Gigantická kulová obálka z bilionů ledových komet sahající až do 100 000 AU (2 světelné roky), gravitační hranice Sluneční soustavy.

Obsah hesla

[Rejstřík]

1.Geniální dedukce Jana Oorta (1950)
2.Anatomie Oortova oblaku: Vnitřní disk a vnější sféra
3.Co posílá komety ke Slunci?
4.Původ: Vyhnanci z oblasti obřích planet

Oortův oblak: Nekonečná sférická kolébka komet

Oortův oblak (někdy označovaný jako Öpikův-Oortův oblak) je gigantická, teoreticky předpovězená sférická obálka tvořená biliony ledových těles, která obklopuje celou naši Sluneční soustavu. Sahá od vzdálenosti zhruba $2,000\text{ AU}$ až do $100,000\text{ AU}$ (což odpovídá 1,5 až 2 světelným rokům – téměř do poloviny vzdálenosti k nejbližší cizí hvězdě Proximě Centauri!).

Představuje absolutní gravitační hranici naší Sluneční soustavy. Zatímco planety a Kuiperův pás obíhají v plochém disku ekliptiky, Oortův oblak tvoří obrovskou kulovou bublinu. Je primárním rezervoárem dlouhoperiodických komet (jako byla kometa Hale-Bopp či Neowise), které se jednou za desítky tisíc či miliony let vydávají na pouť k vnitřnímu Slunci.

1. Geniální dedukce Jana Oorta (1950) #

Přestože žádný lidský dalekohled nedokáže tělesa v Oortově oblaku přímo spatřit (jsou příliš malá, temná a nepředstavitelně daleko), o jeho existenci nemají astronomové pochyb.

V roce 1950 nizozemský astronom Jan Oort (navazující na dřívější myšlenky estonského astronoma Ernsta Öpika z roku 1932) analyzoval dráhy desítek nově objevených komet s periodami delšími než 200 let a povšiml si tří klíčových zákonitostí:

Afélia v obrovských vzdálenostech: Velké poloosy jejich drah končily ve vzdálenostech zhruba $20,000\text{ až }50,000\text{ AU}$ .
Náhodný příchod ze všech směrů: Komety nepřilétaly v rovině ekliptiky, ale naprosto rovnoměrně ze všech směrů na obloze.
Kometární zánik: Kometární jádra se při každém průletu kolem Slunce odpařují a zanikají. Pokud by komety obíhaly u Slunce od počátku soustavy, musely by být dávno zničeny.

Oort logicky odvodil, že kolem Slunce musí existovat obrovský kulový rezervoár „spících“ komet, z něhož jsou tělesa občas gravitačně vyrušena a nasměrována do vnitřní Sluneční soustavy.

2. Anatomie Oortova oblaku: Vnitřní disk a vnější sféra #

Moderní astrofyzika dělí Oortův oblak na dvě anatomické části:

Vnitřní Oortův oblak (Hillsův oblak): Rozprostírá se ve vzdálenosti $2,000\text{ až }20,000\text{ AU}$ . Má tvar tlustého toroidálního prstence a koncentruje v sobě podstatnou část celkové hmotnosti oblaku. Funguje jako zásobárna doplňující vnější sféru.
Vnější Oortův oblak: Sahá od $20,000\text{ AU}$ do $100,000\text{ AU}$ (někdy až $200,000\text{ AU}$ ). Je dokonale sférický a tělesa v něm jsou vázána ke Slunci jen nepatrnou gravitační silou.

Odhaduje se, že Oortův oblak obsahuje $10^{11}\text{ až }10^{12}$ (stovky miliard až biliony) kometárních jader větších než 1 kilometr, přičemž jejich celková hmotnost se odhaduje na zhruba 5 až 20 hmotností Země.

3. Co posílá komety ke Slunci? #

Na tělesa na vnějším okraji oblaku působí gravitace Slunce tak slabě, že jejich dráhy mohou být snadno narušeny vnějšími vlivy:

Slapové síly naší Galaxie: Samotná rotace a gravitační pole Mléčné dráhy vytvářejí jemný slapový tah, který periodicky deformuje oběžné dráhy těles v oblaku.
Kolemletící hvězdy: Zhruba jednou za několik set tisíc let proletí v blízkosti Sluneční soustavy sousední hvězda (např. za 1,3 milionu let mine Slunce hvězda Gliese 710 ve vzdálenosti pouhých $10,000\text{ AU}$ přímo skrze Oortův oblak!). Průlet takové hvězdy rozmetá dráhy milionů komet a vyšle směrem k Zemi kometární spršku.
Obří molekulární mračna: Průchod soustavy hustými mezihvězdnými plyno-prachovými oblaky v disku Galaxie.

4. Původ: Vyhnanci z oblasti obřích planet #

Ačkoli Oortův oblak leží na samém okraji soustavy, tělesa v něm zde nevznikla!

