По мере того как телескопы нового поколения изучают этот внешний рубеж, астрономы готовятся к открытиям, которые могут выявить скрытые планеты, странные структуры и дать ключ к пониманию хаотичной молодости Солнечной системы. 
Фотография: NASA/SOFIA/Lynette Cook Сохранить эту историю Сохранить эту историю
За орбитой Нептуна простирается обширное кольцо древних реликвий, динамических загадок и, возможно, скрытой планеты — или двух.
Пояс Койпера, область замерзших обломков, расположенная примерно в 30-50 раз дальше от Солнца, чем Земля, а возможно, и дальше, хотя никто точно не знает, окутана тайной с тех пор, как впервые появилась на горизонте в 1990-х годах.
За последние 30 лет астрономы каталогизировали около 4000 объектов пояса Койпера (KBO), включая небольшое количество карликовых миров, ледяных комет и остатков планет. Но ожидается, что в ближайшие годы это число увеличится в десять раз по мере поступления данных с более совершенных телескопов. В частности, обсерватория имени Веры К. Рубин в Чили осветит этот туманный регион в рамках своего флагманского проекта «Наследие космоса и времени» (LSST), который начал работу в прошлом году. Другие обсерватории следующего поколения, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), также помогут сфокусироваться на поясе.
«За пределами Нептуна у нас есть своего рода перепись того, что находится в Солнечной системе, но это лишь фрагментарные исследования, и в них остается много места для объектов, которые могли там находиться, но были упущены», — говорит Рену Малхотра, научный сотрудник и профессор планетологии имени Луизы Фукар Маршалл в Университете Аризоны.
«Я думаю, что Рубин собирается сделать очень важное — заполнить пробелы в наших знаниях о содержимом Солнечной системы», — добавляет она. «Это значительно продвинет нашу перепись населения и наши знания о содержимом Солнечной системы».
В результате астрономы готовятся к потоку открытий на этом новом рубеже, которые могут пролить свет на множество нерешенных вопросов. Скрыты ли новые планеты в поясе астероидов или таятся за его пределами? Насколько далеко простирается этот регион? И есть ли следы катастрофических прошлых столкновений между мирами — как собственными, так и пришедшими из межзвездного пространства — запечатленные в этой в основном нетронутой коллекции объектов из далекого прошлого?
«Я думаю, что благодаря LSST эта область очень скоро станет очень востребованной», — говорит Амир Сирадж, аспирант Принстонского университета, изучающий пояс Койпера.
Пояс Койпера — это кладбище разрозненных планет, которые были рассеяны далеко от Солнца во время сумбурного зарождения Солнечной системы около 4,6 миллиарда лет назад. Плутон был первым объектом пояса Койпера, который был обнаружен, более чем за полвека до открытия самого пояса.
Начиная с 1990-х годов, астрономы обнаружили в поясе еще несколько карликовых планет, таких как Эрис и Седна, а также тысячи более мелких объектов. Хотя пояс Койпера не является полностью статичным, он, по большей части, представляет собой неповрежденную капсулу времени ранней Солнечной системы, из которой можно извлечь информацию о формировании планет.
Например, в поясе содержатся странные структуры, которые могут быть признаками прошлых столкновений гигантских планет, включая одно конкретное скопление объектов, известное как «ядро», расположенное на расстоянии около 44 астрономических единиц (а.е.), где одна а.е. — это расстояние между Землей и Солнцем (около 93 миллионов миль).
Хотя происхождение этого ядра до сих пор не объяснено, одна из популярных гипотез заключается в том, что составляющие его объекты — известные как холодные классические объекты — были унесены ветром в результате миграции Нептуна по Солнечной системе более 4 миллиардов лет назад, которая, возможно, была неровной.
Идея заключается в том, что «Нептун был слегка сотрясен остальными газовыми гигантами и совершил небольшой скачок; это называется сценарием «скачущего Нептуна»», — говорит Уэс Фрейзер, астроном из Доминионской астрофизической обсерватории Национального исследовательского совета Канады, изучающий пояс Койпера, отмечая, что эта идея принадлежит астроному Дэвиду Несворному.
«Представьте себе снегоуборочную машину, едущую по шоссе и поднимающую плуг. Она оставляет за собой комок снега», — добавляет он. «Подобная идея лежит в основе создания этого комка холодной классики. В этом и заключается суть».
Иными словами, Нептун тянул эти объекты за собой по мере своего перемещения наружу, но затем ослабил свою гравитационную хватку, когда совершил «прыжок», оставив их оседать в поясе Койпера в характерном, выточенном Нептуном, узоре ядра, который сохранился до наших дней.
В прошлом году Сирадж и его научные руководители из Принстона приступили к поиску других скрытых структур в поясе Койпера с помощью нового алгоритма, который проанализировал 1650 объектов пояса Койпера — примерно в 10 раз больше, чем в исследовании 2011 года, проведенном Жан-Робером Пети, которое впервые идентифицировало ядро пояса.
