Коли йдеться про Сонячну систему, передусім мова про вісім великих планет та пояс астероїдів. Водночас більшість об’єктів, діаметр яких перевищує 100 км, перебувають за орбітою Нептуна. Там можна знайти окремий незвичайний світ, якому під час розповіді про Сонячну систему здебільшого присвячують лише кілька абзаців.
Скандальний Плутон
15 березня 1930 року керівник Ловеллівської обсерваторії Весто Слейфер оголосив про відкриття нового астрономічного об’єкта, якому судилося стати найскандальнішим небесним тілом у Сонячній системі. Нова планета отримала назву Плутон, яку запропонувала 11-річна школярка. Звісно, не це зробило Плутон таким скандальним відразу після оголошення про його відкриття. Річ у тім, що пошуки планети за Нептуном тривали від моменту відкриття восьмої планети Сонячної системи. Усі астрономи були згодні, що для того, аби пояснити орбіти Урана, Нептуна та деяких комет, повинна існувати велика дев’ята планета.
І планета мала бути настільки великою, щоб її досить легко можна було б знайти у телескоп. Або ж астрономи чогось сильно не розуміли у небесній механіці. Минали десятиліття, а нову планету все не знаходили. Інтрига тривала. Багато хто розраховував орбіту нової планети, а астроном Вільям Пікерінг розрахував орбіти аж семи планет за Нептуном. Але планети все не було. Нарешті ще один завзятий шукач дев’ятої планети Персіваль Ловелл для підтвердження своїх розрахунків створив цілу обсерваторію, у якій одинадцять років марно шукав нову планету. Ловелл розчарувався у пошуках і невдовзі помер. А навколо його обсерваторії спалахнув скандал, бо свої гроші вчений заповів співробітникам обсерваторії, а не дружині, яка категорично із цим не погоджувалася.
Судова тяганина тривала 13 років. Зрештою обсерваторія перемогла та повернулася до пошуків планети. І незабаром астроном-любитель Клайд Томбо, якого обсерваторія найняла конкретно для цієї задачі, знайшов планету. Це одразу спричинило новий скандал, адже планета виявилася занадто малою для того, щоб пояснити аномальні орбіти. На Томбо із командою посипалися звинувачення у тому, що вони знайшли не те, не там і взагалі випадково. На щастя для першовідкривачів, масу Плутона спочатку оцінили аж в одну масу Землі, тож їхнє відкриття таки визнали. А питання про незрозумілий вплив на орбіти пояснили неточністю спостережень.
До речі, згодом стало зрозуміло, що бідолашний Персіваль Ловелл таки виявився першою людиною, яка спостерігала Плутон, хоча й не підозрювала про це. Плутон знайшли на фотографічній плівці, відзнятій Ловеллом 1915 року. На знак визнання заслуг науковця символом Плутона стали букви PL — «Персіваль Ловелл».
Плутон і Харон
На цьому скандали не закінчилися, адже на початку 1970-х років з’ясувалося, що маса Плутона не дорівнює масі Землі, а принаймні вдесятеро менша. Плутон мав бути приблизно такого ж розміру, як Марс. 1976 року на ньому відкрили метановий лід і стало зрозуміло, що він ще менший і повинен мати масу у соті й тисячні долі від земної.
1978 року у Плутона було відкрито супутник Харон. Завдяки йому нарешті визначили масу Плутона — вона виявилася рівною 0,22% маси Землі. Сам Харон мав розмір лише удвічі менший за розмір Плутона, до того ж обертався навколо нього на надзвичайно невеликій відстані. Коли наступного, 1979 року Плутон став ближчим до Сонця за Нептун, науковці зрозуміли, що цей об’єкт нахабно ігнорує все, що люди знають про планети.
Сорок років потому, вже після того, як біля системи Плутон — Харон пролетіла автоматична станція «Нові горизонти», ми можемо упевнено свідчити, наскільки це незвичне тіло. Уявіть собі крижану кулю діаметром 2376 км, всередину якої вморожене каміння та замерзлі метан та азот. Це і є Плутон. На його поверхні є крижані гори, що здіймаються угору на кілька кілометрів, та ударні кратери. Значну частину поверхні Плутона займає заглиблена рівнина Супутника. Цілком можливо, що це — гігантський напівзруйнований кратер. Ще на Плутоні є величезне крижане серце — рівнина Томбо. Насправді це гігантський льодовик із замерзлого азоту, що вкриває крижані гори. Плутон менший за Місяць, але має атмосферу, хоча і дуже розріджену. Переважно вона складається з азоту із домішками метану та чадного газу. Водночас на Плутоні пекельно холодно: 210-230 градусів нижче нуля за шкалою Цельсія.