V takto obrovských vzdálenostech byl původní protoplanetární disk příliš řídký, aby v něm mohla zkondenzovat kometární jádra. Kometární tělesa vznikla v oblasti obřích planet (Jupiter, Saturn, Uran, Neptun). V raných fázích vývoje soustavy působila gravitace rostoucích planetárních obrů jako gigantický gravitační prak: vymrštila biliony ledových těles na extrémně protáhlé dráhy, kde byly následně slapovými silami Galaxie a kolemletícími hvězdami jejich dráhy zakulaceny do dnešního sférického oblaku.

Odborný astrofyzikální text včetně stavových rovnic, efemerid a spektrální klasifikace.

Profi režim

Dynamická astrofyzika Oortova oblaku: Galaktický slapový potenciál, Hillsův oblak a Kozai-Lidovova migrace komet

Oortův oblak ( $2,000\text{ AU} \le a \le 10^5\text{ AU}$ , celková hmotnost $M_{\text{cloud}} \sim 5-20 M_\oplus$ , počet těles $N(D > 1\text{ km}) \sim 10^{12}$ ) představuje kvazistabilní kometární rezervoár dynamicky svázaný s galaktickým slapovým polem.

1. Působení galaktického slapového pole na kometární orbity #

Pro těleso ve vzdálenosti $r \sim 10^4-10^5\text{ AU}$ od Slunce přestává být aproximace izolovaného centrálního gravitačního pole platná. Gravitační potenciál Mléčné dráhy v okolí Sluneční soustavy $\Phi_{\text{gal}}(x, y, z)$ v lokálním Oortově souřadném systému ( $x$ směřuje od galaktického centra, $y$ ve směru galaktické rotace, $z$ kolmo k rovině disku):

\Phi_{\text{gal}}(x, y, z) \approx \Phi_0 + \frac{1}{2} \left[ \left( \frac{\partial^2\Phi}{\partial x^2} \right)_0 x^2 + \left( \frac{\partial^2\Phi}{\partial y^2} \right)_0 y^2 + \left( \frac{\partial^2\Phi}{\partial z^2} \right)_0 z^2 \right]

Podle Poissonovy rovnice v galaktickém disku s lokální hustotou hmoty $\rho_0 \approx 0{,}10 M_\odot/\text{pc}^3$ :

\nabla^2 \Phi_{\text{gal}} = 4\pi G \rho_0 \implies \left( \frac{\partial^2\Phi}{\partial z^2} \right)_0 \approx 4\pi G \rho_0 - 2 (A^2 - B^2)

Kde $A, B$ jsou Oortovy konstanty galaktické rotace. Vertikální složka slapového gravitačního zrychlení působící na kometu:

g_{z, \text{tide}} = -\left( \frac{\partial^2\Phi}{\partial z^2} \right)_0 z \approx -4\pi G \rho_0 z

Tento diferenciální slap mění orbitální moment hybnosti komety $L = \sqrt{G M_\odot a (1 - e^2)}$ bez změny její velké poloosy $a$ . Časová derivace perihelia $q = a(1 - e)$ vlivem galaktického slapu:

\frac{dq}{dt} \approx -\frac{5\pi G \rho_0}{n} a^2 e \sqrt{1 - e^2} \sin(2\omega) \sin^2(i_{\text{gal}})

Pro kometu s $a = 40,000\text{ AU}$ může změna perihelia během jediného oběhu ( $P \sim 8\text{ milionů let}$ ) činit $\Delta q \sim 10-20\text{ AU}$ . Tímto mechanismem je perihelium sraženo z bezpečné oblasti za drahou Saturnu přímo do zóny terestrických planet ( $q < 2\text{ AU}$ ).

2. Energetická hranice úniku a hvězdná setkání #

Vazebná energie na jednotku hmotnosti komety na vnějším okraji oblaku ( $a \approx 10^5\text{ AU} \approx 0{,}48\text{ pc}$ ):

\mathcal{E}_{\text{bind}} = -\frac{G M_\odot}{2 a} \approx -\frac{6{,}674 \times 10^{-11} \times 1{,}989 \times 10^{30}}{2 \times 1{,}5 \times 10^{16}} \approx -4{,}4 \times 10^3\text{ J/kg}

Tato energie odpovídá únikové rychlosti vůči Slunci pouhých:

v_{\text{esc}} = \sqrt{\frac{2 G M_\odot}{a}} \approx 130\text{ m/s}

Poruchový impuls $\Delta \mathbf{v}$ udělený kometě blízkou hvězdou o hmotnosti $M_*$ míjející Slunce s impaktním parametrem $b_*$ a rychlostí $v_*$ :

\Delta \mathbf{v}_{\text{pert}} \approx \frac{2 G M_*}{v_* b_*^2} \mathbf{r}

Pokud $|\Delta \mathbf{v}$ , dochází k masivnímu stripování těles do mezihvězdného prostoru. Hvězda Gliese 710 ( $M_* \approx 0{,}6 M_\odot$ , $v_* \approx 14\text{ km/s}$ ) mine Slunce za $1{,}29\text{ Myr}$ s parametrem $b_* \approx 10,500 \pm 1,200\text{ AU}$ , což vyvolá dramatické gravitační vyprázdnění vnitřního Hillsova oblaku a nárůst frekvence dopadů komet na Zemi o dva řády po dobu $\sim 1-2\text{ Myr}$ .

