Saulę ir visą heliosferą supa milžiniškas įvairiausių grumstų, nuolaužų ir dulkių debesis, iš kurio atlekia kometos ir gali net egzistuoti viena-kita planeta. Nors kol kas šio debesies objektų tiesiogiai pamatyti nepavyko, jo egzistavimas yra natūrali planetų formavimosi proceso pasekmė. O aptikti tokius debesis prie kitų žvaigždžių gali būti netgi lengviau, nei aplink mūsiškę.
Kometas žmonės stebėjo ir apie jas mąstė turbūt seniau, nei egzistuoja raštas. Jos minimos įvairiuose metraščiuose kaip pranašingi ženklai, dažniausiai – kaip bloga lemiantys, bet kartais ir priešingai.
Vis daugiau suprasdami apie kosminių kūnų judėjimą astronomai netruko suvokti, jog kometos tiesiog juda pailgomis orbitomis, o matomos būna tik tada, kai priartėja prie Saulės ir sužimba uodegomis.
Dar XVII amžiuje Edmundas Halley`is suprato, jog kai kurios kometos prie Saulės priartėja keletą kartų – pirmoji tokia, pasirodanti maždaug kas 75-76 metus, dabar vadinama jo vardu. Vėliau apskaičiuotos daugybės kometų orbitos ir pasirodė, kad jas galima suskirstyti į dvi grupes – trumpo ir ilgo periodo. „Trumpas“ čia reiškia 200 metų ir trumpesnį periodą, taigi šias kometas tikrai bent porą kartų pamatėme nuo teleskopinės astronomijos pradžios.
Ilgojo periodo kometos, kartą apsilankiusios Saulės sistemos centrinėje dalyje, gali sugrįžti ir po tūkstančių, ir po milijonų metų. O kartais negrįžta išvis, nes planetų perturbacijos jų orbitas pakeičia į nepririštas ir kometos išlekia į tarpžvaigždinę erdvę.
Trumpo ir ilgo periodo kometos skiriasi ir kitu svarbiu aspektu, kuris atsispindi ir kitame šių grupių pavadinime: trumposios kometos yra ekliptinės, o ilgosios – izotropinės. Ekliptinių kometų orbitos yra artimos ekliptikos plokštumai, kuri apibrėžiama kaip Žemės orbitos aplink Saulę plokštuma.
Visos aštuonios planetos, didžioji dalis asteroidų ir Kuiperio žiedo objektų skrieja artimose ekliptikai plokštumose, taigi logiška manyti, kad panašios yra ir trumpojo periodo kometų orbitos. Tuo tarpu izotropinės kometos atlekia iš visų pusių – tiek plokštumoje, tiek statmenai jai.
Izotropinių kometų egzistavimas pirmoje XX a. pusėje buvo neišaiškinama problema. Tiksliau, net dviejų problemų pora. Jų abiejų pagrindas – pailgos orbitos ir kometų amžius. Net jei vienas orbitos periodas trunka milijoną metų, per Saulės sistemos istoriją kometa turėtų tūkstančius kartų praskrieti pro vidinę Saulės sistemos dalį.
Per tiek laiko labai tikėtina, kad planetų gravitacija ją arba išmestų lauk, arba numestų į Saulę, arba suapvalintų orbitą. Be to, kiekvieno praskridimo metu kometa netenka dalies ledo – šis įkaitęs išgaruoja ir suformuoja uodegą. Per tūkstančius vizitų visas ledas turėjo būti seniai išgaravęs, o kometa arba subyrėjusi, arba iš jos likęs tik inertiškas akmuo.
1950 metais Janas Oortas pasiūlė abiejų problemų sprendimą. Jei Saulės sistemą supa ledinių grumstų debesis, kuriame objektai juda daugmaž apskritiminėmis orbitomis, tačiau kartais yra „numetami“ centro link, tai paaiškintų ilgo periodo kometų egzistavimą. Paprasčiausiai kone visos tokios kometos, kurias matome, Saulės sistemos centrinėje dalyje lankosi pirmą kartą.
Žinodami daugybės kometų orbitas, galime apskaičiuoti ir tikėtinus rezervuaro gabaritus. Pavyzdžiui, didžiausi ir mažiausi kometų maksimalūs nuotoliai nuo Saulės parodo išorinį ir vidinį debesies spindulius.
