Күн жүйесінің Нептун орбитасынан әрі созылған, мұзды денелерден тұратын, Кіпер белдеуі туралы ақпарат. Планеталық қалдықтар, карлик планеталар (Плутон, т.б.).
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Күн жүйесінің планеталардан тыс кеңістігі, кішкентай денелерден тұрады.
Area of the Solar System beyond the planets, comprising small bodies
Койпер белдеуі – Күн жүйесінің сыртқы бөлігіндегі айналма диск. Ол Нептун орбитасынан 30 астрономиялық бірлікке (АБ) дейін, Күннен шамамен 50 АБ қашықтыққа дейін созылады. Ол астероид белдеуіне ұқсас, бірақ одан 20 есе кең және 20-200 есе массивті. Астероид белдеуі сияқты, ол да Күн жүйесі қалыптасқан кезде қалған шағын денелерден тұрады. Көптеген астероидтер негізінен тас және металлдан құралған болса, Койпер белдеуінің көптеген нысандары көбінесе метан, аммиак және су сияқты ұшқыш мұздардан ("мұздар" деп аталады) тұрады. Койпер белдеуі астрономдардың әдетте кәріз планеталар деп қабылдайтын көптеген нысандарға мекенжай: Оркус, Плутон, Хаумеа, Куаоар және Макемаке. Күн жүйесінің кейбір серіктері, мысалы, Нептунның Тритон және Сатурнның Фиби осы аймақта пайда болған болуы мүмкін. Койпер белдеуі 1951 жылы оның бар екенін болжаған голланд астрономы Жерард Койпердің құрметіне аталған. Одан бұрын да, кейін де оның болуын болжаған зерттеушілер болды, мысалы, 1930 жылдары Кеннет Эджворт. 1980 жылы астроном Хулио Анхель Фернандес, қысқа мерзімді кометалардың көзі бола алатын Нептуннан тыс комета белдеуінің болуын көрсететін мақала жариялады. 1992 жылы кіші планета (15760) Альбион табылды, ол Плутоннан (1930 жылы) және Хароннан (1978 жылы) кейін Койпер белдеуінің алғашқы нысаны (KBO) болды. Бастапқыда Койпер белдеуі 200 жылдан кем орбиталық периоды бар мерзімді кометалардың негізгі қоймасы деп есептелді. 1990 жылдардың ортасынан бері жүргізілген зерттеулер белдеудің динамикалық тұрақты екенін және кометалардың нақты шығу тегі – шашыраңқы диск екенін көрсетті, ол Нептунның 4,5 миллиард жыл бұрын сыртқа қарай қозғалуының нәтижесінде пайда болған динамикалық белсенді аймақ. Эрис сияқты шашыраңқы диск нысандарының өте эксцентриктік орбиталары бар, олар оларды Күннен 100 АБ-ға дейін алып кетеді. Койпер белдеуі гипотетикалық Оорт бұлтынан ерекшеленеді, ол мың есе қашықта және көбінесе сфералық деп саналады. Койпер белдеуіндегі нысандар, шашыраңқы диск мүшелері және кез келген потенциалды Хиллс бұлты немесе Оорт бұлты нысандары бірге транснептундық нысандар (ТНО) деп аталады. Плутон – Койпер белдеуінің ең ірі және ең массивті мүшесі, сондай-ақ ең ірі және екінші ең массивті белгілі ТНО, тек шашыраңқы дискідегі Эристен ғана асып түседі. Бастапқыда планета деп есептелген Плутонның Койпер белдеуінің бөлігі ретіндегі мәртебесі 2006 жылы оны кәріз планета ретінде қайта жіктеуге әкелді. Оның құрамы Койпер белдеуінің көптеген басқа нысандарына ұқсас, ал оның орбиталық периоды Нептунмен 2:3 резонансын бөлісетін "плютино" деп аталатын KBO класына тән. Койпер белдеуі мен Нептун Күн жүйесінің шегін белгілеуші ретінде қарастырылуы мүмкін, ал басқа альтернативалар – гелиопауза және Күннің гравитациялық әсері басқа жұлдыздардың әсеріне тең болатын қашықтық (шамамен 50000 мен 125000 аралығында).
The Kuiper belt (/'//k//aɪ//p//ər/ KYpər) is a circumstellar disc in the outer Solar System, extending from the orbit of Neptune at 30 astronomical units (AU) to approximately 50 AU from the Sun. It is similar to the asteroid belt, but is far larger—20 times as wide and 20–200 times as massive. Like the asteroid belt, it consists mainly of small bodies or remnants from when the Solar System formed. While many asteroids are composed primarily of rock and metal, most Kuiper belt objects are composed largely of frozen volatiles (termed "ices"), such as methane, ammonia, and water. The Kuiper belt is home to most of the objects that astronomers generally accept as dwarf planets: Orcus, Pluto, Haumea, Quaoar, and Makemake. Some of the Solar System's moons, such as Neptune's Triton and Saturn's Phoebe, may have originated in the region. The Kuiper belt is named in honor of the Dutch astronomer Gerard Kuiper, who conjectured the existence of the belt in 1951. There were researchers before and after him who also speculated on its existence, such as Kenneth Edgeworth in the 1930s. The astronomer Julio Angel Fernandez published a paper in 1980 suggesting the existence of a comet belt beyond Neptune which could serve as a source for short period comets. In 1992, minor planet (15760) Albion was discovered, the first Kuiper belt object (KBO) since Pluto (in 1930) and Charon (in 1978). The Kuiper belt was initially thought to be the main repository for periodic comets, those with orbits lasting less than 200 years. Studies since the mid 1990s have shown that the belt is dynamically stable and that comets' true place of origin is the scattered disc, a dynamically active zone created by the outward motion of Neptune 4.5 billion years ago; scattered disc objects such as Eris have extremely eccentric orbits that take them as far as 100 AU from the Sun. The Kuiper belt is distinct from the hypothesized Oort cloud, which is believed to be a thousand times more distant and mostly spherical. The objects within the Kuiper belt, together with the members of the scattered disc and any potential Hills cloud or Oort cloud objects, are collectively referred to as trans Neptunian objects (TNOs). Pluto is the largest and most massive member of the Kuiper belt and the largest and the second most massive known TNO, surpassed only by Eris in the scattered disc. Originally considered a planet, Pluto's status as part of the Kuiper belt caused it to be reclassified as a dwarf planet in 2006. It is compositionally similar to many other objects of the Kuiper belt, and its orbital period is characteristic of a class of KBOs, known as "plutinos," that share the same 2:3 resonance with Neptune. The Kuiper belt and Neptune may be treated as a marker of the extent of the Solar System, alternatives being the heliopause and the distance at which the Sun's gravitational influence is matched by that of other stars (estimated to be between 50000 and 125000).
