I tusentals år har astronomer sett kometer resa nära jorden och lysa upp natthimlen. Med tiden ledde dessa observationer till ett antal paradoxer. Till exempel, var kom alla dessa kometer ifrån? Och om deras ytmaterial förångas när de närmar sig solen (och bildar sina berömda glorier), måste de bildas längre bort, där de skulle ha funnits där under större delen av sin livslängd.
Med tiden ledde dessa observationer till teorin att långt bortom solen och planeterna finns det ett stort moln av isigt material och sten där de flesta av dessa kometer kommer ifrån. Denna existens av detta moln, som är känt som Oorts moln (efter dess främsta teoretiska grundare), förblir obevisad. Men från de många kort- och långtidskometer som tros ha kommit därifrån har astronomer lärt sig mycket om dess struktur och sammansättning.
Definition:
Oortmolnet är ett teoretiskt sfäriskt moln av övervägande isiga planetesimaler som tros omge solen på ett avstånd av upp till cirka 100 000 AU (2 ly). Detta placerar den i det interstellära rymden, bortom solens heliosfär där den definierar den kosmologiska gränsen mellan solsystemet och området för solens gravitationsdominans.
Som Cooper bälte och den Spridd skiva , är Oortmolnet en reservoar av trans-neptuniska föremål , även om det är över tusen gånger längre bort från vår sol som dessa andra två. Idén om ett moln av isiga infinitesimals föreslogs först 1932 av den estniske astronomen Ernst Öpik, som postulerade att långtidskometer har sitt ursprung i ett kretsande moln i den yttersta kanten av solsystemet.
År 1950 återuppstod konceptet av Jan Oort, som självständigt antog dess existens för att förklara beteendet hos långtidskometer. Även om det ännu inte har bevisats genom direkt observation, är existensen av Oortmolnet allmänt accepterad i det vetenskapliga samfundet.
Struktur och sammansättning:
Oorts moln tros sträcka sig från mellan 2 000 och 5 000 AU (0,03 och 0,08 ly) till så långt som 50 000 AU (0,79 ly) från solen, även om vissa uppskattningar placerar ytterkanten så långt som 100 000 och 200 000 Au (1,000 AU) 3.16 ly). Molnet tros bestå av två regioner – ett sfäriskt yttre Oort-moln på 20 000 – 50 000 AU (0,32 – 0,79 ly) och ett skivformat inre Oort-moln (eller Hills) på 2 000 – 20 000 AU (0,03 – 0,32 ly) .
Det yttre Oort-molnet kan ha biljoner objekt som är större än 1 km (0,62 mi), och miljarder som mäter 20 kilometer (12 mi) i diameter. Dess totala massa är inte känd, men – om man antar att Halleys komet är en typisk representation av yttre Oort Cloud-objekt – har den en sammanlagd massa på ungefär 3×1025kilogram (6,6×1025pund), eller fem jordar.
Baserat på analyser av tidigare kometer, består den stora majoriteten av Oort Cloud-objekt av isiga flyktiga ämnen - såsom vatten, metan, etan, kolmonoxid, vätecyanid och ammoniak. Uppkomsten av asteroider som tros komma från Oortmolnet har också föranlett teoretisk forskning som tyder på att populationen består av 1-2 % asteroider.
Tidigare uppskattningar placerade dess massa upp till 380 jordmassor, men förbättrad kunskap om storleksfördelningen av långtidskometer har lett till lägre uppskattningar. Massan av det inre Oortmolnet har under tiden ännu inte karakteriserats. Innehållet i både Kuiperbältet och Oortmolnet är känt som Trans-Neptunian Objects (TNOs), eftersom objekten i båda regionerna har banor som är längre bort från solen än Neptunus bana.
Ett bälte av kometer som kallas Oorts moln har en teori om att omringa solsystemet (bildkredit: NASA/JPL).
Ursprung:
Oortmolnet tros vara en rest av originalet protoplanetarisk skiva som bildades runt solen för cirka 4,6 miljarder år sedan. Den mest allmänt accepterade hypotesen är att Oortmolnets objekt till en början smälte samman mycket närmare solen som en del av samma process som bildade planeterna och mindre planeter, men att gravitationsinteraktion med unga gasjättar som Jupiter kastade ut dem i extremt lång elliptisk eller paraboliska banor.
Ny forskning av NASA antyder att ett stort antal Oorts molnobjekt är produkten av ett materialutbyte mellan solen och dess syskonstjärnor när de bildades och drev isär. Det föreslås också att många – möjligen majoriteten – av Oorts molnobjekt inte bildades i närheten av solen.