На відстані лише у 19,5 тис. км від Плутона перебуває така сама куля із льоду та каміння, тільки удвічі менша — Харон. Сам собою Харон примітний переважно тим, що об’єкти на його поверхні запропонували назвати на честь письменників-фантастів. Тож не варто дивуватися, що тут є земля Оз, Мордор та гори Кубрика.
Харон не обертається навколо Плутона. Натомість обидва небесних тіла обертаються навколо спільного центра мас між ними. По суті це подвійна планета. І, наче цього було мало, навколо цієї пари обертаються ще чотири невеличкі супутники неправильної форми: Стікс, Гідра, Нікта та Кербер. Уся разом система з Плутона, Харона та їхніх супутників обертається навколо Сонця за витягнутою орбітою, ексцентриситет якої більший за ексцентриситет будь-якої планети Сонячної системи. У найвіддаленішій точці він перебуває на відстані 49 астрономічних одиниць від світила, а у найближчій — усього за 29. І один оберт навколо Сонця він здійснює за 249 років. При цьому орбіта Плутона ще й нахилена до площини екліптики під кутом у 17 градусів. Усе разом це призводить до того, що кожні 230 років уся система Плутона наближається до Сонця ближче, ніж Нептун, перебуває у такому стані двадцять років, після чого знову віддаляється у занептуння.
Розповідь про Плутон та Харон варто завершити тим, що у римській міфології Плутон — бог потойбічного царства, а Харон — перевізник через річку, яка відділяє царство Плутона від світу живих. Стікс — та сама річка, через яку Харон перевозив душі, Кербер — триголовий пес, що стеріг вхід до потойбічного царства, Нікта — богиня ночі, яка живе у тій самій країні, а Гідра — просто велетенська багатоголова змія.
Пояс Койпера та Ерида
Ще у 1951 році Джерард Койпер висловив думку, що колись за орбітою Нептуна існувало безліч невеликих об’єктів, але вони були розсіяні Плутоном. У міру того, як вчені дізнавалися, наскільки Плутон відрізняється від звичайної планети, міцнішало переконання, що пояс Койпера нікуди не подівся. Перший великий об’єкт у ньому було відкрито 1992 року. Тривалий час він мав позначення просто 1992 QB1, і тільки у 2018-му отримав офіційну назву Альбіон. Дуже швидко за першим об’єктом поясу Койпера з’явилися інші, і вже 1996 року їх налічувалося 32. Але поки це були відносно невеликі об’єкти, ніхто жодних глобальних висновків не робив. Однак 2003 року астрономи відкрили транснептуновий об’єкт радіусом 1163 км, тобто приблизно такого ж розміру, як і Плутон. І у цього об’єкта також був чималий супутник.
Спочатку нове небесне тіло та його супутник назвали Ксеною та Габріелою на честь героїнь популярного тоді фентезійного серіалу. Проте згодом вирішили, що назви ці недостатньо епічні для того рівня суперечок, які спричинило відкриття все нових і нових об’єктів поясу Койпера. Тому нове тіло отримало ім’я Ериди — грецької богині розбрату. А супутник охрестили Дизномією — на честь дочки Ериди, богині беззаконня.
Вчені таки дійшли висновку, що із «неправильною планетою» Плутоном та його не менш неправильним оточенням треба щось робити. Рішення це зазвичай формулюють як «Плутон позбавили статусу планети», проте насправді тоді все було навпаки. Спеціально для Плутона та інших подібних до нього об’єктів створили окремий, проміжний між звичайними планетами та астероїдами клас карликових планет, позбавивши їх саме тієї особливості, яка усіх найбільше напружувала у Плутоні. Карликові планети, на відміну від великих, недостатньо масивні, щоб очистити свою орбіту від інших тіл, тому у поясі Койпера їх може бути сила-силенна. Але при цьому форма карликової планети має бути близькою до сферичної.
