ponovo objavljeno 17.2.2023.

Daleko izvan planetarnog regiona, na periferiji Sunčevog sistema nalazi se ogroman oblak kometa na koje ostale zvezde deluju skoro koliko i naše Sunce. Dinamičke karakteristike oblaka mogu nam pomoći da objasnimo čak i neka izumiranja na Zemlji.

Ortov oblak čini nekolikko biliona kometa koje se kreću u grničnim područjima Sunčevog sistema

Na pomen Sunčevog sistema najčešće se misli samo do najudaljenije planete. Ali Sunčeva gravitacija je dominantna još nekih 3000 puta dalje, do pola puta do najbližih zvezda. I taj prostor, nasuprot onome što se najčešće misli, nije prazan – u njemu se nalazi Ortov oblak, prostor gde dominiraju komete, tj. ostaci materijala od formiranja planeta.

U tom mračnom prostoru, temperatura je celih četiri stepena iznad apsolutne nule, a susedne komete su udaljene jedna od druge nekoliko desetina miliona kilometara, u proseku. Sunce i dalje najsjajnija zvezda na nebu je sjajno samo kao Venera na Zemljinom nebu.

Postojanje Ortovog oblaka je odgovor na pitanja koje su ljudi oduvek postavljali o kometama: šta su to komete i odakle one dolaze? Još u četvrtom veku pre nove ere, Aristotel je smatrao da su komete oblaci svetlećeg gasa u visokim slojevima Zemljine atmosfere. Rimski filozof Seneka je u prvom veku prvi predložio da su komete nebeska tela koja putuju duž svojih putanja po nebeskom svodu. Tek petnaest vekova kasnije ovu hipotezu je potvdio danski astronom Tiho Brahe poredeći posmatranja komete iz 1577. godine iz nekoliko mesta u Evropi. Ako je kometa relativno blizu, onda će iz svakog mesta iz kojeg se posmatra imati drugačiji položaj na nebu u odnosu na zvezde. Brahe nije mogao da detektuje nikakve razlike u položaju tako da je zaključio da se kometa nalazila negde iza Mesečeve orbite.

Tačno koliko su komete udaljene od nas je postalo jasno tek kad su astronomi počeli da određuju njihove orbite. Prvi katalog kometa sačinio je engleski astronom Edmond Halej (što je inače pogrešan izgovor njegovog prezimena, ispravno bi bilo Edmond Hejli na engleskom) još 1705. godine u kojem se nalazilo 24 objekata. Halej je shvatio da su putanje verovatno veoma izdužene elipse koje obilaze oko Sunca. Edmond Halej je shvatao da komete prelaze ogromne udaljenosti i čak da se možda nalaze i u prostoru između zvezda. Ova prva prosta ideja o oblaku kometa između zvezda je pomogla zaključivanju o postojanju Ortovog oblaka dva veka kasnije, jer se od početka krenulo ispravnim koracima. Halej je još primetio da komete iz 1531., 1607. i 1682. godine imaju veoma slične orbite i da su njihove pojave vremenski odvojene približno 76 godine. Odatle je zaključio da se radi o istoj kometi i predvideo njenu sledeću pojavu 1758. godine koju nažalost nije dočekao da vidi. Umro je 1742. godine, pre kometine pojave koja u njegovu čast nosi ime Halejeva kometa i koja se poslednji put našla među unutrašnjim planetama 1986. godine.

Podela

Od Halejevog vremena astronomi su komete podelili u dve grupe prema vremenu potrebnom da kometa pređe celu orbitu oko Sunca (što je direktno povezano sa srednjiim rastojanjem od Sunca). Dugo-periodične komete, kao recimo Hjakutake (Hyakutake) ili Hejl-Bop (Hale-Bopp), imaju orbitalne periode duže od 200 godina. Nasuprot njima, kratko-periodične komete, imaju periode orbita kraće od 200 godina. U prošloj deceniji astronomi su kratko-periodične komete podeli u dve podgrupe: komete Jupiteove familije, kao recimo Enkeova kometa (Encke) ili Tempel 2, koje imaju periode kraće od 20 godina, i komete Halejevog tipa, ili srednje-periodične komete, sa periodima od 20 do 200 godina.