2-20 tūkstančių astronominių vienetų nuotoliu plyti vidinis debesis, dar vadinamas Hillso debesiu arba Oorto disku – iš jo atkeliauja dalis trumpojo periodo kometų. Kaip galima suprasti iš pastarojo pavadinimo, ši debesies dalis yra paplokščia ir daugmaž sutampa su ekliptikos plokštuma. Toliau nei 20 tūkstančių AU atstumu debesis suapvalėja; išorinis jo kraštas gali siekti 50, o gal net 100-200 tūkstančių AU.
Ši riba nėra pastovi – priklausomai nuo žvaigždžių judėjimo Saulės aplinkoje ji gali išsiplėsti ar susitraukti.
Kiek objektų yra Oorto debesyje? Aišku, visi vertinimai yra labai apytikriai, bet manoma, kad kilometro ir didesnių kūnų ten gali būti apie trilijoną. Išsidėstę tokiame milžiniškame tūryje, jie nesudaro didelės koncentracijos, tipiniai atstumai siekia dešimtis milijonų kilometrų. Bendra masė irgi nėra ypatingai didelė – keletą kartų didesnė nei Žemės.
Didžiąją šios masės dalį sudaro įvairių lakių elementų ir junginių – vandens, metano, anglies monoksido ir panašių – ledas, bet yra ir keli procentai uolienų.
Oorto debesies kilmė, bent iš dalies, greičiausiai panaši į Kuiperio žiedo: ten užsiliko planetų formavimosi proceso nuolaužos, kurias planetų gravitacija išsviedė tolyn nuo Saulės. Daugelis jų išlėkė visiškai lauk iš sistemos, bet dalies energija buvo tokia, kad jos dar liko gravitaciškai susietos su Saule.
Aplinkinių žvaigždžių – kurių jaunystėje Saulės aplinkoje buvo daug daugiau, nei dabar – trauka orbitas suapvalino, kol jos suformavo debesį, vis dar supantį Saulę. Įdomu, kad procesas vyksta iki šių dienų – Išsklaidytojo disko objektai po truputį išlekia į tolimesnes orbitas ir papildo Oorto debesį.
Iš kitos pusės, procesas nėra efektyvus: modeliai rodo, kad tokiu būdu Oorto debesį užpildyti galėjo tik apie šešis milijardus kometų, taigi beveik visos likusios turėjo ateiti iš kažkur kitur. Tas mįslingas šaltinis greičiausiai buvo kaimynės gimtajame Saulės spiečiuje: jų tarpusavio gravitacija išmaišė kometas ir panašius kūnus tarpžvaigždinėje erdvėje, o paskui žvaigždės juos „susirinko“.
Didesnės žvaigždės nuolaužų prisigaudė daugiau, tad Saulė turbūt turi daugybę mažesnių sesių išmestų grumstų. Taigi iš Oorto debesies atskrendančios kometos gali mums papasakoti ir apie Saulės seseris, nors šios jau milijardus metų gyvena savo gyvenimus skirtingose Galaktikos vietose.
Panašiai, kaip mažieji kūnai, į sistemos pakraštį gali išlėkti ir planetos. Dabartinis Saulės sistemos formavimosi scenarijus irgi turi tokį įvykį: manoma, kad pradžioje turėjome penkias didžiąsias planetas, bet viena jų, dydžiu panaši į Uraną ir Neptūną, buvo išmesta lauk.
Tik nebūtinai visiškai lauk: nauji skaičiavimai rodo, jog yra maždaug 7 proc. tikimybė, kad ta planeta skrajoja kažkur Oorto debesyje. Apskritai 1-10 proc. išsviedžiamų planetų gali užsilikti tolimuose sistemų pakraščiuose, taigi tokių Oorto debesies egzoplanetų yra šansų rasti prie vienos iš 200-3000 kitų žvaigždžių.
Planetos planetomis, o kaip su pačiais Oorto debesimis prie kitų žvaigždžių? Tokie turėtų egzistuoti, Saulės sistema čia jokia išimtis. Ar įmanoma juos pamatyti? Galimai taip.
Objektų temperatūra turėtų siekti apie 10 kelvinų – nedaug daugiau, nei kosminės foninės mikrobangų spinduliuotės. Taigi pastarajai stebėti skirti teleskopai, tokie kaip Europos kosmoso agentūros Planck, yra jautrūs ir Oorto debesų spinduliuotei.