Alessandro Morbidelli från Observatoire de la Cote d'Azur har genomfört simuleringar av utvecklingen av Oort-molnet från början av solsystemet till nutid. Dessa simuleringar indikerar att gravitationsinteraktion med närliggande stjärnor och galaktiska tidvatten modifierade kometbanor för att göra dem mer cirkulära. Detta ges som en förklaring till varför det yttre Oortmolnet är nästan sfäriskt till formen medan Hills-molnet, som är starkare bundet till solen, inte har fått en sfärisk form.
En jämförelse av solsystemet och dess Oort-moln. För 70 000 år sedan passerade Scholzs stjärna och följeslagare längs vårt solsystems yttre gränser. Kredit: NASA, Michael Osadciw/University of Rochester
Nyliga studier har visat att bildandet av Oorts moln är i stort sett förenligt med hypotesen att solsystemet bildades som en del av en inbäddad klunga med 200–400 stjärnor. Dessa tidiga stjärnor spelade sannolikt en roll i molnets bildande, eftersom antalet nära stjärnpassager i klustret var mycket högre än idag, vilket ledde till mycket mer frekventa störningar.
Kometer:
Kometer tros ha två ursprungspunkter i solsystemet. De börjar som oändliga små i Oortmolnet och blir sedan kometer när passerande stjärnor slår ut några av dem ur sina banor och skickar in i en långvarig bana som tar dem in i det inre solsystemet och ut igen.
Kortperiodiska kometer har banor som varar upp till tvåhundra år medan omloppsbanor för långperiodiska kometer kan pågå i tusentals år. Medan kortperiodiska kometer tros ha dykt upp från antingen Kuiperbältet eller den spridda skivan, är den accepterade hypotesen att långperiodiska kometer har sitt ursprung i Oortmolnet. Det finns dock några undantag från denna regel.
Till exempel finns det två huvudvarianter av kortperiodiska kometer: kometer från Jupiter-familjen och kometer från Halley-familjen. Halley-familjen kometer, uppkallade efter sin prototyp ( Halleys komet ) är ovanliga genom att även om de är korta i period tros de ha sitt ursprung från Oorts moln. Baserat på deras banor, föreslås det att de en gång var kometer med långa perioder som fångades av gravitationen av en gasjätte och skickades in i det inre solsystemet.
Utvecklingen av en komet när den kretsar runt solen. Kredit: Laboratory for Atmospheric and Space Sciences/ NASA
Utforskning:
Eftersom Oorts moln är så mycket längre bort än Kuiperbältet förblev regionen outforskad och till stor del odokumenterad. Rymdsonder har ännu inte nått området för Oort-molnet, och Reser 1 – den snabbaste och längsta av de interplanetära rymdsonderna som för närvarande lämnar solsystemet – kommer sannolikt inte att ge någon information om den.
Med sin nuvarande hastighet,Reser 1kommer att nå Oorts moln om cirka 300 år, och det kommer att ta cirka 30 000 år att passera genom det. Men runt 2025 kommer sondens termoelektriska generatorer för radioisotop inte längre att leverera tillräckligt med ström för att driva något av dess vetenskapliga instrument.De andra fyra sonderna flyr för närvarande från solsystemet – Reser 2 , Pioneer 10 och elva ,och Nya horisonter – kommer också att vara icke-funktionella när de når Oorts moln.
Att utforska Oorts moln ger många svårigheter, varav de flesta beror på att det är otroligt långt från jorden. När en robotsond faktiskt kunde nå den och börja utforska området på allvar, kommer århundraden att ha passerat här på jorden. Inte bara skulle de som hade skickat ut det i första hand vara döda för länge sedan, utan mänskligheten kommer sannolikt att ha uppfunnit mycket mer sofistikerade sonder eller till och med bemannade farkoster under tiden.
Ändå kan studier utföras (och genomförs) genom att undersöka kometerna som den med jämna mellanrum spottar ut, och långdistansobservatorier kommer sannolikt att göra några intressanta upptäckter från denna region i rymden under de kommande åren. Det är ett stort moln. Vem vet vad vi kan hitta på lur där inne?
Vi har många intressanta artiklar om Oorts moln och solsystem för universum idag. Här är en artikel om hur stort solsystemet är, och en på solsystemets diameter . Och här är allt du behöver veta om Halleys komet och Bortom Plut eller.
Du kanske också vill kolla in den här artikeln från NASA på Oorts moln och en från University of Michigan på kometernas ursprung .
Glöm inte att ta en titt på podden från Astronomy Cast. Avsnitt 64: Pluto and the Icy Outer Solar System och Avsnitt 292: The Oort Cloud .
Referens:
NASA Solar System Exploration: Kuiper Belt & Oort Cloud