Granica između dugo- i kratko-periodičnih kometa odgovara velikoj poluosi od 200^2/3 = 34.2 AU (astronomskih jedinica). Ovakva  podela odgovara jer razlikuje komete na one čiji afeli leže u blizini planetarnog regiona i van njega. Ovo je važno jer ako je kometa u blizini planeta njena orbita će veoma zavisiti od njihovog uticaja, što ne važi toliko i za udaljenije komete. Srednje- i dugo-periodične komete dolaze iz Ortovog oblaka, dok komete Jupiterove familije potiču iz Kajperovog pojasa, pojasa asteroida iza Neptunove orbite (videti “Kajperov pojas” iz “Astronomije” br. 15). Naravno, moguće je da Jupiter promeni putanju dugo-periodične komete tako da ona postane kratko-periodična, ali samo ~10% kratko-periodičnih kometa Jupiterove familije su komete iz Ortovog oblaka.

Dugo-periodične komete i Jan Ort

Kad su astronomi početkom dvadesetog veka poznavali dovoljno dugo-periodičnih kometa pokušali su da uzvuku što više podataka iz njhovih orbitalnih podataka. Ispostavilo se da oko dve trećine dugo-periodičnih kometa imaju nasumično raspoređene orbitalne parametre, a da jedna trećina tela ima takve orbitalne energije koje ulaze u uzak interval. Taj interval predstavlja orbite koje se pružaju do veoma velikih udaljenosti – 20000 hiljada AU i dalje. Takve putanje imaju periode preko milion godina. Kasnih 1940-tih godina holanski astronom Adrian van Verkom (Adrianus Van Wörkom) je pokazao da se orbite onih dve trećine kometa može objasniti preko planetarnih pertubacija, preko kojih komete mogu dobiti orbite sa bilo kolikim (slučajno određenim) parametrima.

Tada se i holandski astronom Jan Hendrik Ort (Jan Hendrik Oort), već poznat po objašnjenju rotacije Mlečnog puta, zainteresovao za problem. Ukazao je na to da veliki broj kometa sa periodima preko milion godina mora da pokazuje na originalni izvor dugo-periodičnih kometa. Izvor je ogromni sferoidni oblak tela koji okružuje planetarni sistem i proteže se do polovine puta do najbližih zvezda.

Ort je došao do pravilnog zaključka imajući na raspolaganju samo 19 kometa sa precizno određenim putanjama. Danas astronomi poznaju 15 puta više putanja kometa. I danas znaju da dugo-perodične komete ulaze u planetarni region po prvi put sa prosečne udaljenosti od 44000 AU, i kao takve imaju period orbita  prosečno oko 3.3 miliona godina.

Uticaji na oblak

Komete su veoma slabo gravitaciono vezane za Sunce, tako da zvezde koje prolaze blizu našeg sistema stalno im menjaju orbite. Na rastojanje manje od jednog parseka (206265 AU) svakih miliona godina prođe 12-14 zvezda. Ti bliski susreti iskomešaju komete u oblaku, promene orbite i pošalju ih u unutrašnji Sunčev sistem sa veoma izduženim eliptičnim putanjama. Kako ulaze u planetarni sistem po prvi put, kometine putanje se menjaju pod uticajem planeta, dobijaju ili gube orbitalnu energiju. Neke se izbace iz Sunčevog sistema. Ostale se vraćaju i opet ih posmatramo. A neke ostanu u planetarnom delu sistema kao komete Halejevog tipa. Svega ~5% novih dugo-periodičnih kometa posle prolaska kroz planetarni region ima i dalje takve putanje koje će ih vratiti u spoljni deo Ortovog oblaka odakle su i došle.

