1159
Транснептуновые объекты (TNO) — это ледяные тела, сильно отличающиеся по размеру: от крупных карликовых планет, таких как Плутон и Эрида (каждая около 1500 миль в диаметре), до меньших объектов, таких как Аррокот, диаметр которого составляет всего несколько десятков миль. Эти дальние объекты вращаются вокруг Солнца на расстояниях, сравнимых или даже значительно больше орбиты Нептуна. Идея существования подобных объектов была впервые выдвинута Кеннетом Эджвортом в 1950-х годах и впоследствии расширена Жераром Койпером. Сегодня регион, в котором они находятся, известен как пояс Койпера, а TNO часто называют объектами пояса Койпера (KBO).
TNO имеют широкий спектр орбит, и их группировки отражают раннюю миграцию Урана и Нептуна, сыгравшую ключевую роль в формировании структуры Солнечной системы. Благодаря этому они содержат важные подсказки по поводу образования и эволюции нашей планетной системы. Однако чтобы раскрыть их секреты, понадобились передовые возможности космического телескопа NASA James Webb. Благодаря возможности анализировать поверхностный состав этих дальних объектов с беспрецедентной детализацией, Webb революционизирует наше понимание TNO.
Брайан Холлер и Джон Стенсберри из Института космического телескопа (STScI) в Балтиморе объясняют, как Webb меняет наши знания об этих древних ледяных мирах.
Космический телескоп Webb раскрыл неожиданные детали
James Webb получил первые спектральные данные высокого разрешения TNO, которые показали, что их поверхности содержат водяной лед, углекислый газ и сложные органические молекулы. Это открытие позволило классифицировать TNO на три разных спектральных группы, проливая свет на их историю формирования и эволюцию.
Плутон: первый открытый TNO
Плутон стал первым известным транснептуновым объектом, обнаруженным в 1930 году Клайдом Томбо в обсерватории Лоуэлла. Более чем через 60 лет, в 1992 году, астрономы Дэйв Джуитт (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе) и Джейн Лу (Массачусетский технологический институт) открыли второй известный TNO - 1992 QB1, ныне известный как Альбион. Ученые идентифицировали свыше 5000 TNO.
Орбиты этих дальних объектов являются своеобразной записью того, как гигантские планеты – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – меняли свое расположение в начале истории Солнечной системы. Компьютерное моделирование показывает, что во время миграции Уран и Нептун нарушили выходной диск TNO, выбросив многие объекты и направляя остальные на их нынешние орбиты. Астрономы классифицируют TNO по расстоянию их орбиты от Солнца, эксцентриситету (эллиптичности орбиты) и наклону относительно плоскости планет.
Особенно интересна группа TNO с «холодными классическими» орбитами — они имеют низкий наклон и эксцентриситет. Модели указывают на то, что эти объекты остались в своих первоначальных орбитах со времен ранней Солнечной системы, что делает их ценными, поскольку они являются неизменными остатками протопланетного диска. Один из таких объектов, Аррокот, был исследован с космическим аппаратом NASA New Horizons в январе 2019 года, предоставив уникальное окно в далекое прошлое Солнечной системы.
Определение происхождения TNO
Для TNO, чьи орбиты были изменены миграцией гигантских планет, трудно точно определить, где они сформировались. Однако, только исследуя их химический состав, мы можем воспроизвести состав выходного внешнего диска. TNO находятся на больших расстояниях от Солнца, что делает их очень холодными (ниже -170°C), поэтому их поверхности могут хранить информацию о исходном составе планетезималей в диске.
Webb является первым телескопом, способным предоставить подробную информацию о составе типовых TNO (диаметром менее 800 км), благодаря своей большой основной зеркальной системе и чувствительным приборам. В частности спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) впервые раскрыл их химический состав в исключительных деталях.
Определение трех спектральных классов
За первые два года научной работы Webb получил спектры более 75 TNO и впервые представил полный обзор их состава. Основной вывод программы DiSCo-TNOs — это открытие трех спектральных классов, что стало полной неожиданностью. Они названы по форме спектра в диапазоне 2,5-4 микрона:
- Чаша (Bowl-type) — доминирует водяной лед, немного углекислого газа и силикатной пыли.
- "Двойной провал" (Double-dip) - Содержит сложные органические молекулы, углекислый газ и угарный газ.
- "Вступ" (Cliff-type) содержит еще больше сложных органических веществ и углекислого газа, а также метанол (CH₃OH).
Особенностью спектра Double-dip является наличие очень чистого и обильного углекислого газа, ранее не наблюдавшегося за пределами лаборатории.
Что дальше?
Webb продолжает ежегодную программу наблюдений за TNO, с новыми и еще более интересными проектами, выбираемыми научным сообществом. В цикле 3 будут проведены изображения и спектроскопия нескольких TNO и их спутников, включая первые спектральные наблюдения «экстремальных» TNO, орбиты которых выходят далеко в межзвездное пространство. Другая программа планирует повторное наблюдение целей, исследованных в первый год работы Webb, чтобы получить более подробную информацию о материалах, способствовавших формированию TNO в протосолнечной туманности. Интересно, какие новые открытия принесет следующий год?
Авторы
Джон Стенсберри и Брайан Холлер (STScI) занимаются интерпретацией данных Webb и определением формирования TNO в ранней Солнечной системе.
