Klub Astronomiczny „Almukantarat”

Powrót do działu „Wiedza”

Obłok Oorta

Daniel Serwinowski
Perkoz, 16–19 X 2003

Oort Jan Hendrik (1900–92), astronom holenderski. Od 1935 r. był prof. uniwersytetu w Lejdzie i w latach 1945–70 dyrektorem obserwatorium astronomicznego. 1958–61 Prezes Międzynarodowej Unii Astronomicznej. W latach 1926–27 wykrył obrót Galaktyki, posługując się metodą analizy ruchów radialnych gwiazd podaną przez B. Lindblada. W 1938 opracował metodę wyznaczania gęstości przestrzennej gwiazd, a w 1950 r. — teorię pochodzenia komet.

W tym samym roku 1950, w którym Whipple wpadł na pomysł, że komety są bryłami brudnego lodu, Oort sformułował hipotezę, że na rubieżach Układu Słonecznego istnieje olbrzymi obłok komet. Tworzy on kulistą otoczkę wokół Słońca, sięgającą zapewne do odległości 50 tysięcy jednostek astronomicznych, czyli 50 tysięcy średniej odległości Ziemia–Słońce. Ten hipotetyczny magazyn komet jest nazywany obłokiem Oorta. Ma on promien 1 roku świetlnego, co równe jest odległosci 100000 jednostek astronomicznych. (1 j.a. to odległość Ziemi od Słońca). Jest to też równe 750 biliona do 1.5 tryliona km. Odległość do niego jest tak ogromna, że statek kosmiczny Voyager 2, który potrzebował 12 lat, aby dotrzeć z Ziemi do Neptuna, a obecnie opuścił już Układ Słoneczny, będzie potrzebował jeszcze 10 tysięcy lat zanim osiągnie obłok Oorta. Komet w tym obszarze poruszają się powoli po mniej więcej kołowych orbitach i potrzebują milionów lat na okrążenie Słońca, które z tej olbrzymiej odległości wygląda jak jedna z wielu gwiazd. Obłok Oorta zawiera prawdopodobnie biliony komet, ale przestrzeń jakie one zajmują, jest tak ogromna, że wydaje się nieprawdopodobne, aby ciała te zderzały się ze sobą. Obłok Oorta to prawie doskonała próżnia która pełni rolę doskonałej lodówki. Przybywają stamtąd komety, których czas obiegu jest większy niż 200 lat. Są one skierowywane do wnętrza Układu Słonecznego poprzez pobliskie gwiazdy i inne ciała znajdujące się w pobliżu.

Według nowego modelu młodego Układu Słonecznego stworzonego przez naukowców z NASA, w początkach istnienia naszego układu musiało dochodzić do licznych zderzeń pomiędzy kometami. Naukowcy sądzą, że zderzenia te przetrwały tylko „najsilniejsze” komety, których średnica przekraczała 20 km. Wyniki swych badań dr Paul Weissman i dr Alan Stern prezentują w wydanym 1 lutego numerze „Nature”. Naukowcy sądzą między innymi, że wcześniejsze modele znacznie zawyżają masę obłoku Oorta, być może nawet dziesięciokrotnie. Dokładnie badając komety różnych rozmiarów i kształtów, naukowcy opracowali model zderzeń tych obiektów. Na jego podstawie można stwierdzić, że komety o średnicy mniejszej niż 20 km musiały zostać zniszczone w tej pradawnej „wojnie na śnieżki”. Według nowego modelu, także rozmiary komet tworzących obłok Oorta są inne. Naukowcy sądzą, że mają one co najmniej dwa razy mniejsze średnice, niż zakładają dotychczasowe modele.

Schemat obłoku Oorta

Poprzednie modele opisujące obłok Oorta zakładały występowanie wzajemnych oddziaływań grawitacyjnych między zewnętrznymi planetami Układu Słonecznego, lodowymi obiektami krążącymi w tamtych rejonach i zewnętrznymi masami takimi jak gigantyczne obłoki molekularne. Nowe obliczenia pokazują, że orbity niezliczonych małych ciał zostały zakłócone powodując ich wyrzucenie na zewnątrz Układu gdzie część z nich utworzyła w przybliżeniu sferyczny obłok w odległości ponad 10 000 j.a. (ponad 1,5 miliarda kilometrów) od Słońca. W ubiegłym tygodniu Alan Stern wyjaśnił jednak w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, że w okresie formowania się planet zewnętrzne rejony Układu Słonecznego obfitowały w zbyt dużą ilość szczątków aby żaden obiekt uciekając na zewnątrz nie napotkał czegoś na swojej drodze. Według niego dochodziło wtedy do bardzo licznych kolizji ścierających na pył małe planetozymale i powodujących erozję większych obiektów.

Ucieczka ciał, które przetrwały ten okres, do obłoku Oorta była możliwa dopiero po oczyszczeniu się królestwa planet zewnętrznych ze znajdujących się tam szczątków. Konsekwencją takiego biegu wypadków jest to, że obłok Oorta tworzy znacznie mniej materii niż dotychczas zakładano. Stern i Weissman szacują masę obłoku kometarnego na równą co najwyżej kilku masom Ziemi — jedynie ułamek wcześniejszych oszacowań na poziomie 10 do 40 mas Ziemi.

Można założyć że są one resztkami, które nie zostały pochwycone w czasie tworzenia się planet zewnętrznych. Z obliczeń wynika że oddziaływanie grawitacyjne masywnego Jowisza i Saturna było tak silne, że nie wykorzystane kawałki materii, krążące w sąsiedztwie tych planet, musiały zostać wyrzucone z Układu Słonecznego. Ten sam efekt wykorzystali kontrolerzy lotu z NASA do zmiany orbity kilku statków kosmicznych, doprowadzając do ich przelotu blisko Jowisza; pole grawitacyjne planety przyśpieszyło je i skierowało ku dalszym planetom, a nawet poza Układ Słoneczny. Przypuszcza się że jedna z komet, które mogły uniknąć takiego losu, to Chejron — obiekt podobny do planetoidy, poruszający się po orbicie między Saturnem a Uranem. Ciało to zmienia sporadycznie swą jasność, co może być wywołane wybuchami gazu i pyłu. Kto wie, czy nie są to przejawy aktywności kometarnej? Jeśli Chejron jest kometą, która nigdy nie opuściła miejsca swych narodzin, to prawdziwe komety, takie jak komet Halleya, świętują swój powrót do domu, gdy zbliżają się w okolice planet. Komety te uformowały się w granicach Układu Słonecznego około 4,5 miliarda lat temu.

Schemat obłoku Oorta

Ostatnio niezależnie od siebie dwóch astronomów odkurzyło starą hipotezę, że wewnątrz Obłoku Oorta może krążyć wielki obiekt przewyższający swą masą najcięższą znaną planetę — Jowisza. Z analizy statystycznej orbit komet wynika, że właśnie on byłby odpowiedzialny za niektóre z perturbacji sprowadzających komety w nasze okolice. Masywna planeta porusza się jakoby w odległości kilkudziesięciu tysięcy promieni orbity Ziemi, a jeden jej obieg wokół Słońca trwa kilkadziesiąt milionów lat. Większość astronomów pozostaje jednak sceptyczna i twierdzi, że analizę orbit przeprowadzono w niewłaściwy sposób.

Ostatnie badania przeprowadzone przez Harold F. Levison (Southwest Research Institute, Boulder) dowodzą, że 99% z ciał, które przybywają do Układu Słonecznego z Obłoku Oorta rozpada się i przemienia się w proch. Levison wysnuł taką teorię po licznych komputerowych symulacjach, w których stworzył tysiące komet i obserwował ich ewolucję. Znając liczbę komet wprowadzonych i komet zaobserwowanych, stwierdził, że tylko znikoma ich część przetrwała. Jedno z wytłumaczeń zaproponowanych przez Levisona mówi, że komety przechodzą coś w rodzaju „szoku termicznego” i ich wewnętrzne ciśnienie rozsadza je od środka, kiedy wejdą w przestrzeń Układu Słonecznego, która jest znacznie gorętsza od stron, z których przybyły. Inną możliwością jest hipoteza, że są one po prostu dużo słabsze niż komety z Pasa Kuipera.

W 2003 roku dr Alan Stern ogłosił, że nastąpiła zmiana poglądów o kometach. Dotychczas przeważała opinia, że komety są całkowicie niezmienialnymi reliktami, które pozostają w idealnej „lodówce” nazywanej właśnie Obłokiem Oorta. Teraz jednak ogłosił, że zarówno Pas Kuipera, jak i Obłok Oorta nie są idealną próżnią Pierwszą istotną zmianą zaobserwowaną przez Sterna i naukowców z Space Studies Department in the SwRI Space Science and Engineering Division jest spadek promieniowania komet, które rozgrzane przy przelatywaniu obok planet są rozbijane przez pył kosmiczny. Kolejna hipoteza wysnuta przez Sterna brzmi, jakoby komety powstałe z materiału, który został wyrzucony podczas tworzenia się planet nie mogły być aż tak dawne. Musiały one powstać w wyniku brutalnych starć między ciałami w Pasie Kuipera. Stern twierdzi, że większość z komet, które powracają do nas po krótkim okresie (np. 3 lata) wcale nie są stare! Odkrycie to zmienia wiele w stosunku do planowanych przez NASA misji w celu zbadania komet. Muszą oni poważnie rozważyć możliwość pobrania próbek z komet w celu potwierdzenia tej hipotezy.

Schemat obłoku Oorta

Czy możliwe jest zobaczenie przez teleskop Jamesa Webba Obłoku Oorta? Niestety nie. Teleskop Jamesa Webba został zaprojektowany w celu explorowania Pasa Kuipera, który znajduje się dużo bliżej (40–50 AU) niż Obłok Oorta. Jednakże grupa pracująca z tym kosmicznym teleskopem analizuje orbity długookresowych komet, aby zobaczyć, jak szybko teleskop ten będzie w stanie śledzić komety z Obłoku Oorta. Jak wynika z wcześniejszych doświadczeń w czasie pracy teleskopu można się spodziewać przelotu 2–3 takich komet. Będzie więc okazja, aby zobaczyć i zacząć analizować owe komety.

Dlaczego astronomowie wierzą, że Obłok Oorta istnieje? Generalną ideą natury jest fakt, że niewiele procesów zachodzących w przyrodzie jest w 100% efektywna. Dlatego trudno wierzyć, aby cała materia, która uczestniczyła w tworzeniu Układu Słonecznego rzeczywiście została wykorzystana. Musi też być jakiś magazyn, z którego rokrocznie 10–20 komet wpada do środka Układu Słonecznego.

Obłok Oorta częściowo wyparowuje w czasie swojego istnienia. Podobnie jak materiały radioaktywne ma swój okres półtrwania. Jest to czas, w którym liczba komet w obłoku zmniejsza się o połowę. Komety znikają z kilku powodów. Jednym z nich jest rozbijanie się komet o Słońce bądź inne ciała niebieskie, np. planety. Drugim powodem jest fakt, że komety tracą część swojej masy podczas podróży do Układu Słonecznego. Spowodowane jest to działaniem wiatru słonecznego. Trzecim z powodów jest wyrzucenie ich z Układu Słonecznego. Może się tak stać, ponieważ komety zmieniają swoje orbity podczas działania różnorodnych perturbacji. Czas półtrwania Obłoku Oorta wynosi około 3 Gyr. Po takim czasie Obłok Oorta zmniejszy swoją masę o połowę. Jednak w obliczeniach tych nie zostały uwzględnione czynniki zewnętrzne. Np. okres półtrwania obłoku jest dużo większy niż okres życia Słońca. Co za tym idzie, podczas przechodzenia Słońca w stadium białego karła część komet wyparuje, a część zostanie wypchnięta daleko poza Układ Słoneczny. Tak prawdopodobnie zakończy swój żywot obłok Oorta.

Menu