем незначительным выделением энергии (иначе жизнь на очень горячей Земле не зародилась бы и не существовала сотни миллионов лет).
Звёзды не умирают, а растут в массе, за многие десятки миллиардов лет вырастают в ядра галактик и т.д.
Отсюда следует, что льдинки и пылинки, камушки колец больших планет вырастают в кольцо астероидов, когда большая планета вырастает в звезду. Объекты кольца Койпера — это, в основном, продукты взрывов рождения предзвезд в звезды. Кометы — это блуждающие в межзвёздном пространстве малые объекты, адсорбирующие на себя летучие вещества в дополнение к веществу, их массы, прирастающему работой процесса бытия.
Моделирование, описание всех этих процессов очень интересное занятие, куда как более разнообразное, чем модели вселенной, строящиеся на сайентологической сказке Жоржа Леметра о Большом Взрыве.
Вселенная есть беспредельно вечно растущий мультимасштабный мульти локальный самодостаточный «Вечный Двигатель».
1. Макеев А.К. Всеобщая теория относительности // Труды Конгресса-2016. Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Серия: Проблемы исследования Вселенной. – Санкт-Петербург, 2016, Т. 37, № 4. С. 177-268. ISSN 2304-0300.
2. А.К. Макеев. Самовоспроизводство материи // Materials of the international scientific-practical conference: «Prospects for the Development of Modern Science» – Jerusalem, Israel: Regional Academy of Management, 2016. – 535 p. P. 213-220. UDC 001.18 BBC 72 P 93 ISBN 978-601-267-398-2.