Введение

Объекты Солнечной системы за пределами Нептуна

Транснептуновый объект (TNO), также называемый транснептуновым объектом, – это любая малая планета в Солнечной системе, орбита которой проходит на большем среднем расстоянии от Солнца, чем у Нептуна, имеющего большую полуось орбиты 30,1 астрономической единицы (а.е.). Как правило, TNO подразделяются на классические и резонансные объекты пояса Койпера, объекты рассеянного диска и обособленные объекты, причём седноиды являются самыми удалёнными из них. По состоянию на октябрь 2020 года каталог малых планет содержит 678 пронумерованных и более 2000 непронумерованных TNO.

Открытие Плутона

На орбиту каждой из планет оказывают незначительное гравитационное влияние другие планеты. Расхождения в начале 1900-х годов между наблюдаемыми и расчетными орбитами Урана и Нептуна указывали на существование одной или нескольких планет за Нептуном. Поиски этих планет привели к открытию Плутона в феврале 1930 года, однако его размеров оказалось недостаточно для объяснения этих расхождений. Пересмотренные оценки массы Нептуна, полученные в 1989 году в ходе пролета космического аппарата "Вояджер-2", показали, что проблема была мнимой. Плутон было легче обнаружить, поскольку он обладает наибольшей звездной величиной среди всех известных транснептуновых объектов. Кроме того, его плоскость орбиты имеет меньший наклон к эклиптике, чем у большинства других крупных ТНО.

Последующие открытия

После открытия Плутона американский астроном Клайд Томбо продолжал в течение нескольких лет искать подобные объекты, но не обнаружил ни одного. Долгое время никто не искал другие ТНО, поскольку общепринято считалось, что Плутон, который до августа 2006 года классифицировался как планета, был единственным крупным объектом за пределами Нептуна. Только после открытия в 1992 году второго ТНО, 15760 Альбиона, начались систематические поиски подобных объектов. Широкая полоса неба вокруг эклиптики была сфотографирована и подвергнута цифровой обработке для выявления медленно движущихся объектов. Были обнаружены сотни ТНО диаметром от 50 до 2500 километров. Эрида, самый массивный ТНО, была открыта в 2005 году, что вновь подняло давний спор в научном сообществе о классификации крупных ТНО и о том, можно ли считать объекты, подобные Плутону, планетами. В конечном итоге Плутон и Эрида были классифицированы как карликовые планеты Международным астрономическим союзом. В декабре 2018 года было объявлено об открытии 2018 VG, получившего прозвище "Farout". Farout – самый удалённый из наблюдаемых объектов Солнечной системы, находящийся на расстоянии около 120 а.е. от Солнца. Для совершения одного оборота вокруг Солнца ему требуется 738 лет.

Классификация

В зависимости от их расстояния от Солнца и орбитальных параметров, ТНО классифицируются на две большие группы: объекты пояса Койпера (KBO) и объекты рассеянного диска (SDO). Диаграмма справа иллюстрирует распределение известных транснептуновых объектов (до 70 а.е.) относительно орбит планет и кентавров в качестве справки. Различные классы представлены разными цветами. Резонансные объекты (включая троянские объекты Нептуна) изображены красным цветом, а классические объекты пояса Койпера – синим. Рассеянный диск простирается вправо, далеко за пределы диаграммы, с известными объектами, имеющими средние расстояния более 500 а.е. (Sedna) и афелии более 1000 а.е. ((87269) 2000 OO).

КБО

Пояс Эджворта-Куйпера содержит объекты со средним расстоянием от Солнца от 30 до приблизительно 55 а.е., обычно имеющие почти круговые орбиты с небольшим наклоном к эклиптике. Объекты пояса Эджворта-Куйпера классифицируются на резонансные транснептуновые объекты, находящиеся в орбитальном резонансе с Нептуном, и классические объекты пояса Куйпера, также называемые "кубевано", которые не имеют такого резонанса и движутся по почти круговым орбитам, не испытывая возмущений от Нептуна. Существует множество резонансных подгрупп, крупнейшими из которых являются тватины (1:2 резонанс) и плутины (2:3 резонанс), названные в честь своих наиболее известных представителей, Плутона. К классическим объектам пояса Эджворта-Куйпера относятся 15760 Альбион, 50000 Кваоар и Макемаке. Другой подкласс объектов пояса Куйпера – так называемые рассеянные объекты (SO). Это нерезонансные объекты, которые достаточно приближаются к Нептуну, чтобы их орбиты периодически изменялись (например, вызывая изменения большой полуоси не менее 1,5 а.е. за 10 миллионов лет) и, таким образом, подвергаются гравитационному рассеянию. Рассеянные объекты легче обнаруживать, чем другие транснептуновые объекты того же размера, поскольку они приближаются к Земле, некоторые из них имеют перигелий около 20 а.е. Известно несколько объектов с абсолютной звездной величиной в полосе g ниже 9, что означает, что их диаметр превышает 100 км. По оценкам, существует от 240 000 до 830 000 рассеянных объектов больше абсолютной звездной величины 12 в полосе r, что соответствует диаметрам более 18 км. Предполагается, что рассеянные объекты являются источником так называемых комет семейства Юпитера (JFC), период обращения которых составляет менее 20 лет.