Насправді щодо сферичності форми ми впевнені тільки відносно Ериди, Плутона та декількох інших великих транснептунових об’єктів. Занадто вже занептуння далеко, і навіть у потужні телескопи його об’єкти на вигляд, як цяточки.
Наприклад, щодо поверхні тієї ж Ериди відомо лише, що вона значно світліша за Плутон, тобто містить у собі набагато менше органічних компонентів. Що різко контрастує із темним забарвленням її супутника Дизномії. Остання достатньо велика, має діаметр 700 км і обертається навколо Ериди за 17 діб. На відміну від системи Плутон — Харон це не подвійна система, а дійсно карликова планета із супутником. Оберт навколо Сонця Ерида робить аж за 512 років, тобто рік на ній удвічі більший, ніж навіть на Плутоні.
Інші великі об’єкти поясу Койпера
Втім, однією тільки Еридою дивовижний світ занептуння не обмежується. Так, існує транснептуновий об’єкт Гунгун, середній діаметр якого складає 1230 км, однак він має неправильну форму. Гунгун рухається видовженою орбітою, ближня точка якої на відстані 33 астрономічних одиниць, а найвіддаленіша — за 100 астрономічних одиниць. І ця подорож займає у Гунгуна 549 років. Ім’я своє Гунгун отримав від китайського річкового бога, що насилає повені та руйнування. Крім того, Гунгун вважається найчервонішим об’єктом Сонячної системи.
Квавар — ще один об’єкт, який дуже нагадує Ериду та Плутон. Його діаметр — близько 1070 км. І у нього є супутник під назвою Вейвот з діаметром 170 км. Цікаво, що на відміну від Гунгуна, Ериди та Плутона, Квавар із Вейвотом обертаються навколо Сонця майже круговою орбітою, роблячи один оберт за 248 років.
Часто транснептунові об’єкти мають імена богів та персонажів, яких важко назвати м’якими та пухнастими. Скажімо, Орк — ця карликова планета діаметром близько 915 км отримала своє ім’я на честь бога підземного царства, злого втілення Плутона. Варуна діаметром 678 км названа на честь індуїстського судді вічності. 600-кілометровий Іксіон отримав свою назву на честь злого царя з грецької міфології, якого за його злодіяння боги розіп’яли на колесі і запустили вічно крутитися в небі.
Незвичайна Гаумеа
Коли ми говоримо, що карликові планети мають здебільшого сферичну форму, слід пам’ятати, що у цього правила є й виключення. Прикладом тут може бути Макемаке — карликова планета, що складається переважно з метану та азоту і робить один оберт навколо Сонця за 305 років. Своє ім’я вона отримала від верховного бога жителів острова Пасхи. Надзвичайним цей об’єкт робить те, що екваторіальний діаметр у нього складає 1430 км, а полярний — 1500 км. Тобто у Макемаке трохи витягнута форма.
Але навіть Макемаке не є найнезвичайнішим об’єктом поясу Койпера. Куди дивніша за нього карликова планета Гаумеа, названа ім’ям полінезійської богині родючості. Гаумеа — найбільше у Сонячній системі «яйце». Його параметри: 2100 × 1680 × 1074 км. Тобто найбільший із розмірів цієї «писанки» перевищує половину діаметра Місяця.
У Гаумеа два супутники. За 49 діб навколо нього обертається 300-кілометровий Хііака. Своє ім’я він отримав на честь полінезійської богині співу, танців та чаклунства, дочки Гаумеа. Намака, другий супутник Гаумеа діаметром 170 км, робить один оберт навколо планети за 18 діб. Ім’я він отримав на честь іншої дочки Гаумеа, богині моря.
Та й це ще не все. Гаумеа має систему кілець. Як і кільця планет-гігантів, вони складаються із часток різного розміру, але не такі щільні та яскраві. Їхня наявність та незвична форма Гаумеа наводять на думку про те, що в минулому цей об’єкт зазнав часткового руйнування внаслідок зіткнення з іншим великим тілом. Частково цю теорію підтверджує існування «сімейства Гаумеа» — групи транснептунових об’єктів, що мають дуже схожий на неї хімічний склад та орбітальні характеристики. Розмір найбільших із них — 200-300 км.