3. Vědecké reference a primární literatura #

[1] Öpik, E. J. (1932). Note on stellar perturbations of nearly parabolic orbits. Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences, 67(6), 169–183.
[2] Oort, J. H. (1950). The structure of the cloud of comets surrounding the Solar System and a hypothesis concerning its origin. Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands, 11, 91–110.
[3] Hills, J. G. (1981). Comet showers and the steady-state fall of comets on the Earth. The Astronomical Journal, 86, 1730–1740.
[4] Dones, L., et al. (2004). Oort cloud formation and dynamics. In Comets II (pp. 153–174). University of Arizona Press.
[5] Rickman, H., et al. (2008). Injection of Oort cloud comets by Galactic tides. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 102(1), 111–132.

Literatura a vědecké reference

Oort, J. H.: The structure of the cloud of comets surrounding the Solar System. Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands, Vol 11, pp. 91–110 (1950)[online]
Hills, J. G.: Comet showers and the steady-state fall of comets on the Earth. The Astronomical Journal, Vol 86, pp. 1730–1740 (1981)[online]
Rickman et al.: Injection of Oort cloud comets by Galactic tides. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, Vol 102, pp. 111–132 (2008)[online]

Typ	Sférická cirkumsolární obálka kometárních jader
Vzdalenost od slunce	2 000 až 100 000 AU (0,03 až 1,58 světelného roku)
Vnejsi hranice	Až polovina vzdálenosti k Proximě Centauri
Teoreticka predpoved	Ernst Öpik (1932), Jan Oort (1950)
Geometricky tvar	Sférická kulová bublina (vnitřní část toroidální Hillsův oblak)
Odhadovany pocet komet	10^11 až 10^12 těles s průměrem nad 1 km
Odhadovana hmotnost	5 až 20 hmotností Země
Zdroj komet	Dlouhoperiodické komety (Hale-Bopp, Hyakutake, NEOWISE)
Perturbacni faktory	Galaktické slapové pole, kolemletící hvězdy, molekulární mračna
Puvod materialu	Planetezimály vymrštěné gravitačním prakem obřích planet

Rozsah poloos	2 000 AU ≤ a ≤ 100 000 AU
Vazebna energie vnejsi okraj	E_bind ≈ -4,4 × 10^3 J/kg
Unikova rychlost okraj	v_esc ≈ 130 m/s
Vnitrni hills cloud	2 000–20 000 AU (torus s vysokou hustotou)
Vnejsi sfericky oblak	20 000–100 000 AU (izotropní rozdělení sklonů)
Galakticke slapove zrychleni	g_z,tide ≈ -4π G ρ_0 z
Blizke hvezdne setkani	Gliese 710 (průlet za 1,29 Myr ve vzdálenosti 10 500 AU)

Oortův oblak

Oortův oblak

Obsah hesla

Oortův oblak: Nekonečná sférická kolébka komet

1. Geniální dedukce Jana Oorta (1950) #

2. Anatomie Oortova oblaku: Vnitřní disk a vnější sféra #

3. Co posílá komety ke Slunci? #

4. Původ: Vyhnanci z oblasti obřích planet #

Dynamická astrofyzika Oortova oblaku: Galaktický slapový potenciál, Hillsův oblak a Kozai-Lidovova migrace komet

1. Působení galaktického slapového pole na kometární orbity #

2. Energetická hranice úniku a hvězdná setkání #

3. Vědecké reference a primární literatura #

Literatura a vědecké reference

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík

Oortův oblak

Obsah hesla

Oortův oblak: Nekonečná sférická kolébka komet

1. Geniální dedukce Jana Oorta (1950) #

2. Anatomie Oortova oblaku: Vnitřní disk a vnější sféra #

3. Co posílá komety ke Slunci? #

4. Původ: Vyhnanci z oblasti obřích planet #

Dynamická astrofyzika Oortova oblaku: Galaktický slapový potenciál, Hillsův oblak a Kozai-Lidovova migrace komet

1. Působení galaktického slapového pole na kometární orbity #

2. Energetická hranice úniku a hvězdná setkání #

3. Vědecké reference a primární literatura #

Literatura a vědecké reference

Související hesla v AstroWiki

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík