I tusinder af år har astronomer set kometer rejse tæt på Jorden og oplyse nattehimlen. Med tiden førte disse observationer til en række paradokser. Hvor kom disse kometer for eksempel fra? Og hvis deres overflademateriale fordamper, når de nærmer sig Solen (og dermed danner deres berømte haloer), skal de formes længere væk, hvor de ville have eksisteret der i det meste af deres levetid.
Med tiden førte disse observationer til teorien om, at der langt ud over Solen og planeterne findes en stor sky af iskoldt materiale og klippe, hvor de fleste af disse kometer kommer fra. Denne eksistens af denne sky, der er kendt som Oort Cloud (efter dens vigtigste teoretiske grundlægger), forbliver uudprøvet. Men fra de mange kometer i kort og lang tid, der menes at være kommet derfra, har astronomer lært meget om dets struktur og sammensætning.
Definition:
Oort-skyen er en teoretisk sfærisk sky af overvejende iskaldte planetesimaler, der antages at omgiver solen i en afstand på op til omkring 100.000 AU (2 ly). Dette placerer det i det interstellare rum, ud over Solens Heliosphere, hvor det definerer den kosmologiske grænse mellem solsystemet og regionen med solens gravitationsdominans.
Ligesom Kuiper Belt og den spredte disk er Oort Cloud et reservoir af trans-Neptuniske genstande, skønt den er over tusinder gange mere fjern fra vores Sol som disse andre to. Ideen om en sky med iskaldte infinitesimaler blev først foreslået i 1932 af den estiske astronom Ernst Öpik, som antydede, at kometer i lang tid stammer fra en kredsløb sky i den yderste kant af solsystemet.
I 1950 blev konceptet genopstået af Jan Oort, der uafhængigt antog sin eksistens for at forklare adfærden hos langsigtede kometer. Selv om det endnu ikke er bevist ved direkte observation, er eksistensen af Oort Cloud bredt accepteret i det videnskabelige samfund.
Struktur og sammensætning:
Oort-skyen antages at strække sig fra mellem 2.000 og 5.000 AU (0,03 og 0,08 ly) til så langt som 50.000 AU (0,79 ly) fra solen, skønt nogle skøn placerer den ydre kant så langt som 100.000 og 200.000 AU (1,58 og 3,16 ly). Skyen menes at være sammensat af to regioner - en sfærisk ydre Oort Sky på 20.000 - 50.000 AU (0,32 - 0,79 ly) og en skiveformet indre Oort (eller Hills) Sky på 2.000 - 20.000 AU (0,03 - 0,32 ly) .
Den ydre Oort-sky kan have billioner af objekter, der er større end 1 km (0,62 mi), og milliarder, der måler 20 kilometer (12 mi) i diameter. Dets samlede masse er ikke kendt, men - forudsat at Halley's Comet er en typisk repræsentation af ydre Oort Cloud-objekter - har den den samlede masse på omtrent 3 × 1025 kg (6,6 × 1025 pund) eller fem jordarter.
Baseret på analyserne af tidligere kometer er det store flertal af Oort Cloud-objekter sammensat af iskolde flygtige stoffer - såsom vand, metan, ethan, kulilte, brintcyanid og ammoniak. Udseendet af asteroider, der antages at stamme fra Oort Cloud, har også fremkaldt teoretisk forskning, der antyder, at bestanden består af 1-2% asteroider.
Tidligere estimater placerede sin masse op til 380 jordmasser, men forbedret viden om størrelsesfordelingen på kometer med lang tid har ført til lavere estimater. Massen af den indre Oort Cloud har i mellemtiden endnu ikke været karakteriseret. Indholdet af både Kuiper Belt og Oort Cloud er kendt som Trans-Neptunian Objects (TNOs), fordi objekterne i begge regioner har kredsløb, der er længere fra solen end Neptuns bane.
Oprindelse:
Oort-skyen menes at være en rest af den oprindelige protoplanetære skive, der dannede sig omkring Solen for ca. 4,6 milliarder år siden. Den mest almindeligt accepterede hypotese er, at Oort-skyens objekter oprindeligt sammenkaldte meget tættere på Solen som en del af den samme proces, der dannede planeterne og mindre planeter, men at gravitationsinteraktion med unge gasgiganter som Jupiter skød dem ud i ekstremt lang elliptisk eller parabolske kredsløb.
Nylig undersøgelse fra NASA antyder, at et stort antal Oort-skyobjekter er et produkt af en udveksling af materialer mellem Solen og dens søskende stjerner, da de dannede sig og gik fra hinanden. Det antydes også, at mange - muligvis størstedelen - af Oort-skyobjekter ikke blev dannet i nærheden af Solen.