Povremeno zvezda dođe toliko blizu Sunca da prođe pravo kroz Ortov oblak, silovito menjajući putanje kometa duž svoje putanje. Statistički se očekuje da zvezda prođe na manje od 10000 AU od Sunca svakih 36 miliona godina; a unutar 3000 AU na svakih 400 miliona godina. Statistički, najbliži zvezdani prolazak tokom istorije Sunčevog sistema je bio na 800 AU, rastojanju uporedivom sa najvećim udaljenostima objekata u Kajperovom pojasu, tj. na manjem rastojanju od Ortovog oblaka. Takav bliski prolazak bi izazivao pravi stampedo kometa koje bi krenule ka planetama, povećavajući broj kometa koji uđe u planetarni region i nekoliko stotina puta. A time i povećavajući broj udara kometa o planete i prouzrokujući moguće izumiranje na jedinoj planeti sa životom u Sunčevom sistemu, naravno Zemlji. Istraživanja govore da bi tako izuzetno povećan priliv kometa trajao 2 do 3 miliona godina, i da se u blizini planeta može naći i 300 puta više kometa u odnosu na prosečan broj pre prolaska zvezde.

Istraživanja sa samog kraja XX veka govore da je veoma moguće da se broj kometa koje su se mogle videti na noćnom nebu naglo povećao na kraju Eocena, pre oko 36 miliona godina i da se smanjuje polako narednih dva do tri miliona godina. Kasni Eocen je poznat kao doba masovnog izumiranja vrsta na Zemlji srednjeg inteziteta. Poznato je i nekoliko kratera iz tog perioda. Postoje tragovi udara objekata u stenama na Zemlji, kao što je sloj iridijuma i mikrotektiti i velika količina helijuma 3 kojeg ima dosta u kometama.

Plimske sile nastaju usled jačeg delovanja galaktičkog jezgra na bližu stranu Ortovog oblaka. (Ortov oblak na ovoj slici nije u srazmeri sa Galaksijom). Galaktičke plimske sile su analogna pojava plimi i oseci na Zemlji.

Na sreću, Zemlja sad nije u opasnosti od kometskog roja. Koristeći zvezdani katalog koji je načinio satelit Hiparh (Hipparcos) rekonstruisane su putanje zvezda u blizini Sunčevog sistema. U poslednjih milion godina nije prošla nijedna zvezda veoma blizu Sunca. Sledeći bliski prolaz desiće se za 1.4 miliona godina kada će mala zvezda, crveni patuljak, Gliese 710, proći tačno kroz spoljni Ortov oblak na oko 70000 AU od Sunca. Ipak zbog svoje male mase, procenjuje se da će Gliese 710 povećati broj kometa u unutrašnjem Sunčevom sistemu za oko 25%, tako da neće biti mnogo veće opasnosti po Zemlju od udara komete.

Pored uticaja zvezdanih prolazaka, Ortov oblak je dovoljno velik i dovoljno udaljen od Sunca da su veoma osetne plimske sile koje prouzrokuje disk Mlečnog puta i u manjem obimu Galaktičko jezgro (Slika 3.). Ove sile nastaju usled različitog rastojanja Sunca i komete od ravni diska, odnosno jezgra Galaksije, pa prema tome osećaju različitu gravitacionu silu. Ove sile pomažu da nove dugo-periodične komete krenu ka planetarnom regionu.

Karakteristike oblaka

Veliko pitanje o Ortovom oblaku je njegova sama struktura.. Da bi se saznalo nešto o strukturi potrebno je znati kako zvezdane, galaktičke perturbacije menjaju putanje kometa u oblaku. Da bi se uvideli ti uticaji vrše se numeričke simulacije. Komete na samom spoljnom kraju se brzo gube iz oblaka; ili se izbace u međuzvezdani prostor ili krenu ka unutrašnjosti Sunčevog sistema, i to sve zbog perturbacija, naravno. Ali dublje u oblaku najverovatnije se nalazi dosta gušće unutrašnje jezgro Ortovog oblaka u kojem se nalaze komete koje su jače gravitaciono vezane za Sunce. Na njih može da deluju samo jači uticaji (zvezdani prolasci, ili molekularni oblaci) i ti objekti dobijaju energiju tako da im se povećava udaljenost od Sunca. Tada konstantno popunjavaju spoljašnji Ortov oblak i sprečavaju veće rasipanje tog dela oblaka, jer pri jačim perturbacijama se izgubi dosta kometa. Naravno, vremenom se smanjuje broj kometa u unutrašnjem delu oblaka, ali on je i dalje velik. To je naseljeniji deo oblaka, sa 50-80% svih kometa u oblaku.

