Рассеянный Диск

Рассеянный диск — удалённый регион Солнечной системы, слабо заселённый малыми телами, в основном состоящими изо льда. Такие тела называют объектами рассеянного диска (SDO^*, scattered disc object), они относятся к подмножеству большого семейства транснептуновых объектов (ТНО). Внутренняя область рассеянного диска частично перекрывается с поясом Койпера, а его внешняя граница, по сравнению с ним, пролегает гораздо дальше от Солнца и гораздо выше и ниже плоскости эклиптики.

* Ввиду отсутствия общепринятого русскоязычного сокращения далее будет использоваться сокращение от английского термина

Формирование

Происхождение рассеянного диска остаётся до сих пор невыясненным, хотя среди астрономов преобладает мнение, что он сформировался, когда объекты пояса Койпера были «рассеяны» за счёт гравитационного взаимодействия с внешними планетами, главным образом Нептуном, приобретя большие эксцентриситеты и наклонения орбит. В то время как пояс Койпера — относительно круглый и плоский «бублик», располагающийся на участке от 30 до 44 а. е. с принадлежащими ему объектами, находящимися на автономных круговых орбитах (кьюбивано) или слегка эллиптических резонансных орбитах (2:3 — плутино, и 1:2), рассеянный диск в сравнении с ним — гораздо более непостоянная среда. Объекты рассеянного диска часто могут, как в случае с Эридой, путешествовать «по вертикали» почти на такие же расстояния, как и «по горизонтали». Моделирование показывает, что орбиты объектов рассеянного диска могут быть блуждающими и нестабильными и что дальнейшая судьба этих объектов — постоянно выбрасываться из середины Солнечной системы в облако Оорта или ещё дальше.

Существует предположение, что кентавры могут быть просто объектами, подобными объектам рассеянного диска, которые были «выброшены» из пояса Койпера не наружу, а внутрь, и сделались «цис-нептуновыми» объектами рассеянного диска. В самом деле, некоторые объекты, подобные (29981) 1999 TD₁₀, размывают границу между этими двумя семействами, разделёнными орбитой Нептуна, и Центр малых планет (MPC) сейчас относит кентавры и объекты рассеянного диска к одной категории.^[1] Осознавая размывание классификации, некоторые учёные используют термин «рассеянный объект пояса Койпера» как единый термин для обоих типов — кентавров и тел рассеянного диска.

Хотя ТНО 90377 Седна официально относится к SDO по классификации MPC, её первооткрыватель Майкл Браун высказал мнение, что Седну следует скорее отнести к внутренней части облака Оорта, а не к рассеянному диску, поскольку величина её перигелия в 76 а. е. слишком велика, чтобы этот объект испытывал заметное притяжение со стороны внешних планет.^[2] Такое рассуждение ведёт к тому, что отсутствие гравитационного взаимодействия с внешними планетами исключает ТНО из группы объектов рассеянного диска, определяя таким образом внешнюю границу рассеянного диска где-то между Седной и более традиционными SDO, подобными Эриде. Если Седна за пределами рассеянного диска, она не может быть уникальной; 2000 CR₁₀₅, который был открыт раньше Седны, также может быть объектом внутренней части облака Оорта или же, что более вероятно, переходным объектом между рассеянным диском и внутренней частью облака Оорта.

Такие объекты, относимые к «отделённым» объектам (detached SDO), имеют орбиты, которые не могли образоваться из-за влияния Нептуна. Вместо этого предлагается большое количество объяснений, включая близкий проход другой звезды^[3] или удалённого объекта размера планеты^[4].

Орбиты

Рассеянный диск и объекты пояса Койпера.

Первым объектом, признанным SDO, был (15874) 1996 TL₆₆, впервые идентифицированный в 1996 году астрономами обсерватории Мауна-Кеа. Первым открытым объектом, в настоящее время классифицируемым как SDO, является (48639) 1995 TL₈, обнаруженный Spacewatch.

Диаграмма справа показывает орбиты всех известных объектов рассеянного диска до 100 а. е. вместе с объектами пояса Койпера (показаны серым) и резонансные объекты (зелёные). По горизонтальной оси — размер большой полуоси орбиты. Эксцентриситет орбит представлен отрезками (от перигелия до афелия) с наклонениями, представленными положением отрезка на вертикальной оси).

Перигелий

Обычно рассеянные объекты характеризуются орбитами со средним и высоким эксцентриситетом, но их перигелий составляет не менее 35 а. е., не испытывая прямого влияния Нептуна (красные отрезки). Плутино (серые отрезки для Плутона и Оркуса) так же, как резонансные объекты с резонансом 2:5 (зелёные), могут проходить ближе к Нептуну, поскольку их орбиты защищены резонансом. Условие перигелий > 35 а. е. — одна из определяющих характеристик объектов рассеянного диска.