Тарих
1930 жылы Плутонның табылуынан кейін, көптеген адамдар оның жалғыз болмауы мүмкін екенін болжады. Қазір Койпер белдеуі деп аталатын аймақ ондаған жылдар бойы түрлі нұсқаларда болжамдарға түрткі болды. Оның бар екеніне тікелей дәлел тек 1992 жылы ғана табылды. Койпер белдеуінің мәні туралы жасалған көптеген алуан түрлі болжамдар, оны алғаш ұсынған кім екендігі туралы әлі де дау тудырып отыр.
After the discovery of Pluto in 1930, many speculated that it might not be alone. The region now called the Kuiper belt was hypothesized in various forms for decades. It was only in 1992 that the first direct evidence for its existence was found. The number and variety of prior speculations on the nature of the Kuiper belt have led to continued uncertainty as to who deserves credit for first proposing it.
Гипотезалар
Транс-нептунийлік популяцияның бар екендігін тұңғыш рет Фредерик К. Леонард ұсынған. 1930 жылы Клайд Томбо Плутонды ашқаннан кейін көп ұзамай Леонард «Плутоннан бір қатар ультра-нептуниан денелердің алғашқысы жарыққа шыққаны, қалған мүшелері әлі күнге дейін ашылуын күтіп тұрған, бірақ ақырында анықталуға тиіс» деген ойға келді. Сол жылы астроном Армин О. Лейшнер Плутон «болашақта әлі табылмайтын ұзақ мерзімді планеталардың бірі болуы мүмкін» деген пікір білдірді. 1943 жылы Британдық астрономиялық қауымдастығының журналында Кеннет Эджворт Нептуннан тыс аймақтағы бастапқы күн тұмандығының құрамындағы материал планеталарға конденсациялану үшін тым кең арақашықтыққа ие болды және сондықтан сансыз кіші денелерге конденсацияланды деп болжады. Осыдан ол «күн жүйесінің сыртқы аймағын планеталардың орбитасынан тыс, салыстырмалы түрде өте көп сандаған кішкентай денелер алып жатыр» деген қорытындыға келді және кез-келген уақытта олардың бірі «өз сферасынан шығып, күн жүйесінің ішкі бөлігінде кез-келген кезде кездесетін қонақ ретінде көрінеді». Бұл гипотеза келесі онжылдықтарда көптеген басқа формаларды алды. 1962 жылы физик Альберт Камерон «күн жүйесінің шетінде орналасқан ұсақ заттардың орасан көптігі» бар екенін айтты. Байқаулар бұл болжамның дұрыс еместігін көрсетті. 1992 жылы осыған ұқсас орбитада 5145 Фолл атты тағы бір нысан табылды. Бүгінде Юпитер мен Нептун арасындағы аймақта кентаврлар деп аталатын кометаға ұқсас денелердің бүкіл популяциясы бар екені белгілі. Кентаулардың орбиталары тұрақсыз және олардың өмір сүру ұзақтығы бірнеше миллион жыл. 1977 жылы Хирон табылғаннан бері астрономдар кентаврлар жиі сыртқы резервуардан толтырылуы керек деп болжады. Мұндай толықтыру аймағы үшін ұсыныстар Оорт бұлты, мүмкін, Күннен 50,000 АЕ-ден асатын кометалардың шар тәрізді тобырлары, алғаш рет 1950 жылы голландиялық астроном Ян Оорт болжам жасаған. Оорт бұлты ұзақ мерзімді кометалардың шығу нүктесі деп саналады, олар Хале-Бопп сияқты мыңдаған жылдар бойы орбиталары бар кометалар. ]]Тағы бір комета популяциясы бар, ол қысқа мерзімді немесе периодтық кометалар деп аталады, олар Галлей кометасы сияқты 200 жылдан аз орбиталық кезеңдерге ие кометалардан тұрады. 1970 жылдары қысқа мерзімді кометалардың ашылу қарқыны олардың тек Оорт бұлтынан пайда болуына сәйкес келмейтін болды. Фернандестің жұмысына сәйкес 1988 жылы Канадалық Мартин Дункан, Том Куинн және Скотт Тремейн командасы компьютерлік симуляцияларды жүргізді. Олар Оорт бұлтының барлық қысқа мерзімді кометаларды құрай алмайтынын анықтады, әсіресе қысқа мерзімді кометалар Күн жүйесінің жазықтығына жақын топталғандықтан, Оорт бұлтының кометалары аспанның кез-келген нүктесінен келуі мүмкін. Фернандес сипаттағандай, «белек» формулаларға қосылғанда, симуляция бақылауларға сәйкес келді. Фернандестің мақаласының алғашқы сөйлемінде «Куипер» және «комета белдеуі» деген сөздер пайда болғандықтан, Тремейн бұл гипотетикалық аймақты «Куипер белдеуі» деп атады. Ол сол кездегі аспирант Джейн Луға Плутон орбитасынан тыс жерде тағы бір нысанды табуға көмектесуге шақырды, өйткені ол оған «Біз жасамасақ, ешкім жасамайды» деді. 2018 жылға қарай 2000-нан астам Койпер белдеуі объектілері табылды. Жиырма жылда (1992-2012 жж.) белдеуде мыңнан астам дене табылды, ол табылғаннан кейін (2018 жылы 15760 Альбион деп аталды), Плутон мен Альбионнан басқа да денелердің үлкен белдеуін көрсетті. 2010 жылдары Койпер белдеуіндегі денелердің толық көлемі мен табиғаты көбінесе белгісіз болды. Транс-нептунийлік аймақ алғаш рет картаға түсірілгеннен бері жүргізілген зерттеулер қазір Койпер белдеуі деп аталатын аймақ қысқа мерзімді кометалардың шығу нүктесі емес екенін, оның орнына олар шашыраңқы диск деп аталатын байланысты популяциядан туындайтындығын көрсетті. Шашыраңқы диск Нептунның сол кезде Күнге әлдеқайда жақын болған прото-Койпер белдеуіне көшіп кеткен кезде пайда болды. Бұл оның орбитасына ешқашан әсер етпейтін динамикалық тұрақты объектілердің популяциясын қалдырды (Койпер белдеуі), және популяция, оның перигелиясы жеткілікті жақын, сондықтан Нептун оларды Күнді айналып жүрген кезде (шашыраңқы диск) бұза алады. Шашыраңқы диск динамикалық белсенді, ал Койпер белдеуі салыстырмалы түрде динамикалық тұрақты болғандықтан, шашыраңқы диск қазір периодтық кометалардың ең ықтимал шығу нүктесі ретінде қарастырылады. «Транс-нептунийлік нысан» (ТНО) термині белдеудегі нысандар үшін бірнеше ғылыми топтар ұсынады, өйткені бұл термин басқаларына қарағанда аз дау тудырады—бірақ бұл толық синоним емес, өйткені ТНО-лар Нептун орбитасынан өтетін барлық нысандарды қамтиды, Койпер белдеуіндегілерді ғана емес.
The first astronomer to suggest the existence of a trans Neptunian population was Frederick C. Leonard. Soon after Pluto's discovery by Clyde Tombaugh in 1930, Leonard pondered whether it was "not likely that in Pluto there has come to light the first of a series of ultra Neptunian bodies, the remaining members of which still await discovery but which are destined eventually to be detected". That same year, astronomer Armin O. Leuschner suggested that Pluto "may be one of many long period planetary objects yet to be discovered." In 1943, in the Journal of the British Astronomical Association, Kenneth Edgeworth hypothesized that, in the region beyond Neptune, the material within the primordial solar nebula was too widely spaced to condense into planets, and so rather condensed into a myriad smaller bodies. From this he concluded that "the outer region of the solar system, beyond the orbits of the planets, is occupied by a very large number of comparatively small bodies" and that, from time to time, one of their number "wanders from its own sphere and appears as an occasional visitor to the inner solar system", It is said that Kuiper was operating on the assumption, common in his time, that Pluto was the size of Earth and had therefore scattered these bodies out toward the Oort cloud or out of the Solar System; there would not be a Kuiper belt today if this were correct. The hypothesis took many other forms in the following decades. In 1962, physicist Al G. W. Cameron postulated the existence of "a tremendous mass of small material on the outskirts of the solar system". Observation ruled out this hypothesis. In 1992, another object, 5145 Pholus, was discovered in a similar orbit. Today, an entire population of comet like bodies, called the centaurs, is known to exist in the region between Jupiter and Neptune. The centaurs' orbits are unstable and have dynamical lifetimes of a few million years. From the time of Chiron's discovery in 1977, astronomers have speculated that the centaurs therefore must be frequently replenished by some outer reservoir. A proposal for such an area of replenishment is the Oort cloud, possibly a spherical swarm of comets extending beyond 50,000 AU from the Sun first hypothesised by Dutch astronomer Jan Oort in 1950. The Oort cloud is thought to be the point of origin of long period comets, which are those, like Hale–Bopp, with orbits lasting thousands of years. ]]There is another comet population, known as short period or periodic comets, consisting of those comets that, like Halley's Comet, have orbital periods of less than 200 years. By the 1970s, the rate at which short period comets were being discovered was becoming increasingly inconsistent with their having emerged solely from the Oort cloud. Following up on Fernández's work, in 1988 the Canadian team of Martin Duncan, Tom Quinn and Scott Tremaine ran a number of computer simulations to determine if all observed comets could have arrived from the Oort cloud. They found that the Oort cloud could not account for all short period comets, particularly as short period comets are clustered near the plane of the Solar System, whereas Oort cloud comets tend to arrive from any point in the sky. With a "belt", as Fernández described it, added to the formulations, the simulations matched observations. Reportedly because the words "Kuiper" and "comet belt" appeared in the opening sentence of Fernández's paper, Tremaine named this hypothetical region the "Kuiper belt". He encouraged then graduate student Jane Luu to aid him in his endeavour to locate another object beyond Pluto's orbit, because, as he told her, "If we don't, nobody will." By 2018, over 2000 Kuiper belts objects had been discovered. Over one thousand bodies were found in a belt in the twenty years (1992–2012), after finding (named in 2018, 15760 Albion), showing a vast belt of bodies more than just Pluto and Albion. By the 2010s the full extent and nature of Kuiper belt bodies is largely unknown. Studies conducted since the trans Neptunian region was first charted have shown that the region now called the Kuiper belt is not the point of origin of short period comets, but that they instead derive from a linked population called the scattered disc. The scattered disc was created when Neptune migrated outward into the proto Kuiper belt, which at the time was much closer to the Sun, and left in its wake a population of dynamically stable objects that could never be affected by its orbit (the Kuiper belt proper), and a population whose perihelia are close enough that Neptune can still disturb them as it travels around the Sun (the scattered disc). Because the scattered disc is dynamically active and the Kuiper belt relatively dynamically stable, the scattered disc is now seen as the most likely point of origin for periodic comets. The term "trans Neptunian object" (TNO) is recommended for objects in the belt by several scientific groups because the term is less controversial than all others—it is not an exact synonym though, as TNOs include all objects orbiting the Sun past the orbit of Neptune, not just those in the Kuiper belt.
Құрылымы
Өзінің ең үлкен көлемінде (бірақ шашыраңқы дискіні қоспағанда), шеткі аймақтарын қоса алғанда, Койпер белдеуі шамамен 30–55 АЕ аралығында созылады. Белдің негізгі бөлігі, әдетте, 39,5 АЕ-дегі 2:3 орташа қозғалыс резонансынан (төменде қараңыз) шамамен 48 АЕ-дегі 1:2 резонансына дейін созылады деп қабылданады. Койпер белдеуі өте қалың, негізгі шоғырлану эклиптикалық жазықтықтан он градусқа дейін созылады, ал объектілердің сирегірек таралуы бірнеше есе одан да алысқа жетеді. Жалпы алғанда, ол белдеуге қарағанда тор немесе пончик сияқты көрінеді. Оның орташа орналасуы эклиптикаға 1,86 градусқа еңкейген. Нептунның орбиталық резонанстар арқылы Койпер белдеуінің құрылысына зор әсері бар. Күн жүйесінің жасына тең уақыт аралығында Нептунның гравитациясы белгілі бір аймақтарда орналасқан кез келген нысанның орбитасын тұрақсыздандырып, оларды ішкі Күн жүйесіне, шашыраңқы дискіге немесе жұлдызаралық кеңістікке жібереді. Бұл Койпер белдеуінің қазіргі орналасуында астероид белдеуіндегі Кирквуд бос орындарына ұқсас айқын саңылаулардың пайда болуына себеп болады. Мысалы, 40 және 42 АЕ аралығындағы аймақта ешқандай нысан мұндай уақыт ішінде тұрақты орбитасын сақтап қала алмайды, сондықтан сол аймақта байқалғандардың барлығы салыстырмалы түрде жақында көшіп келген болуы керек.
At its fullest extent (but excluding the scattered disc), including its outlying regions, the Kuiper belt stretches from roughly 30–55 AU. The main body of the belt is generally accepted to extend from the 2:3 mean motion resonance (see below) at 39.5 AU to the 1:2 resonance at roughly 48 AU. The Kuiper belt is quite thick, with the main concentration extending as much as ten degrees outside the ecliptic plane and a more diffuse distribution of objects extending several times farther. Overall it more resembles a torus or doughnut than a belt. Its mean position is inclined to the ecliptic by 1.86 degrees. The presence of Neptune has a profound effect on the Kuiper belt's structure due to orbital resonances. Over a timescale comparable to the age of the Solar System, Neptune's gravity destabilises the orbits of any objects that happen to lie in certain regions, and either sends them into the inner Solar System or out into the scattered disc or interstellar space. This causes the Kuiper belt to have pronounced gaps in its current layout, similar to the Kirkwood gaps in the asteroid belt. In the region between 40 and 42 AU, for instance, no objects can retain a stable orbit over such times, and any observed in that region must have migrated there relatively recently.
Классикалық белдік
Нептунмен 2:3 және 1:2 резонанстары арасында, шамамен 42–48 АЕ аралығында, Нептунмен гравитациялық өзара әрекеттесулер ұзақ мерзімді жүзеге асады, ал объектілер өз орбиталарын едәуір өзгертпей сақтай алады. Бұл аймақ классикалық Койпер белдеуі деп аталады, және оның құрамындағы объектілер бүгінгі күнге дейін байқалған КБО-ның шамамен үштен екі бөлігін құрайды. Классикалық КБО-ның прототипі ретінде ең алғашқы қазіргі заманғы КБО (Альбион, бірақ көбінесе (15760) 1992 QB1 деп аталады) есептелетін болғандықтан, классикалық КБО-лар жиі кубеваностар ("Q B 1 os") деп аталады. IAU белгілеген нұсқауларға сәйкес, классикалық КБО-ларға жаратылыспен байланысты мифологиялық тұлғалардың аттары берілуі тиіс. Классикалық Койпер белдеуі екі бөлек популяциядан тұрады. Біріншісі, "динамикалық тұрақты" популяциясы, планеталарға ұқсас орбиталарға ие: орбиталық эксцентриситеті 0,1-ден кем, және салыстырмалы түрде төмен еңіс бұрыштары, шамамен 10° дейін (Күн жүйесі жазықтығына жақын орналасқан, емес бұрышта). Бұл тұрақты популяция 44–44,5 АЕ жартылай бас осьтері бар ядро деп аталатын объектілердің шоғырлануын да қамтиды. Екіншісі, "динамикалық белсенді" популяциясы, эклиптикаға дейін 30° дейін еңкейген орбиталарға ие. Екі популяцияның атауы температурадағы айырмашылыққа байланысты емес, керісінше, газ ішіндегі бөлшектерге ұқсастықтан туындаған, олар қызғанда салыстырмалы жылдамдықтарын арттырады. Екі популяция әртүрлі орбиталарда ғана емес, сонымен қатар тұрақты популяция түсі мен альбедосы бойынша да ерекшеленеді – қызыл және жарқын, екілік объектілердің үлесі жоғары, мөлшері әртүрлі таралады. Динамикалық тұрақты популяцияның массасы динамикалық белсенді популяцияның массасынан шамамен 30 есе аз. Ал тұрақты популяцияның қазіргі орнында қалыптасқандығы болжанып отыр, себебі бос екілік жүйелер Нептунмен кездесулерден аман қалуы екіталай. Осыны ескере отырып, бұл отбасының мүшелері плутинолар деп аталады. Көптеген плутинолар, Плутонды қоса алғанда, Нептун орбитасын қиып өтеді, бірақ олардың резонансы олардың соқтығыспауын қамтамасыз етеді. Плутинолардың жоғары орбиталық эксцентриситеті олардың қазіргі орнына жат екенін көрсетеді, керісінше, көшіп келе жатқан Нептун оларды кездейсоқ түрде орбиталарына лақтырған. IAU ережелеріне сәйкес, Плутон сияқты барлық плутинолар жер асты құдайларының аттарымен аталуы керек. Оның тұрғындары кейде "твитинолар" деп те аталады. Басқа резонанстар да бар: 3:4, 3:5, 4:7 және 2:5. Сондықтан, бұл күрт құлдырау, "Койпер жартасы" деп белгілі, күтпеген болып келді, және оның себебі әлі белгісіз. Бернштейн, Триллинг және басқалар (2003) 50 АЕ-ден астам радиустағы 100 км немесе одан да үлкен объектілердің жылдам төмендеуі нақты екенін, және бұл байқаулардың қателігіне байланысты емес екенін дәлелдеді. Мүмкін болатын түсіндірмелерге сол қашықтықтағы материалдың жеткіліксіздігі немесе шашыраңқы болуы, үлкен объектілерді құруға мүмкіндік бермеуі, немесе кейінгі процестердің оларды жоюы жатады. 2023 жылдың қыркүйегіне дейін қол жетімді TNO деректерін талдау, классикалық Койпер белдеуінің сыртқы жиегіндегі объектілердің таралуы Нептунмен кез келген орташа қозғалыс резонансынан алыс, шамамен 72 АЕ арақашықтығы бар сыртқы негізгі астероид белдеуінің таралуына ұқсас екенін көрсетті; сыртқы негізгі астероид белдеуі 5.875 АЕ-де Юпитермен 5:6 орташа қозғалыс резонансынан туындаған аралықты көрсетеді.