Galime tikėtis Planko duomenyse aptikti spinduliuotės paryškėjimus aplink žvaigždžių padėtis. Pačių žvaigždžių duomenyse nematyti, nes jos skleidžia labai mažai radijo ir mikrobangų spindulių, kuriuos ir stebi Plankas.
Bet suderinę Planko duomenų dangalapius su Gaia teleskopo duomenimis apie žvaigždžių padėtis, mokslininkai pabandė ką nors įžiūrėti. Aiškių įrodymų apie debesų egzistavimą nerado, tačiau aplinkinės karštos – už Saulę kiek masyvesnės – žvaigždės pasižymi tinkamo bangos ilgio spinduliuotės „halais“.
Tai nebūtinai yra Oorto debesų analogai, gali būti tiesiog dulkelių telkiniai, bet panašumo yra. Mūsų Oorto debesį taip pat daugiausiai sudaro mažytės dulkelės, nors didžioji masės dalis sutelkta kilometriniuose kūnuose. Tyrimo autorių vertinimu, Saulės Oorto debesies Planko duomenyse irgi nepavyktų pamatyti, jis būtų tiesiog pernelyg blausus. Bet ateityje, naudodami jautresnius mikrobangų teleskopus, turbūt galėsime aptikti kometų rezervuarus prie kitų žvaigždžių.
Kaip rašiau aukščiau, išorinė Oorto debesies riba nėra nei tiksliai aiški, nei pastovi. Šiuo metu artimiausia Saulei žvaigždė, Kentauro Proksima, nutolusi apie 1,3 parseko, arba 268 tūkstančius AU.
Labai panašiu atstumu yra ir Kentauro Alfa – dviejų maždaug Saulės masės žvaigždžių pora, aplink kurias Proksima sukasi beveik 9000 AU orbita. Šios žvaigždės apriboja Saulės Oorto debesies dydį, nes per daug nutolusius kūnus jų gravitacija gali pasiglemžti sau arba pasiųsti tolyn į tarpžvaigždinę kelionę.
Atstumai tarp žvaigždžių nuolat kinta, po 25 tūkstančių metų (labai trumpo laiko, palyginus su Oorto debesies kūnų orbitų periodais) tos pačios Kentauro Alfa ir Proksima bus maždaug ketvirčiu arčiau. Vėliau priartės kitos žvaigždės, anksčiau irgi turėjome svečių apylinkėse. Išorinė Oorto debesies riba yra šio kintančio aplinkinių žvaigždžių gravitacinio lauko padarinys.
Ir ne tik aplinkinių: dar vienas ją valdantis efektas yra Galaktiniai potvyniai. Galaktikos gravitacinis laukas silpsta, tolstant nuo centro. Skirtumai tarp priešingų kokio nors objekto orbitos pusių centrinėje Saulės sistemos dalyje yra nykstamai maži, lyginant su Saulės trauka, tad čia potvyninio efekto nejaučiame.
Tačiau Oorto debesis pakankamai didelis, o Saulės trauka ten pakankamai silpna, kad efektas taptų reikšmingas: debesis nuolat tempiamas išilgai ašies, nukreiptos Galaktikos centro link, o kitomis dviem kryptimis – spaudžiamas. Šių perturbacijų pakanka tiek kometoms pasiųsti Saulės link, tiek pašalinti joms iš debesies pakraščių.
Maždaug 100-200 tūkstančių AU nuotoliu nuo Saulės potvynio jėga tampa pakankamai stipri, kad visus kūnus atplėštų nuo Saulės. Sutapimo dėka, panašiu atstumu Saulė nustoja būti ryškiausia žvaigždė dangaus skliaute – priklausomai nuo to, į kurią pusę nuo jos keliaujame, šį titulą iš jos perima Sirijus arba Kentauro Alfa.
Taigi tą regioną galime laikyti pačia galutine Saulės sistemos riba – už jo nebejusti ne tik Saulės vėjo, bet ir jos gravitacija tampa tik vienos iš daugelio žvaigždžių indėliu į bendrą Galaktikos potencialą.
VU doc. Kastytį Zubovą galite sekti čia: Konstanta 42.