Кіріспе

Күн жүйесінің Нептуннан тыс нысандары

Күн жүйесінің Нептуннан тыс нысандары – Күнді Нептуннан үлкен орташа қашықтықта айналатын Күн жүйесіндегі кез келген кіші планета, оның орбиталық жартылай бас осьтері 30.1 астрономиялық бірлік (а.б.) құрайды. Әдетте, транснептундық нысандар (ТНО) Кейпер белдеуінің классикалық және резонанстық объектілеріне, шашыраңқы дискке және оқшауланған нысандарға бөлінеді, ал седноидтар ең алыста орналасқандары болып табылады. 2020 жылдың қазан айына дейін кіші планеталар каталогында 678 нөмірленген және 2000-нан астам нөмірленбеген ТНО тіркелген.

Плутонның ашылуы

Әр планетаның орбитасына басқа планеталардың гравитациялық әсері шамалы өзгеріс енгізеді. 1900 жылдардың басында Уран мен Нептунның байқалған және күтілген орбиталары арасындағы айырмашылықтар Нептуннан тысқары жерде бір немесе бірнеше қосымша планеталар болуы мүмкін екенін көрсетеді. Оларды іздеу нәтижесінде 1930 жылдың ақпан айында Плутон табылды, бірақ ол бұл айырмашылықтарды түсіндіруге жеткіліксіз кішкентай болды. 1989 жылы "Вояджер-2" ғарыш кемесінің Нептуннан өтуі нәтижесінде Нептун массасының жаңадан есептелген мәні, бұл мәселенің негізсіз екенін көрсетті. Плутонды табу оңай болды, себебі ол барлық белгілі транснептундық объектілердің арасында ең жарық көрінеді. Сонымен қатар, ол көптеген басқа ірі транснептундық объектілерге қарағанда эклиптикаға көбірек жақын.

Кейінгі ашылулары

Плутон ашылғаннан кейін американдық астроном Клайд Томбо бірнеше жыл бойы осыған ұқсас объектілерді іздеуді жалғастырды, бірақ ештеңе таба алмады. Ұзақ уақыт бойы ешкім басқа ТНО-ларды іздемеді, себебі Плутон, 2006 жылдың тамызына дейін планета ретінде жіктелген, Нептуннан тыс жердегі жалғыз ірі объекті деп есептелді. Тек 1992 жылы 15760 Альбион атты екінші ТНО табылга́ннан кейін ғана мұндай объектілерді жүйелі түрде іздеу басталды. Эклиптиканың маңындағы аспанның кең жолағы суретке түсіріліп, баяу қозғалатын объектілерді анықтау үшін цифрлық түрде зерттелді. Диаметрі 50 мен 2500 километр аралығында жүздеген ТНО табылды. 2005 жылы ең ауыр ТНО – Эрис ашылды, бұл ғылыми қауымдастықтағы ірі ТНО-лардың жіктелуіне қатысты ұзаққа созылған дауды жаңартты, сондай-ақ Плутон сияқты объектілерді планета деп санауға бола ма деген мәселені көтерді. Халықаралық астрономиялық одақ Плутон мен Эристі ақырында ергежұлдыз планеталар ретінде жіктеді. 2018 жылдың желтоқсан айында "Фарут" деген атпен белгілі 2018 VG ашылғаны жарияланды. Фарут – қазірге дейін байқалған Күн жүйесіндегі ең алыс объекті және Күннен шамамен 120 а.б. қашықтықта орналасқан. Ол бір айналымды 738 жылда аяқтайды.

Жіктеу

Күннен қашықтығы және орбиталық параметрлеріне сәйкес, TNO екі үлкен топқа жіктеледі: Койпер белдеуі объектілері (KBO) және шашыраңқы диск объектілері (SDO). Оң жақтағы диаграммада белгілі транс-Нептун объектілерінің (70 а.е. дейін) планеталар мен кентаврлар орбиталарымен салыстырылып таралуы көрсетілген. Әртүрлі сыныптар әртүрлі түстермен белгіленген. Резонанстық объектілер (Нептун трояндары да оның ішінде) қызыл түспен, классикалық Койпер белдеуі объектілері көк түспен көрсетілген. Шашыраңқы диск диаграммадан тыс, оң жаққа қарай кеңейеді, орташа қашықтығы 500 а.е. (Седна) және афелиясы 1000 а.е. астам белгілі объектілер бар ((87269) 2000 OO).

КБО

Эджворт-Койпер белдеуінде Күнге орташа қашықтығы 30-ден 55 а.е.-ға дейінгі нысандар бар, олар көбінесе эклиптикадан аз бұрышпен, дерлік шеңбер тәрізді орбиталармен қозғалады. Эджворт-Койпер белдеуі нысандары Нептунмен орбиталық резонанста тұратын резонанстық транснептундық объектілерге және мұндай резонансы жоқ, Нептунның гравитациялық әсеріне ұшырамай, дерлік шеңбер орбиталармен қозғалатын, «кубевано» деп аталатын классикалық Койпер белдеуі нысандарына жіктеледі. Резонанстық кіші топтардың саны көп, олардың ішіндегі ең ірілері – 1:2 резонансы бар «твтондар» және 2:3 резонансы бар «плутиндар», олардың ең танымал мүшесі Плутонның атымен аталған. Классикалық Эджворт-Койпер белдеуіне 15760 Альбион, 50000 Кваоар және Макемаке жатады. Койпер белдеуі нысандарының тағы бір кіші классы – «шашыраңқы объектілер» (СО). Бұл нысандар резонанста болмайды, бірақ Нептунға жеткілікті жақын келіп, орбиталары уақыт өте өзгеріп отырады (мысалы, 10 миллион жыл ішінде жартылай үлкен осьі кем дегенде 1,5 а.е.-ға өзгеруі мүмкін), осылайша гравитациялық шашырауға ұшырайды. Шашыраңқы объектілерді бірдей мөлшердегі басқа транснептундық объектілерге қарағанда анықтау оңай, себебі олар Жерге жақынырақ келеді, кейбіреулерінің перигелийі 20 а.е.-ге жуық. Бірнеше шашыраңқы объектінің g жолағы бойынша абсолюттік шамасы 9-дан төмен, яғни олардың диаметрі 100 км-ден асады. Диаметрі шамамен 18 км-ден асатын r жолағы бойынша абсолюттік шамасы 12-ден үлкен 240 000 мен 830 000 аралығында шашыраңқы нысандар бар деп есептеледі. Шашыраңқы объектілердің 20 жылдан кем мерзімі бар «Юпитер отбасылық кометаларының» (JFC) пайда болуына себеп болатындығы болжанады.

ЖҚҚ

Шашыраңқы дискіде Күннен алыс орналасқан, өте эксцентрикалық және еңіс орбиталары бар объектілер кездеседі. Бұл орбиталар резонансты емес және планеталық орбиталармен қиылыспайды. Типик мысал – ең ірі белгілі ТНО, Эрис. Нептунға қатысты Тиссерланд параметріне (TN) сүйенсек, шашыраңқы дискідегі объектілерді "типик" шашыраңқы диск объектілеріне (SDO, Scattered near) TN көрсеткіші 3-тен төмен болғанда, ал TN көрсеткіші 3-тен жоғары болғанда – "ажыратылған" объектілерге (ESDO, Scattered extended) бөлуге болады. Бұған қоса, ажыратылған объектілердің уақыт бойынша орташа эксцентриситеті 0,2-ден жоғары болады. Седноидтар – бұл ажыратылған объектілердің тағы бір ерекше тобы, олардың перигелиясы соншалықты алыс орналасқандықтан, олардың орбиталарын алып планеталардың бұзылыстарымен немесе галактикалық толқындармен өзара әрекеттесу арқылы түсіндіруге болмайтыны расталған.

Өлшемін анықтау және бөлу

Кейде, үлкен (жарық) нысандар көбінесе көлбеу орбиталарда кездеседі, ал өзгермейтін жазықтықта негізінен кішкентай және әлсіз нысандар жиналады.

Белгілі нысандар

Нысанның сипаттамасы 134340 Плутон – карлик планета, алғашқы ТНО табылып, ең үлкен ТНО болып табылады. Бұл атмосферасы бар жалғыз ТНО. Бес спутниктен тұратын жүйеге ие және ол прототиптік плутино. 15760 Альбион – прототиптік кубивано, Плутоннан кейін табылған алғашқы Койпер белдеуінің нысаны. (385185) 1993 RO – Плутоннан кейін табылған келесі плутино. (15874) 1996 TL – шашыраңқы диск нысаны ретінде анықталған алғашқы нысан. 1998 WW – Плутоннан кейін табылған алғашқы екілік Койпер белдеуі нысаны. 47171 Лемпо – плутино және үштік жүйе, ұқсас мөлшердегі орталық екілік жұптан және үшінші сыртқы циркумбинарлық спутниктерден тұрады. 20000 Варуна – үлкен кубивано, жылдам айналуымен (6,3 сағат) және сопақ пішінімен танымал. 28978 Иксион – үлкен плутино, жарылғанда Койпер белдеуінің ең үлкен нысандарының бірі болып саналды. 50000 Кваоар – карлик планета және үлкен кубивано. Хаумеяға қарағанда аздап сопақ пішінді, бірақ сопақ. Бір белгілі айы – Вейвот, және екі белгілі сақинасы бар, екеуі де Рош шегінен алыс. 90377 Седна – алыс карлик планета, кеңейтілген шашыраңқы диск (E SDO), бөлінген нысандар, алыс бөлінген нысандар (DDO) немесе DES-тің ресми жіктемесінде кеңейтілген шашыраңқы деп аталатын жаңа санат үшін ұсынылған. 136472 Макамаке – карлик планета, кубивано және төртінші ірі транснептундық нысан. 136199 Эрис – карлик планета, шашыраңқы диск нысаны және қазіргі уақытта ең ауыр транснептундық нысан. Бір белгілі серігі бар – Дисномия. 612911 – өте көлбеу, бірақ дерлік дөңгелек орбитамен қозғалатын шашыраңқы диск нысаны. 225088 Гонггонг – карлик планета және табылған шашыраңқы диск нысанының екінші ірісі. Бір белгілі серігі бар – Сянлиу (528219). 2008 KV "Drac" – орбиталық еңісі i = 104° болатын алғашқы ретроградты ТНО. (471325) 2011 KT "Niku" – 110° ерекше жоғары орбиталық еңісі бар ТНО. 2012 VP – Күннен 80 АЕ перигелиясы бар седноид (Нептуннан 50 АЕ артық). 486958 Ароккот – 2019 жылы New Horizons ғарыш кемесімен кездескен екілік кубивано. 2018 VG "Farout" – Күннен тыс жерде табылған алғашқы транснептундық нысан. 2018 AG "FarFarOut" – Күннен ең алыс байқалатын транснептундық нысан.

Барлау

Нептуннан тыс нысанды басты мақсат етіп алған жалғыз миссия, 2006 жылдың қаңтар айында ұшырылған НАСА-ның New Horizons миссиясы болды. Ол 2015 жылдың шілдесінде Плутон жүйесінің жанынан және 2019 жылдың қаңтар айында 486958 Arrokoth нысанының жанынан өтті. 2011 жылы жасалған жобалық зерттеу Quaoar, Sedna, Makemake, Haumea және Eris нысандарын зерттеуге бағытталған ғарыш кемелерін қарастырды. 2019 жылы ТНО-ға (транснептундық нысандарға) жоспарланған бір миссия орбитаға түсіру және бірнеше нысанды зерттеу сценарийлері үшін жобаларды қамтыды. Жобалық зерттеуде қарастырылған ТНО нысандарының арасында 2002 UX, 1998 WW және Lempo болды. Бұл зерттеулер Кейпер белдеуі мен Оорт бұлтының байқалған немесе болжанған ерекшеліктерін түсіндіру үшін түрлі теориялық себептермен жүргізілді. Жақында New Horizons ғарыш кемесінен алынған қашықтық деректерін пайдаланып, осындай гипотезалық нысанның орнын анықтау ұсынылды. НАСА 21-ғасырда жұлдыздаралық ортаға жетуге арналған, арнайы жұлдызаралық прекурсор миссиясын іске қосуға жұмыс істеп жатыр, және осы миссия аясында Седна сияқты нысандардың жанынан ұшу да қарастырылуда. Жалпы, осындай ғарыш кемелерін зерттеу 2020 жылдары ұшыруды ұсынады, ал қолданыстағы технологияны пайдалана отырып, «Вояджерлерден» сәл жылдам жылдамдыққа қол жеткізуге тырысады.

Транс-Нептундық экстремалды нысандар

Шеткі транснептундық объектілердің арасында седноидтар классына жататын үш жоғары перигелийлік объект бар: 90377 Седна, 2012 VP және 541132 Лелеакухонуа. Олардың перигелийлері 70 а.б.-дан асатын, алысқа орналасқан, бөлініп тұрған объектілер. Олардың жоғары перигелийлері оларды Нептунның күрт әсерінен қашықтап ұстайды. Седнаның жоғары перигелийін түсіндіруге жасалған бұрынғы ұсыныстардың арасында алыс орбитадағы белгісіз планетамен жақын арадағы кездесу, сондай-ақ Күн жүйесінің жанынан өткен кездейсоқ жұлдыз немесе Күннің туған шоғырының мүшесімен алыстағы кездесу бар.