СДО

Рассеянный диск содержит объекты, расположенные на большем расстоянии от Солнца, с сильно эксцентричными и наклоненными орбитами. Эти орбиты не являются резонансными и не пересекают орбиты планет. Типичным примером является самый массивный из известных транснептуновых объектов (ТНО), Эрида. На основе параметра Тиссерана относительно Нептуна (TN), объекты рассеянного диска можно дополнительно разделить на "типичные" объекты рассеянного диска (SDO, Scattered near) с TN менее 3, и на обособленные объекты (ESDO, Scattered extended) с TN больше 3. Кроме того, обособленные объекты имеют средневременную эксцентричность более 0,2. Седноиды – это еще более экстремальная подгруппа обособленных объектов, перигелии которых настолько удалены, что подтверждено, что их орбиты нельзя объяснить возмущениями от гигантских планет или взаимодействием с галактическими приливами.

Определение размера и распределение

Характерно, что крупные (яркие) объекты обычно движутся по наклонным орбитам, в то время как неизменная плоскость объединяет преимущественно мелкие и слабые объекты.

Примечательные объекты

Описание объекта 134340 Плутон – карликовая планета, первая открытая ТНО и самая большая из известных. Это единственный известный ТНО, обладающий атмосферой. Имеет систему из пяти спутников и является прототипом плутино. 15760 Альбион – прототип кубивано, первый объект пояса Койпера, обнаруженный после Плутона. (385185) 1993 RO – следующий плутино, обнаруженный после Плутона. (15874) 1996 TL – первый объект, идентифицированный как объект рассеянного диска. 1998 WW – первый бинарный объект пояса Койпера, обнаруженный после Плутона. 47171 Лемпо – плутино и тройная система, состоящая из центральной двойной пары схожего размера и третьего внешнего циркумбинарного спутника. 20000 Варуна – крупный кубивано, известный своим быстрым вращением (6,3 ч) и вытянутой формой. 28978 Иксион – крупный плутино, при открытии считался одним из крупнейших объектов пояса Койпера. 50000 Кваоар – карликовая планета и крупный кубивано. Имеет вытянутую форму, хотя и менее вытянутую, чем у Хаумеи. Имеет один известный спутник, Вейвот, и два известных кольца, находящихся далеко за пределами границы Роша. 90377 Седна – далёкая карликовая планета, предложенная для новой категории, названной расширенным рассеянным диском (E SDO), отсоединенными объектами, далёкими отсоединенными объектами (DDO) или рассеянными расширенными объектами в официальной классификации DES. 136472 Макемаке – карликовая планета, кубивано и четвёртый по величине известный транснептуновый объект. 136199 Эрида – карликовая планета, объект рассеянного диска и в настоящее время самый массивный из известных транснептуновых объектов. Имеет один известный спутник, Дисномия. 612911 – объект рассеянного диска, движущийся по сильно наклоненной, но почти круговой орбите. 225088 Гонггонг – карликовая планета и второй по величине обнаруженный объект рассеянного диска. Имеет один известный спутник, Сянлю (528219). 2008 KV "Drac" – первый ретроградный ТНО, с орбитальным наклоном i = 104°. (471325) 2011 KT "Нику" – ТНО с необычно высоким орбитальным наклоном 110°. 2012 VP – седноид с большим перигелием 80 а.е. от Солнца (50 а.е. за Нептуном). 486958 Аррокот – контактная двойная кубическая система, исследованная космическим аппаратом New Horizons в 2019 году. 2018 VG "Farout" – первый транснептуновый объект, обнаруженный, находясь за пределами орбиты Солнца. 2018 AG "FarFarOut" – самый далёкий наблюдаемый транснептуновый объект от Солнца.

Разведка

Единственной миссией на сегодняшний день, основной целью которой был транснептуновый объект, является «Новые горизонты» НАСА, запущенная в январе 2006 года, пролетевшая мимо системы Плутона в июле 2015 года и 486958 Аррокот в январе 2019 года. В 2011 году в рамках проектного исследования рассматривался облет космическим аппаратом таких объектов, как Кваоар, Седна, Макемаке, Хаумеа и Эрида. В 2019 году один из проектов миссии к ТНО включал варианты орбитального захвата и посещения нескольких целей. Среди ТНО, которые рассматривались в рамках проектного исследования, были 2002 UX, 1998 WW и Лемпо, для объяснения различных теоретических аспектов наблюдаемых или предполагаемых особенностей пояса Койпера и облака Оорта. Недавно было предложено использовать данные о дальности, полученные с космического аппарата «Новые горизонты», для уточнения положения гипотетического тела. НАСА работает над созданием специального межзвездного зонда в XXI веке, предназначенного для достижения межзвездной среды, и в рамках этой работы рассматривается возможность пролета мимо таких объектов, как Седна. В целом, подобные проектные исследования предполагают запуск в 2020-х годах и попытку достичь скорости немного выше, чем у аппаратов «Вояджер», используя существующие технологии.

Экстремальные транснептуновые объекты

Среди экстремальных транснептуновых объектов выделяются три объекта с высоким перигелием, классифицируемые как седноиды: 90377 Седна, 2012 VP и 541132 Лелеакухонуа. Это удалённые объекты, не связанные гравитационно, с перигелием более 70 а.е. Их высокое значение перигелия обеспечивает им достаточное расстояние, чтобы избежать существенных гравитационных возмущений со стороны Нептуна. Ранее выдвигались объяснения высокого перигелия Седны, такие как близкое прохождение мимо неизвестной планеты на далёкой орбите, а также далёкое столкновение со случайной звездой или с членом звёздного скопления, в котором сформировалось Солнце, пролетевшим вблизи Солнечной системы.