Найдовші орбіти
Однак не лише незвичною формою можуть здивувати транснептунові об’єкти. Є серед них і такі, що обертаються неймовірно видовженими орбітами, і період їхнього обертання навколо Сонця становить тисячі років. Класичним прикладом тут виступає Седна — тисячокілометровий транснептуновий об’єкт, який зветься ім’ям ескімоської богині морських тварин. У перигелії ця карликова планета підходить до Сонця на 76 астрономічних одиниць, а це — у півтора раза більше, ніж Плутон у своїй найвіддаленішій точці. А в афелії Седна віддаляється від сонця на 1000 астрономічних одиниць. Внаслідок цього вона робить один оберт навколо Сонця за 10 тис. років.
І це далеко не рекорд. Лелеакухонуа — об’єкт діаметром близько 220 км. У перигелії він підходить до Сонця на відстань 65 астрономічних одиниць, а в афелії віддаляється від нього на 2037 астрономічних одиниць. Період обертання навколо Сонця у Лелеакухонуа складає 34 тис. років. Після відкриття у 2015 році об’єкт називали Гоблін. А потім він отримав сучасну назву, яка є скороченням фрази гавайською мовою, що порівнює повернення об’єкта до Сонця із поверненням птахів додому. Чи стало від того краще — питання спірне.
Незвичні назви
Лелеакухонуа — досить незвична назва, проте зустрічаються у поясі Койпера і куди дивніші. Серед інших тут оселилися деякі герої «Сильмариліону» Джона Р. Р. Толкієна. Наприклад, транснептуновий об’єкт Манве назвали на честь верховного валар. А у нього є супутник Торандор, названий ім’ям ватажка тих орлів, які у книзі «Гобіт» несли Більбо Бегінса та гномів до одинокої гори. Слід зауважити, що діаметр Торандора складає 2/3 діаметра Манве, тобто тут знову йдеться про подвійну планету.
Інший транснептуновий об’єкт отримав назву Таронхайавагон. До вагонів його назва не має жодного стосунку. Це ім’я бога — творця світу з міфології ірокезів. Діаметр небесного тіла складає 176 км. Таронхайавагон — один із пари об’єктів. На відстані 27 тис. км від нього перебуває другий транснептуновий об’єкт цієї пари, який назвали Тавіскарон на честь злого брата-близнюка Таронхайавагона.
Втім, не системі Таронхайавагон — Тавіскарон належать найдивовижніші назви у занептунні. Так, транснептуновий об’єкт із великим супутником має назву Гк’кунл’хомдима. Важко сказати, скільки в Україні людей знають, як правильно вимовляти це слово койсанського походження. Гк’кунл’хомдима — чарівна дівчина-трубкозуб з легенд пустелі Наміб. Та й це ще не все, адже у космічної Гк’кунл’хомдими є супутник Гк’о’эк’ху, названий на честь чарівного рогу антилопи-орікса, за допомогою якого Гк’кунл’хомдима бореться зі злом. При цьому Гк’кунл’хомдима — достатньо великий об’єкт діаметром 648 км. У головному поясі астероїдів, тому, що між Марсом та Юпітером, більша за неї тільки Церера. Діаметр Гк’о’эк’ху — близько 140 км, він обертається навколо Гк’кунл’хомдими за кілька десятків годин. А разом вони обертаються навколо сонця за 600 років.
Примітним для транснептунових об’єктів є те, що досі не всі вони отримали власні назви. Є принаймні вісім великих тіл, діаметр яких перевищує 700 км, але імен у них дотепер немає. А кількість безіменних об’єктів, діаметр яких становить понад 100 км, складає кілька сотень. Тож у кожного є можливість перевершити за дивністю назв людей, які давали імена Гк’кунл’хомдимі та її супутнику.
Подвійні кентаври та інші дивовижні об’єкти
Система Плутон — Харон далеко не єдина подвійна система у поясі Койпера, в якій компоненти мають близькі маси, тож обертаються не навколо один-одного, а навколо спільного центру мас. Пара Таронхайавагон — Тавіскарон яскравий приклад цього. Крім неї, є ще як мінімум системи Сіла — Нунам та Борасісі — Пабу.