Результаты последовательно подтвердили наличие исходного ядра, а также выявили, возможно, новое «внутреннее ядро», расположенное примерно на расстоянии 43 астрономических единиц, хотя, согласно исследованию команды, проведенному в 2025 году, для подтверждения этого вывода необходимы дополнительные исследования.
«По сути, на расстоянии 43 и 44 астрономических единиц находятся два скопления», — объясняет Сирадж. «Неясно, являются ли они частью одной и той же структуры», но «в любом случае, это еще одна подсказка о возможной миграции Нептуна или каком-то другом процессе, который сформировал эти скопления».
По мере того, как телескоп Рубина и другие телескопы откроют в ближайшие годы еще тысячи объектов пояса Койпера, природа и возможное происхождение этих загадочных структур в поясе могут стать более ясными, потенциально открывая новые горизонты в изучении бурного происхождения нашей Солнечной системы.
Помимо реконструкции ранней жизни известных планет, астрономы, изучающие пояс Койпера, стремятся обнаружить неизвестные планеты. Самый известный пример — гипотетический гигантский мир, известный как Планета Девять или Планета X, впервые предложенный в 2016 году. Некоторые ученые предположили, что гравитационное влияние этой планеты, если оно существует, может объяснить странно сгруппированные орбиты в поясе Койпера, хотя этот гипотетический мир находился бы далеко за пределами пояса, на расстоянии нескольких сотен астрономических единиц.
Сирадж и его коллеги также предполагали возможность существования мира размером с Меркурий или Марс, получившего название Планета Y, который может находиться ближе к поясу астероидов, на расстоянии около 80–200 астрономических единиц, согласно их исследованию 2025 года. Рубин способен обнаруживать эти гипотетические миры, хотя предсказать свойства планет, скрывающихся так далеко от Солнца, может быть непросто.
«Мы ничего не знаем об атмосферах и поверхностях газовых или ледяных гигантов на расстоянии 200, 300 или 400 астрономических единиц, — говорит Фрейзер. — Мы ничего не знаем об их химическом составе. Каждый раз, когда мы изучаем экзопланету, она ведет себя иначе, чем предсказывают наши модели».
«Я думаю, что Планета Девять вполне может оказаться просто темным шаром из смолы, настолько темным, что мы его не видим, и поэтому его до сих пор не обнаружили», — добавляет он. «Если бы мы его нашли, я бы не слишком удивился. А кто знает, как бы выглядела Земля [в поясе астероидов]? Конечно, ее состав будет отличаться от состава Марса, Земли или Венеры во внутренней части Солнечной системы».
Такие обсерватории, как «Рубин» и JWST, могут заполнить эти интригующие пробелы в наших знаниях о поясе Койпера и, возможно, обнаружить скрытые планеты. Но даже если эти телескопы покажут отсутствие планет, это будет прорывом.
«Есть большой потенциал для обнаружения крупных тел, — говорит Малхотра. — Это было бы потрясающе, но если мы ничего не найдем, это тоже о чем-то нам скажет».
«Если бы их не обнаружили на некотором расстоянии, это позволило бы нам оценить, насколько эффективным или неэффективным был процесс формирования планет», — добавляет она. «Это заполнило бы некоторые неопределенности, которые есть в наших моделях».
Ещё один важный открытый вопрос о поясе Койпера — это протяженность его границ. Пояс резко сужается примерно на расстоянии 50 астрономических единиц, образуя так называемый обрыв Койпера. Это загадочная особенность, поскольку она предполагает, что в нашей Солнечной системе пояс обломков аномально мал по сравнению с другими системами.
«Солнечная система выглядит довольно странно, — говорит Фрейзер. — Обрыв Койпера — это довольно четкая граница. За его пределами у нас нет никаких доказательств существования диска из вещества. И все же, если посмотреть на другие звездные системы, имеющие диски из обломков, подавляющее большинство из них значительно больше».
«Если бы мы обнаружили диск из обломков, скажем, на расстоянии 100 астрономических единиц, это сразу бы сделало Солнечную систему не странной, а вполне обычной», — отмечает он.
В 2024 году Фрейзер и его коллеги представили намеки на возможное существование неоткрытой популяции объектов на расстоянии около 100 астрономических единиц — хотя он подчеркивает, что это лишь кандидаты на обнаружение, и их существование в качестве скрытого внешнего кольца еще не подтверждено.
Однако даже Рубин, возможно, не сможет обнаружить крошечные и далёкие объекты, которые могли бы представлять собой новую внешнюю границу пояса Койпера. Время покажет.
Пока астрономы готовятся к этому важному шагу в развитии нашего понимания пояса Койпера, ответы на некоторые из наших самых фундаментальных вопросов остаются под вопросом. Этот регион, обладающий безупречной летописью ранней Солнечной системы, хранит тайны далекого прошлого. Здесь, вероятно, нет драконов, но вполне могут быть скрытые планеты, внеземные структуры и открытия, которые еще не были придуманы.
«Главный вопрос, пожалуй, в том, что же находится за пределами нашего мира? — говорит Малхотра. — Чего нам не хватает?»
Источник: www.wired.com