Alessandro Morbidelli fra Observatoire de la Cote d’Azur har udført simuleringer om udviklingen af Oort-skyen fra solsystemets begyndelse til nutiden. Disse simuleringer indikerer, at gravitationsinteraktion med stjerner i nærheden og galaktiske tidevand ændrede kometære baner for at gøre dem mere cirkulære. Dette tilbydes som en forklaring på, hvorfor den ydre Oort Cloud er næsten sfærisk i form, mens Hills skyen, som er stærkere bundet til Solen, ikke har fået en sfærisk form.
Nylige undersøgelser har vist, at dannelsen af Oort-skyen stort set er kompatibel med den hypotese, som solsystemet dannede som en del af en indlejret klynge på 200–400 stjerner. Disse tidlige stjerner spillede sandsynligvis en rolle i skyens dannelse, da antallet af tætte stjernestiger i klyngen var meget højere end i dag, hvilket førte til langt hyppigere forstyrrelser.
Kometer:
Kometer menes at have to oprindelsessteder inden for solsystemet. De starter som uendelige dimensioner i Oort Cloud og bliver derefter kometer, når forbipasserende stjerner slår nogle af dem ud af deres baner og sender ind i en langvarig bane, der fører dem ind i det indre solsystem og ud igen.
Kometer med kort periode har kredsløb, der varer op til to hundrede år, mens banerne til kometer med lang periode kan vare i tusinder af år. Mens det antages, at kometer med kort periode er fremkommet enten fra Kuiper Belt eller den spredte disk, er den accepterede hypotese, at kometer med lang periode stammer fra Oort Cloud. Der er dog nogle undtagelser fra denne regel.
For eksempel er der to hovedvarianter af komet med kort periode: Jupiter-familie-kometer og Halley-familie-kometer. Halley-familiekometer, opkaldt efter deres prototype (Halley's Comet) er usædvanlige, idet de trods de er korte i periode, menes de at stamme fra Oort-skyen. Baseret på deres baner antydes det, at de engang var kometer med lang tid, der blev fanget af tyngdekraften fra en gasgigant og sendt ind i det indre solsystem.
Udforskning:
Fordi Oort-skyen er så meget længere ud end Kuiper Belt, forblev regionen uudforsket og stort set udokumenteret. Rumprober har endnu ikke nået området til Oort-skyen og Voyager 1 - den hurtigste og fjerneste af de interplanetære rumføler, der i øjeblikket forlader solsystemet - vil sandsynligvis ikke give nogen oplysninger om det.
Med sin nuværende hastighed Voyager 1 vil nå Oort-skyen på cirka 300 år og det vil tage ca. 30.000 år at passere den. Imidlertid omkring sonen 2025 vil sondens radioisotop termoelektriske generatorer ikke længere levere strøm nok til at betjene nogen af dens videnskabelige instrumenter. De andre fire sonder i øjeblikket undslipper solsystemet - Voyager 2, Pioneer 10 og 11, og Nye horisonter - vil også være ikke-funktionel, når de når Oort-skyen.
Udforskning af Oort-skyen byder på adskillige vanskeligheder, hvoraf de fleste stammer fra det faktum, at det er utroligt langt fra Jorden. Da en robotprobe faktisk kunne nå det og begynde at udforske området for alvor, er der gået århundreder her på Jorden. Ikke kun ville de, der havde sendt det ud i første omgang være længe døde, men menneskeheden har sandsynligvis opfundet langt mere sofistikerede sonder eller endda bemandet håndværk i mellemtiden.
Stadig kan undersøgelser udføres (og gennemføres) ved at undersøge de kometer, som de periodisk spytter ud, og observatorier med lang rækkevidde vil sandsynligvis gøre nogle interessante opdagelser fra denne region i rummet i de kommende år. Det er en stor sky. Hvem ved hvad vi kan finde lurer derinde?
Vi har mange interessante artikler om Oort Cloud og Solar System for Space Magazine. Her er en artikel om hvor stort solsystemet er og en om solsystemets diameter. Og her er alt hvad du behøver at vide om Halley's Comet and Beyond Pluto.
Du vil måske også tjekke denne artikel fra NASA på Oort Cloud og en fra University of Michigan om oprindelsen af kometer.
Glem ikke at tage et kig på podcasten fra Astronomy Cast. Afsnit 64: Pluto og det iskolde yderste solsystem og afsnit 292: The Oort Cloud.
Reference:
NASA Solar System Exploration: Kuiper Belt & Oort Cloud