А є об’єкти, дивні одночасно і через те, що вони є подвійними, і тому, що їхні орбіти перетинають орбіти великих планет, тобто ці пари залітають вглиб Сонячної системи. Об’єкти, що перетинають орбіти великих планет, називаються кентаврами. А ті, що при цьому являють собою пару тіл — подвійними кентаврами. Серед великих об’єктів поясу Койпера існують принаймні дві пари подвійних кентаврів. Це системи Кето — Фокій та Тифон — Єхидна. До речі, остання пара названа на честь двох чудовиськ із давньогрецької міфології, що одружилися і подарували світові вже згадану у цій статті Гідру та Цербера, а також інших чудовиськ.
Але найдивовижніший об’єкт поясу Койпера має назву Лемпо — Хіісі — Паха. Як неважко здогадатися, це — система із трьох великих тіл, кожне із яких отримало ім’я лісового духа із карельської міфології. Лемпо і Хіісі мають діаметри 272 та 251 км відповідно та обертаються навколо спільного центру мас на відстані усього 800 км. А Паха діаметром 132 км обертається навколо цієї пари на відстані 7 тис. км. Однак не ці незвичні орбітальні характеристики роблять Лемпо — Хіісі — Паха таким особливим.
На відміну від Плутона, Ериди та інших карликових планет поясу Койпера, жоден із цих трьох об’єктів не є суцільним тілом. По суті це просто велетенські купи каміння, які достатньо слабко зцементовані кригою і лишень завдяки їй та невеликій силі тяжіння тримаються разом. До речі, у такій структурі немає нічого дивного. Велика кількість комет, що залітають до нас з околиць Сонячної системи, мають саме таку структуру. Проте для настільки великих небесних тіл вона ще відносно недавно була екзотикою.
Майбутнє дослідження занептуння
Найцікавіше в усьому вищевикладеному те, що ще тридцять років тому ми практично нічого про об’єкти за Нептуном не знали. Тобто насправді усе описане — настільки ж нова тема в астрономії, як і екзопланети. І вплив занептуння на наші уявлення про планетні системи аж ніяк не менший.
У свідомості більшості любителів астрономії й досі живе модель Сонячної системи 1989-х років, у якій є тільки вісім (або дев’ять) планет, що обертаються круговими орбітами, та усіляка дрібнота, яку ані називати, ані показувати як слід не треба. Дослідження ж поясу Койпера показують нам, що світ небесних тіл значно різноманітніший, аніж ми думали. І окрім великих планет, у нашій Сонячній системі є ще десятки тіл середнього розміру, які дуже точно назвали карликовими планетами. І які виявилися фантастичнішими за все, що ми бачили до того.
А найдивовижніше у занептунні те, що його тільки почали по-справжньому досліджувати. Порівняно з об’єктами поясу Койпера, навіть Уран із Нептуном, не кажучи вже про Марс — добре досліджені космічні об’єкти. Бо зрештою відомо, який насправді на вигляд лише один об’єкт цього поясу — Плутон. Тільки його поверхню змогли докладно роздивитися. Решта ж так і залишилися крихітними цяточками, які не у будь-який телескоп можна побачити.
Серед іншого об’єкти занептуння цікаві своїм хімічним складом. Вважається, що вони найбільше схожі на те, який вигляд мала рання Сонячна система, однак перевірити це досі неможливо. Ми знаємо, що за співвідношеннями органічних сполук, силікатних порід, метанової та водяної криги різні тіла істотно відрізняються, але взяти зразки з кожного із «крижаних карликів» зможуть тільки космічні апарати із двигунами нового покоління.
А поки що навіть не всі великі об’єкти поясу Койпера відкрили. Бо Седну та Лелеакухонуа відкрили лише завдяки тому, що вони перебували на ближніх частинах своїх витягнутих траєкторій. Транснептунових об’єктів, що зараз перебувають біля перигеїв своїх витягнутих орбіт, можуть бути тисячі. І їх можна побачити, тільки якщо дістатися до них ближче. А доти вони ще тисячі років можуть залишитися невідомими. Отже, майбутнє дослідження занептуння потребує від людства краще навчитися літати у космосі.
Автор: кандидат технічних наук Олександр Бурлака
Ця стаття була опублікована у №6(188) 2021 року журналу Universe Space Tech. Придбати цей номер в електронній чи паперовій версії можна у нашому магазині.