Экстремалы

В рассеянном диске экстремальный эксцентриситет и большое наклонение орбит является нормой, а круговые орбиты, наоборот, являются исключением. Некоторые необычные орбиты на рисунке отмечены жёлтым.

• 1999 TD₁₀ имеет орбиту с экстремальным эксцентриситетом (~0,9), из-за чего его перигелий находится ближе орбиты Сатурна. Учитывая это обстоятельство, объект можно квалифицировать как относящийся к кентаврам.
• 2002 XU₉₃ — в настоящее время объект с наибольшим наклонением (~78°) в рассеянном диске.
• 2004 XR₁₉₀ имеет нетипичную, близкую к круговой (короткий жёлтый сегмент) орбиту, однако имеет высокое наклонение.

Есть ли порядок в хаосе?

Резонансные объекты (показаны зелёным), не считаются членами рассеянного диска. Однако меньшие резонансы тоже заселены и компьютерное моделирование показывает, что многие объекты могут быть на самом деле в слабом резонансе с большим порядком (6:11, 4:9, 3:7, 5:12, 3:8, 2:7, 1:4). Цитируя слова одного из исследователей^[5]: рассеянный диск может быть не таким и рассеянным.

Сравнение объектов рассеянного диска и классических объектов

Объекты рассеянного диска в сравнении с классическими объектами.

Вставки на диаграмме справа сравнивают эксцентриситеты и наклонения объектов рассеянного диска с кьюбивано. Каждый маленький закрашенный квадрат отображает количество объектов в процентном отношении в заданном диапазоне эксцентриситетов e и наклонений i.^[6] Относительное количество объектов в квадрате представлено картографическими цветами высот^[7] (от малого количества, обозначенного зелёными долинами, до коричневых вершин).

Эти две популяции очень сильно различаются: более 30 % всех кьюбивано имеют малое наклонение, близкие к круговым орбиты («пик» в левом нижнем углу) и максимум эксцентриситетов на 0,25. Рассеянные объекты, напротив, как следует из названия, рассеяны. Большинство известной популяции имеют эксцентриситет в диапазоне 0,25—0,55. Два локальных пика соответствуют e в диапазоне 0,25—0,35, наклонению 15—20°, и e в диапазоне 0,5—0,55, низкому i<10° соответственно. Обособленные экстремальные орбиты отображены зелёным. Характерно, что не известно объектов рассеянного диска с эксцентриситетом менее 0,3 (за исключением 2004 XR₁₉₀).

Эксцентриситет в большей мере, чем наклонение орбиты, является отличительным атрибутом семейства объектов рассеянного диска.

Графики орбит

Проекции орбит.

Графики слева в более традиционном виде представляют виды с полюса и эклиптики (спрямлённых) орбит объектов рассеянного диска^[8] (чёрные) на фоне кьюбивано (голубые) и резонансных (2:5) объектов (зелёные). Как ещё не классифицированные, объекты в диапазоне 50—100 а. е. нарисованы серым.^[9]

Жирное синее кольцо является не художественным отображением, а реальными графиками сотен перекрывающихся орбит классических объектов, полностью оправдывая название «пояс» (классические или кьюбивано). Наименьший перигелий, упоминавшийся выше, иллюстрируется красным кругом. В отличие от SDO, резонансные объекты достигают орбиты Нептуна (жёлтая).

На виде со стороны эклиптики, дуги отображают те же наименьший перигелий^[10] в 35 а. е. (красный) и орбиту Нептуна (~30 а. е., жёлтая). Как показывает этот вид, само по себе наклонение не позволяет отличить SDO от классических объектов. Вместо этого, эксцентриситет является отличительным атрибутом (длинные отрезки к афелию).

Отделённые объекты, или расширенный рассеянный диск?

Распределение рассеянных и отделённых объектов. Заметьте, что расположение на диаграмме представляет большую полуось орбиты (среднее расстояние до Солнца), а не текущее положение объекта. Седна сейчас на самом деле ближе, чем Эрида.

Недавно открытые объекты 2000 CR₁₀₅ и 2004 VN₁₁₂ с перигелием, слишком далёким от Нептуна, чтобы он мог оказывать на них влияние, привели к дискуссии среди астрономов о новом подмножестве малых планет, называемом Расширенный рассеянный диск — Extended scattered disc (E-SDO)^[11]. Впоследствии эти объекты стали называть отделёнными объектами — detached objects^[12], или Distant Detached Objects (DDO)^[4].

Классификация, предложенная командой Deep Ecliptic Survey, вносит формальное разграничение между ближними рассеянными объектами (которые были рассеяны за счёт взаимодействия с Нептуном) и расширенными рассеянными объектами (таких как Седна), используя значение критерия Тиссерана, равное 3.^[13]

Диаграмма показывает все хорошо известные рассеянные и отделённые объекты вместе с крупнейшими объектами пояса Койпера для сравнения. Очень большой эксцентриситет Седны и (87269) 2000 OO₆₇ частично показан красными отрезками, исходящими из перигелия и заканчивающимися в афелии, который находится за пределами рисунка (>900 а. е. и >1020 а. е. соответственно).

Примечательные SDO

Список примечательных SDO

Постоянное наменование	Условное наименование	Абсолютная звёздная величина	Альбедо	Экваториальный диаметр (км)	Большая полуось орбиты (а. е.)	Дата открытия	Первооткрыватель	Способ измерения диаметра
Эрида	2003 UB313	−1,12	0,86 ± 0,07	2400 ± 100	67,7	2003	M. Brown, C. Trujillo & D. Rabinowitz	прямой[14]
Седна	2003 VB12	1,6		1180—1800	525,606	2003	M. Brown, C. Trujillo & D. Rabinowitz
	2004 XR190	4,5		500—1000	57,5	2004	L. Allen
15874	1996 TL66	5,4	0,10?	~630	82,9	1996	D. Jewitt, J. Luu & J. Chen	термальный
48639	1995 TL8	5,28 и 7,0 (двойной объект)	0,09 (предположительно)	~350 и ~160	52,2	1995	Spacewatch (A. Gleason)	предполагаемое альбедо

Примечания

1. ↑ List Of Centaurs and Scattered-Disk Objects at the IAU: Minor Planet Center
2. ↑ Sedna at www.gps.caltech.edu
3. ↑ Alessandro Morbidelli and Harold F. Levison Scenarios for the Origin of the Orbits of the Trans-Neptunian Objects 2000 CR105 and 2003 VB12 The Astronomical Journal, (2004) 128, pp 2564—2576. Preprint
4. ↑ ^{1 2} Rodney S. Gomes, John J. Matese, and Jack J. Lissauer A Distant Planetary-Mass Solar Companion May Have Produced Distant Detached Objects To appear in Icarus (2006). Preprint
5. ↑ Hahn J., Malhotra R. Neptune’s migration into a stirred-up Kuiper Belt The Astronomical Journal, 130, pp. 2392—2414, Nov. 2005. Full text on arXiv.
6. ↑ Близкие к круговым орбиты занимают первую колонку (e<0,05), и орбиты с наименьшим наклонением (i<5°) занимают нижнюю строку, квадраты в нижнем левом углу представляют количество близких к круговым и слабо наклонённых орбит.
7. ↑ Зелёный квадрат означает одиночный объект в этом диапазоне.
8. ↑ Для классификации орбит был использован Minor Planet Circular 2005-X77 Distant Minor planets. Более новые данные могут быть найдены в MPC 2006-D28.
9. ↑ Примерно половина известных орбит ТНО не известна с точностью, достаточной для классификации (это довольно деликатная задача для резонансных объектов).
10. ↑ Точное значение не очень важно; значение в 35 а. е. взято для соответствия с Jewitt 2006. Другие авторы предпочитают использовать вместо этого 30 а. е., но пока данные, ипользуемые здесь, не переходят значения в 34 а. е.
11. ↑ Evidence for an Extended Scattered Disk? at Observatoire de la Cote d’Azur
12. ↑ David C. Jewitt The Solar System Beyond The Planets // Solar System Update: Topical and Timely Reviews in Solar System Sciences. — Springer-Praxis Ed., 2006. — ISBN ISBN 3-540-26056-0 (Preprint version (pdf))
13. ↑ J. L. Elliot, S. D. Kern, K. B. Clancy, A. A. S. Gulbis, R. L. Millis, M. W. Buie, L. H. Wasserman, E. I. Chiang, A. B. Jordan, D. E. Trilling, and K. J. Meech The Deep Ecliptic Survey: A Search for Kuiper Belt Objects and Centaurs. II. Dynamical Classification, the Kuiper Belt Plane, and the Core Population. The Astronomical Journal, 129 (2006), pp. preprint
14. ↑ http://www.gps.caltech.edu/~mbrown/papers/ps/xsize.pdf