Between the 2:3 and 1:2 resonances with Neptune, at approximately 42–48 AU, the gravitational interactions with Neptune occur over an extended timescale, and objects can exist with their orbits essentially unaltered. This region is known as the classical Kuiper belt, and its members comprise roughly two thirds of KBOs observed to date. Because the first modern KBO discovered (Albion, but long called (15760) 1992 QB1), is considered the prototype of this group, classical KBOs are often referred to as cubewanos ("Q B 1 os"). The guidelines established by the IAU demand that classical KBOs be given names of mythological beings associated with creation. The classical Kuiper belt appears to be a composite of two separate populations. The first, known as the "dynamically cold" population, has orbits much like the planets; nearly circular, with an orbital eccentricity of less than 0.1, and with relatively low inclinations up to about 10° (they lie close to the plane of the Solar System rather than at an angle). The cold population also contains a concentration of objects, referred to as the kernel, with semi major axes at 44–44.5 AU. The second, the "dynamically hot" population, has orbits much more inclined to the ecliptic, by up to 30°. The two populations have been named this way not because of any major difference in temperature, but from analogy to particles in a gas, which increase their relative velocity as they become heated up. Not only are the two populations in different orbits, the cold population also differs in color and albedo, being redder and brighter, has a larger fraction of binary objects, has a different size distribution, The mass of the dynamically cold population is roughly 30 times less than the mass of the hot. The cold population, on the other hand, has been proposed to have formed more or less in its current position because the loose binaries would be unlikely to survive encounters with Neptune. including Pluto together with its moons. In recognition of this, the members of this family are known as plutinos. Many plutinos, including Pluto, have orbits that cross that of Neptune, although their resonance means they can never collide. Plutinos have high orbital eccentricities, suggesting that they are not native to their current positions but were instead thrown haphazardly into their orbits by the migrating Neptune. IAU guidelines dictate that all plutinos must, like Pluto, be named for underworld deities. Its residents are sometimes referred to as twotinos. Other resonances also exist at 3:4, 3:5, 4:7, and 2:5. so this sudden drastic falloff, known as the Kuiper cliff, was unexpected, and to date its cause is unknown. Bernstein, Trilling, et al. (2003) found evidence that the rapid decline in objects of 100 km or more in radius beyond 50 AU is real, and not due to observational bias. Possible explanations include that material at that distance was too scarce or too scattered to accrete into large objects, or that subsequent processes removed or destroyed those that did. An analysis of the TNO data available prior to September 2023 shows that the distribution of objects at the outer rim of the classical Kuiper belt resembles that of the outer main asteroid belt with a gap at about 72 AU, far from any mean motion resonances with Neptune; the outer main asteroid belt exhibits a gap induced by the 5:6 mean motion resonance with Jupiter at 5.875 AU.
Шығу тегі
Койпер белдеуінің нақты шығу тегі мен күрделі құрылымы әлі де толыққанды анықталмаған, сондықтан астрономдар Pan STARRS және болашақ LSST сияқты кең өрісті зерттеу телескоптарының аяқталуын күтуде. Олар қазіргі уақытта белгісіз көптеген KBO-ларды ашуға мүмкіндік беруі керек. Койпер белдеуі Күннің төңірегіндегі бастапқы протопланеталық дискінің фрагменттерінен – планеталарға толыққанды бірігуге жетпеген, оның орнына кішірек денелерге айналған планетазимальдардан тұрады деп саналады, олардың ең ірілерінің диаметрі шамалы. Плутон мен Харонның кратерлерін зерттеу кішкентай кратерлердің аздығын көрсетті, бұл олардың ондаған шақырым диаметріндегі үлкен денелер ретінде тікелей қалыптасқанын, ал шамамен километрлік денелерден жиналмағанын көрсетеді. Бұл үлкен денелердің қалыптасуының гипотетикалық механизмдеріне турбулентті протопланеталық дискідегі немесе ағынды тұрақсыздықтардағы айналымдар арасында шоғырланған қиыршық тасты бұлттардың гравитациялық құлдырауы жатады. Бұл құлдыраған бұлттар екілік жүйелерді құрайтын фрагменттерге бөлінуі мүмкін. Қазіргі компьютерлік модельдеулер Койпер белдеуіне Юпитер мен Нептунның күшті әсер еткенін, сондай-ақ Уран мен Нептунның қазіргі орналасқан жерлерінде қалыптаса алмағанын көрсетеді, себебі олардың мұндай үлкен массасы бар объектілерді құру үшін сол жерде жеткілікті бастапқы материал болған жоқ. Оның орнына, бұл планеталар Юпитерге жақын жерде пайда болған деп есептеледі. Күн жүйесінің ерте кезеңінде планетазимальдардың шашырауы алып планеталардың орбиталарының көшіп кетуіне әкелген болуы мүмкін: Сатурн, Уран және Нептун сыртқа қарай жылжыды, ал Юпитер ішке қарай жылжыды. Ақырында, орбиталар Юпитер мен Сатурнның 1:2 резонансына жеткен нүктеге дейін өзгерді; Юпитер Күнді Сатурнның әрбір айналымы үшін екі рет айналдырды. Мұндай резонанстың гравитациялық салдары Уран мен Нептунның орбиталарын тұрақсыздандырып, оларды бастапқы планетазимальдық дискіні кесіп өтетін жоғары эксцентриситеттік орбиталарға шашыратып жіберді. Нептунның орбитасы эксцентриситеттік болғанымен, оның орташа қозғалыс резонанстары бірігіп, планетазимальдардың орбиталары хаотикалық түрде эволюциялады, бұл планетазимальдарға Нептунның 1:2 резонансына дейін сыртқа қарай жылжуға және төмен еңістік объектілердің динамикалық суық белдеуін қалыптастыруға мүмкіндік берді. Кейіннен, эксцентриситеті төмендегеннен кейін, Нептунның орбитасы сыртқа қарай кеңейіп, қазіргі орналасқан жеріне жетті. Көптеген планетазимальдар осы көші-қон кезінде резонансқа түсіп, сонда қалды, ал басқалары жоғары еңістік және төмен эксцентриситеттік орбиталарға эволюцияланып, резонанстан тұрақты орбиталарға қашып кетті. Көптеген планетазимальдар ішке қарай шашырап, шағын үлесі Юпитер трояндары, алып планеталардың төңірегінде айналатын ретсіз спутниктер және сыртқы белдеу астероидтары ретінде ұсталды. Қалғандары Юпитер арқылы сыртқа таралып, көп жағдайда Күн жүйесінен шығарылды, бұл бастапқы Койпер белдеуінің популяциясын 99% немесе одан да көп мөлшерде азайтты. Қазіргі ең танымал модельдің түпнұсқа нұсқасы – «Ницца моделі» – «суық» және «ыстық» популяциялар, резонанстық объектілер және шашыраңқы диск сияқты Койпер белдеуінің көптеген ерекшеліктерін қайта жасайды, бірақ олардың таралу ерекшеліктерінің кейбірін түсіндіре алмайды. Модель классикалық KBO орбиталарында байқалғаннан жоғары орташа эксцентриситетті болжайды (0.10–0.13, ал байқалған 0.07) және оның болжалған еңіс үлестірімі өте аз еңістік объектілерін қамтиды, бұл кейбір ғалымдарды суық диск қазіргі орналасқан жерінде қалыптасқан, Күн жүйесіндегі кішкентай денелердің жалғыз жергілікті популяциясын білдіреді деп ойлауға итермелейді. Ницца моделінің соңғы модификациясы бойынша Күн жүйесі бес алып планетадан басталады, оның ішінде қосымша мұз алып планетасы бар, олар орташа қозғалыс резонанстарының тізбегінде орналасқан. Күн жүйесі пайда болғаннан кейін 400 миллион жыл өткен соң резонанстық тізбек бұзылады. Мұз алыптары дискке шашырап кетудің орнына алдымен бірнеше АЕ-ге қарай көшіп шығады. Бұл дивергенттік көші-қон ақырында резонанстық қиылысқа әкеліп, планеталардың орбиталарын тұрақсыз етеді. Қосымша мұз алып Сатурнмен кездеседі және ол Юпитер орбитасына шашырап, бірнеше кездесуден кейін Күн жүйесінен шығарылады. Қалған планеталар планетазимальдық дискіні тозғанға дейін көшіп-қонуын жалғастырады, әртүрлі жерлерде шағын үлесі қалды. Нептун 28 АЕ-ге көшкенде, ол қосымша мұз алыппен гравитациялық кездесуге түседі. Нептунмен 1:2 орташа қозғалыс резонансына түскен суық белдеуден ұсталған объектілер бұл кездесу Нептунның үлкен жартылай осін сыртқа қарай жылжытқанда 44 АЕ-дегі жергілікті шоғырланған аймақта қалады. Суық белдеуге орналасқан объектілердің арасында суық белдеудің қазіргі орналасқан жерінен жақын жерден шыққан бос байланысты «көк» екілік жүйелер де бар. Егер Нептунның эксцентриситеті осы кездесу кезінде аз болса, бастапқы Ницца моделінің хаотикалық орбиталық эволюциясы болдырмайды және бастапқы суық белдеу сақталады. Нептунның көші-қонының кейінгі кезеңдерінде орташа қозғалыс резонанстарын баяу жылжыту суық белдеуден жоғары эксцентриситеттік объектілерді жойып, эксцентриситет үлестірімін шектеуге әкеледі.
The precise origins of the Kuiper belt and its complex structure are still unclear, and astronomers are awaiting the completion of several wide field survey telescopes such as Pan STARRS and the future LSST, which should reveal many currently unknown KBOs. The Kuiper belt is thought to consist of planetesimals, fragments from the original protoplanetary disc around the Sun that failed to fully coalesce into planets and instead formed into smaller bodies, the largest less than in diameter. Studies of the crater counts on Pluto and Charon revealed a scarcity of small craters suggesting that such objects formed directly as sizeable objects in the range of tens of kilometers in diameter rather than being accreted from much smaller, roughly kilometer scale bodies. Hypothetical mechanisms for the formation of these larger bodies include the gravitational collapse of clouds of pebbles concentrated between eddies in a turbulent protoplanetary disk or in streaming instabilities. These collapsing clouds may fragment, forming binaries. Modern computer simulations show the Kuiper belt to have been strongly influenced by Jupiter and Neptune, and also suggest that neither Uranus nor Neptune could have formed in their present positions, because too little primordial matter existed at that range to produce objects of such high mass. Instead, these planets are estimated to have formed closer to Jupiter. Scattering of planetesimals early in the Solar System's history would have led to migration of the orbits of the giant planets: Saturn, Uranus, and Neptune drifted outwards, whereas Jupiter drifted inwards. Eventually, the orbits shifted to the point where Jupiter and Saturn reached an exact 1:2 resonance; Jupiter orbited the Sun twice for every one Saturn orbit. The gravitational repercussions of such a resonance ultimately destabilized the orbits of Uranus and Neptune, causing them to be scattered outward onto high eccentricity orbits that crossed the primordial planetesimal disc. While Neptune's orbit was highly eccentric, its mean motion resonances overlapped and the orbits of the planetesimals evolved chaotically, allowing planetesimals to wander outward as far as Neptune's 1:2 resonance to form a dynamically cold belt of low inclination objects. Later, after its eccentricity decreased, Neptune's orbit expanded outward toward its current position. Many planetesimals were captured into and remain in resonances during this migration, others evolved onto higher inclination and lower eccentricity orbits and escaped from the resonances onto stable orbits. Many more planetesimals were scattered inward, with small fractions being captured as Jupiter trojans, as irregular satellites orbiting the giant planets, and as outer belt asteroids. The remainder were scattered outward again by Jupiter and in most cases ejected from the Solar System reducing the primordial Kuiper belt population by 99% or more. The original version of the currently most popular model, the "Nice model", reproduces many characteristics of the Kuiper belt such as the "cold" and "hot" populations, resonant objects, and a scattered disc, but it still fails to account for some of the characteristics of their distributions. The model predicts a higher average eccentricity in classical KBO orbits than is observed (0.10–0.13 versus 0.07) and its predicted inclination distribution contains too few high inclination objects. leading some to propose that the cold disc formed at its current location, representing the only truly local population of small bodies in the solar system. A recent modification of the Nice model has the Solar System begin with five giant planets, including an additional ice giant, in a chain of mean motion resonances. About 400 million years after the formation of the Solar System the resonance chain is broken. Instead of being scattered into the disc, the ice giants first migrate outward several AU. This divergent migration eventually leads to a resonance crossing, destabilizing the orbits of the planets. The extra ice giant encounters Saturn and is scattered inward onto a Jupiter crossing orbit and after a series of encounters is ejected from the Solar System. The remaining planets then continue their migration until the planetesimal disc is nearly depleted with small fractions remaining in various locations. When Neptune migrates to 28 AU, it has a gravitational encounter with the extra ice giant. Objects captured from the cold belt into the 1:2 mean motion resonance with Neptune are left behind as a local concentration at 44 AU when this encounter causes Neptune's semi major axis to jump outward. The objects deposited in the cold belt include some loosely bound 'blue' binaries originating from closer than the cold belt's current location. If Neptune's eccentricity remains small during this encounter, the chaotic evolution of orbits of the original Nice model is avoided and a primordial cold belt is preserved. In the later phases of Neptune's migration, a slow sweeping of mean motion resonances removes the higher eccentricity objects from the cold belt, truncating its eccentricity distribution.
Жерсеріктіктер
Алты ірі ТНО-ның (Эрис, Плутон, Гонггонг, Макамеке, Хаумеа және Кваоар) спутниктері бар екені белгілі, және олардың екеуінің бірнеше спутнигі бар. Койпер белдеуіндегі үлкен КБО-лардың спутниктері кішірек нысандарға қарағанда көптеп кездеседі, бұл олардың пайда болу механизмі басқаша болғанын көрсетеді. Койпер белдеуінде массалары шамалас екі нысанның бір-бірінің айналасында айналатын бинарлық жүйелер де көп. Ең танымал мысалы – Плутон-Харон бинарлық жүйесі, бірақ КБО-лардың шамамен 11 пайызы бинарлық жүйелерде бар деп есептеледі.
The six largest TNOs (Eris, Pluto, Gonggong, Makemake, Haumea and Quaoar) are all known to have satellites, and two of them have more than one. A higher percentage of the larger KBOs have satellites than the smaller objects in the Kuiper belt, suggesting that a different formation mechanism was responsible. There are also a high number of binaries (two objects close enough in mass to be orbiting "each other") in the Kuiper belt. The most notable example is the Pluto–Charon binary, but it is estimated that around 11% of KBOs exist in binaries.
Барлау
2006 жылдың 19 қаңтарында Койпер белдеуін зерттеуге арналған алғашқы ғарыш кемесі – New Horizons ұшырылды, ол Плутоннан 2015 жылдың 14 шілдесінде өтті. Плутонды айналып өтуден басқа, миссияның мақсаты – Койпер белдеуіндегі басқа да алыстағы нысандарды табу және зерттеу. 2014 жылдың 15 қазанында Хаббл телескопы үш әлеуетті нысананы ашқаны белгілі болды, оларды уақытша PT1 («әлеуетті нысана 1»), PT2 және PT3 деп атады. Нысандардың диаметрлері 30–55 км аралығында деп бағаланды; Жердегі телескоптармен көруге тым кішкентай, Күннен 43–44 а.б. қашықтықта, бұл кездесулерді 2018–2019 жылдарға жоспарлауға мүмкіндік берді. Бұл нысандарға New Horizons-тың отын қоры жеткілікті екендігіне қатысты бастапқы болжамдар сәйкесінше 100%, 7% және 97% болды. Ең қолайлы орналасқан нысан шамасы 26,8, диаметрі 30–45 км, және 2019 жылдың қаңтарында оны зерттеуге жоспарланған. Орбиталық ақпарат жеткілікті болғаннан кейін Кіші планеталар орталығы үш нысанаға ресми атаулар берді: 2014 MU (PT1), 2014 OS (PT2) және 2014 PN (PT3). 2014 жылдың күзінде төртінші нысана – 2014 MT – қосымша байқаулар нәтижесінде қарастырылмай қалды. PT2 Плутонды айналып өткенге дейін іріктеуден шығарылды. 2015 жылдың 26 тамызында бірінші нысана таңдалды («Ultima Thule» лақап атымен, кейін 486958 Arrokoth деп аталды). 2015 жылдың қазан айының соңы мен қараша айының басында траекторияны түзету жұмыстары жүргізілді, нәтижесінде 2019 жылдың қаңтарында ұшу мүмкін болды. 2016 жылдың 1 шілдесінде NASA New Horizons миссиясына нысанаға бару үшін қосымша қаржы бекітті. 2015 жылдың 2 желтоқсанында New Horizons сол кезде 1994 JR (кейін 15810 Arawn деп аталды) деп аталған нысанды алыстан анықтады. 2019 жылдың 1 қаңтарында New Horizons сәтті түрде Arrokoth-ты айналып өтті, нәтижесінде Arrokoth-тың 32 км ұзындығы және 16 км ені бар байланысқан екі дене екенін көрсететін деректер алынды. New Horizons-тағы Ralph құралы Arrokoth-тың қызыл түсін растады. Ұшу кезінде алынған деректер келесі 20 ай бойы жүктеліп түсіріледі. New Horizons үшін қосымша миссиялар жоспарланбаған, бірақ Плутонға орбитаға қайта оралуға немесе қонуға болатын миссиялардың кем дегенде екі тұжырымы зерттелді. Плутоннан тыс жерде New Horizons-пен сапарға шыға алмайтын көптеген ірі КБО нысандары бар, мысалы, кәріз планеталары Макамека және Хаумея. Жаңа миссиялар осы нысандарды егжей-тегжейлі зерттеуге және зерттеуге бағытталатын болады. Thales Alenia Space Хаумеяға орбиталық миссияның логистикасын зерттеді, оның бірнеше басқа TNO-ларды, сондай-ақ Хаумеяның сақинасын және екі серігін қамтитын соқтығыс отбасының бас денесі ретіндегі мәртебесіне байланысты ғылыми маңызы жоғары. Бас автор Джоэл Понси ғарыш кемелерінің 10–20 жыл немесе одан да аз уақыт ішінде КБО-ға жетуіне мүмкіндік беретін жаңа технологияны қолдауды ұсынды. New Horizons-тың бас зерттеушісі Алан Стерн жаңа КБО нысандарын зерттеуден бұрын Уран немесе Нептун планеталарын айналып өтуді ұсынды, осылайша Койпер белдеуін зерттеуді жалғастыруға және 1980 жылдардағы Voyager 2 миссиясынан бері алғаш рет осы мұздық алып планеталарды зерттеуге мүмкіндік береді.
On 19 January 2006, the first spacecraft to explore the Kuiper belt, New Horizons, was launched, which flew by Pluto on 14 July 2015. Beyond the Pluto flyby, the mission's goal was to locate and investigate other, farther objects in the Kuiper belt. On 15 October 2014, it was revealed that Hubble had uncovered three potential targets, provisionally designated PT1 ("potential target 1"), PT2 and PT3 by the New Horizons team. The objects' diameters were estimated to be in the 30–55 km range; too small to be seen by ground telescopes, at distances from the Sun of 43–44 AU, which would put the encounters in the 2018–2019 period. The initial estimated probabilities that these objects were reachable within New Horizons fuel budget were 100%, 7%, and 97%, respectively. ), the most favorably situated object, was magnitude 26.8, 30–45 km in diameter, and was encountered in January 2019. Once sufficient orbital information was provided, the Minor Planet Center gave official designations to the three target KBOs: 2014 MU (PT1), 2014 OS (PT2), and 2014 PN (PT3). By the fall of 2014, a possible fourth target, 2014 MT, had been eliminated by follow up observations. PT2 was out of the running before the Pluto flyby. On 26 August 2015, the first target, (nicknamed "Ultima Thule" and later named 486958 Arrokoth), was chosen. Course adjustment took place in late October and early November 2015, leading to a flyby in January 2019. On 1 July 2016, NASA approved additional funding for New Horizons to visit the object. On 2 December 2015, New Horizons detected what was then called 1994 JR (later named 15810 Arawn) from away. On 1 January 2019, New Horizons successfully flew by Arrokoth, returning data showing Arrokoth to be a contact binary 32 km long by 16 km wide. The Ralph instrument aboard New Horizons confirmed Arrokoth's red color. Data from the fly by will continue to be downloaded over the next 20 months. No follow up missions for New Horizons are planned, though at least two concepts for missions that would return to orbit or land on Pluto have been studied. Beyond Pluto, there exist many large KBOs that cannot be visited with New Horizons, such as the dwarf planets Makemake and Haumea. New missions would be tasked to explore and study these objects in detail. Thales Alenia Space has studied the logistics of an orbiter mission to Haumea, a high priority scientific target due to its status as the parent body of a collisional family that includes several other TNOs, as well as Haumea's ring and two moons. The lead author, Joel Poncy, has advocated for new technology that would allow spacecraft to reach and orbit KBOs in 10–20 years or less. New Horizons Principal Investigator Alan Stern has informally suggested missions that would flyby the planets Uranus or Neptune before visiting new KBO targets, thus furthering the exploration of the Kuiper belt while also visiting these ice giant planets for the first time since the Voyager 2 flybys in the 1980s.
Жобалау зерттеулері мен тұжырымдамалық іс-шаралар
Quaoar гелиосфералық мұрынның жанында орналасқандықтан, жұлдызаралық ортаны зерттеуге міндеттелген ғарыш зонды үшін ұшып өту нысаны ретінде қарастырылып келді; Джонс Хопкинс қолданбалы физика зертханасының Понтус Брандт және оның әріптестері 2030 жылдары Quaoar-дың басынан өтуіне арналған зондты зерттеді, содан кейін гелиосфералық мұрын арқылы жұлдызаралық ортаға қарай жол тартады. Quaoar-ға олардың қызығушылығының себебі – оның жоғалып бара жатқан метан атмосферасы және криовулканизм болуы мүмкін. Мысалы, авторлар 2039 жылы ұшырылған орбиталық миссияның 17 жылдық сапардан кейін Иксионға жете алатынын есептеді.
Quaoar has been considered as a flyby target for a probe tasked with exploring the interstellar medium, as it currently lies near the heliospheric nose; Pontus Brandt at Johns Hopkins Applied Physics Laboratory and his colleagues have studied a probe that would flyby Quaoar in the 2030s before continuing to the interstellar medium through the heliospheric nose. Among their interests in Quaoar include its likely disappearing methane atmosphere and cryovolcanism. For instance, the authors calculated that an orbiter mission could reach Ixion after 17 years cruise time if launched in 2039.
Күннен тыс Койпер белдеулері
2006 жылға қарай астрономдар Күннен басқа тоғыз жұлдыздың айналасында Құйпер белдеуіне ұқсас шаң дискілерін анықтады. Олар екі санатқа бөлінеді: радиусы 50 АЕ-ден жоғары кең белдеулер және радиусы 20 мен 30 АЕ аралығында, салыстырмалы түрде анық шекаралары бар тар белдеулер (шамамен Күн жүйесі сияқты). Басқа жұлдыздардың айналасындағы белгілі қалдық дискілердің көпшілігі жас, бірақ оң жақтағы екі сурет, 2006 жылдың қаңтарында Хаббл ғарыш телескобымен түсірілген, тұрақты күйге ену үшін жеткілікті ескі (шамамен 300 миллион жыл). Сол жақтағы сурет кең белдеудің "жоғарғы көрінісін", ал оң жақтағы сурет тар белдеудің "жақтан көрінісін" көрсетеді. Құйпер белдеуіндегі шаңның компьютерлік модельдеуі, оның жас кезінде жас жұлдыздардың айналасындағы тар сақиналарға ұқсаған болуы мүмкін екенін көрсетеді.
By 2006, astronomers had resolved dust discs thought to be Kuiper belt like structures around nine stars other than the Sun. They appear to fall into two categories: wide belts, with radii of over 50 AU, and narrow belts (tentatively like that of the Solar System) with radii of between 20 and 30 AU and relatively sharp boundaries. Most known debris discs around other stars are fairly young, but the two images on the right, taken by the Hubble Space Telescope in January 2006, are old enough (roughly 300 million years) to have settled into stable configurations. The left image is a "top view" of a wide belt, and the right image is an "edge view" of a narrow belt. Computer simulations of dust in the Kuiper belt suggest that when it was younger, it may have resembled the narrow rings seen around younger stars.