Smatra se da je Ortov oblak sadrži veoma veliki broj kometa. Koliki taj veliki broj? Broj kometa zavisi od stope kojom se komete izbacuju iz oblaka u međuzvezdani prostor. Preko broja dugo-periodičnih kometa koje dođu u planetarni region i koje mi posmatramo, astronomi procenjuju da u oblaku ima dva do pet biliona kometa (2-5´10­­¹² kometa). Ovaj podatak čini komete Ortovog oblaka najbrojnijim telima u Sunčevom sistemu. Od svih tih kometa samo jedna petina do jedne polovine njih se nalazi u spoljašnjem, aktivnom delu oblaku kojeg je prvi opisao Jan Ort. Ostale komete, koje mi ne viđamo, jer ne dolaze u planetarni region iz razloga što se nalaze bliže planetama i imaju stabilnije orbite, se nalaze u centralnom delu (jezgru) Ortovog oblaka. Procena je da ceo oblak ima masu oko 15-40 masa Zemlje.

Formiranje i popunjavanje oblaka

Komete u oblaku nisu mogle nastati na svojim sadašnjim mestima, jer je materijal na tako ogromnim udaljenostima toliko proređen da se tu zaista ništa nije moglo spojiti u objekte od nekoliko kilometara. Komete nisu mogle nastati ni u međuzvezdanom prostoru, jer je hvatanje kometa u Sunčev sistem jako neefikasan proces. Pa kako je nastao Ortov oblak? Jedino mesto koje je ostalo je planetarni delu sunčevog sistema. Ort je predlagao da su sve komete možda nastale u asteroidnom pojasu i kasnije izbačene preko velikih planeta tokom formiranja Sunčevog sistema. Problem je što su komete tela puna leda, a asteroidni pojas je previše topao za led.

U periodu kad su astronomi dolazi do ideje o Ortvom oblaku, nekoliko astronoma je došlo do ideje o asteroidnom pojasu iza Neptunove orbite. I bili su u pravu, takav pojas je otkriven 1992. godine i njemu se danas nalaze najveći astreroidi u Sunčevom sistemu. Kenet Edžvort (Kenneth Edgeworth) je 1943. došao na ideju da komete Jupiterovog tipa potiču iza Neptuna, što je danas opšteprihvaćeno. Džerard Kajper (Gerard Kuiper) je postulisao da su mali objekti veličine komete mogli nastati u okolini Neptuna prilikom formiranja Sunčevog sistema, a kasnije biti odgurnuti do Ortovog oblaka. Kajper je takođe shvatio da komete u Ortovom oblaku se mogu vratiti do planetskog regiona pertubacijama koje bi proizvele zvezde koje prolaze blizu Sunca.

Popunjavanje

Komete verovatno potiču iz oblasti velikih planeta, ali astronomi su dugo pretpostavljali da su perturbacije pod uticajem Neptuna i u manjoj meri Urana, glavni proces koji je izbacivao komete u oblak. Pri bliskom susretu nekog tela sa Neptunom, mnogo verovatnije je da će on upasti Ortov oblak, nego da će biti izbačen iz Sunčevog sistema. Sa druge strane, perturbacije pod uticajem Jupitera su mnogo jače pa bi trebalo da komete posle susreta samo prolete kroz Ortov oblak hiperboličnom putanjom. Ipak malo telo u blizini velikih planeta najčešće završi tako što biva izbačeno pod uticajem Jupitera. Tačnije, preko 60% objekata se nađe pod uticajem Jupitera.

Ipak, različita je verovatnoća, od planete do planete, da će telo biti i izbačeno do Ortovog oblaka.  Ako uzmemo u obzir spoljni deo oblaka iz kojeg potiču dugo-periodčne komete (a>15000 AU), Neptun ipak, premesti najveći broj kometa. Iako se čak 60% tela nađu pod uticajem Jupitera, veoma je mala verovatnoća da će se ti objekti zaista i naći u Ortovom oblaku (verovatnoća je manja od 2%). Međutim, situacija se menja ako posmatramo unutrašnje delove Ortovog oblaka. Na primer, na udaljenost od a ~ 4000 AU Saturn, i nešto manjoj meri Jupiter premeste značajan broj kometa (oko 30%) Na slici 4. vidimo verovatnoću premeštanja objekata u oblak za svaku planetu u zavisnosti od rastojanja u oblaku. Popunjavanje Ortovog oblaka je kompleksni kosmički bilijar među velikim planetama, u kojem sve one imaju značajnu ulogu u procesu.

Formiranje

Ortov oblak je nastao u periodu neposredno posle formiranja velikih planeta. Velike planete su izbacivale objekte iz planetarnog regiona. Prvo su bili formirani Jupiter i Saturn koji su u prvi mah sami izbacivali tela, a tek kasnije su se formirali Uran i Neptun. Bilo je potrebno da se objekat izbaci na izduženu putanju, a kasnije je najviše uticaj Galaksije povećavao perihel objektu (najbliže rastojanje od Sunca) tako da se on udaljavao od planetarnog regiona. Mada je i molekularni oblak, odnosno zvezdano jato u kojem je Sunce nastalo imalo velik uticaj na formiranje oblaka. Molekularni oblak je mogao da izvuče tela u Ortov oblak sa putanja koje su bile veoma blizu planetarnom regionu, na oko 1000 - 2000 AU. Naseljavanje Ortovog oblaka se inteziviralo kad su planete počele da migriraju nekih 600 miliona godina posle formiranja Sunca (Videti “Kajperov pojas” u Astronomiji br. 15) i kad se velikom broju objekata promenio položaj. Nekoliko desetina miliona godina posle migracije stopa naseljavanja Ortovog oblaka počela je značajno da opada. Sve do danas. Generalno, efikasnost formiranja Ortovog oblaka je mala, svega 2.5% mase prvobitnog protoplanetarnog diska oko Sunca od kojeg su nastali svi objekti se našlo u Ortovom oblaku za ovih 4.5 milijardi godina.

Trenutno jedini izvor novih kometa za oblak jeste Rasejani disk Kajperovog pojasa. Dinamički proračuni govore da se danas oko 5 objekata prečnika većeg od 1 km godišnje se prebaci iz Rasejanog diska ka Ortovom oblaku. Ipak, oko 10 puta više kometa se izbaci iz oblaka nego što dođe iz unutrašnjosti Sunčevog sistema.

Istraživanja

Komete se nisu puno promenile od vremena kad su nastale, pa nam mogu dati veoma značajne podatke o poreklu Sunčevog sistema. Iz tog razloga šalju se letelice koje proučavaju komete. Stardust letelica je 2004. godine je proletela kroz komu komete Wild 2. Sada se nalazi na putu ka Zemlji i pre nekoliko nedelja nam je donela kometsku prašinu koju je pokupila prilikom prilaza kometi. Deep Impact misija je jula prošle godine na jezgro komete Tempel 1 bacila kuglu mase 370 kilograma i napravila krater veličine preko 50 metara. (više o Deep Impact misiji u prethodnim Astronomije). Rozeta (Rosetta) letelica je lansirana 2004. godine i 2014. godine se očekuje da uđe u orbitu oko komete Čurumov-Gerasimenko (Churyumov-Gerasimenko). Planira se misija čija će se letelica sledeće decenije spustini na kometu, uzeti uzorke i vratiti ih na Zemlju. A dotle se nadamo da će nam neka sjajna kometa doći u posetu, da joj se divimo na zvezdanom nebu kao kometi Hejl-Bop. 

Tabela 1 – Izvori kometa u Sunčevom sistemu

Reference i predlozi za dalje čitanje:

1. Fernandez J. 1997. The Formation of the Oort Cloud and the Primitive Galactic Environment, Icarus, 129, 106–119

2. Fernandez J. et al. 2004. The scattered disk population as a source of Oort cloud comets: evaluation of its current and past role in populating the Oort cloud, Icarus, 172, 372–381

3. Stern A. 2003. The evolution of comets in the Oort cloud and Kuiper belt, Nature, 472, 639-642.

4. Weissman P. 1998. The Oort Cloud, Scientific American, 279, 84-89.

5. Wiegert P., Tremaine S. 1999. The Evolution of Long-Period Comets, Icarus, 137, 84–121.