Co to jest Kosmos? To jest takie prawie nieskończenie wielkie COŚ składające się z… I tu wymieniamy dość ściśle zdefiniowane byty: gwiazdy, planety, galaktyki, kwazary, pulsary, czarne dziury w różnych odmianach, kolorach i kształtach. Repertuar tych bytów kosmicznych jest skończony i (tak uważamy) zamknięty. Wiemy, że gwiazda, to gwiazda, a planeta to planeta, a razem wzięte tworzą układ gwiazdowy, na przykład Układ Słoneczny. Zapominamy jednak, że Kosmos to kontinuum i wyznaczanie ścisłych granic nie jest właściwą metodą zrozumienia jego natury. W poprzednim wpisie „Brązowe karły, czyli niedorobione gwiazdy” opisałem inny przykład niemożności poszufladkowania kosmicznych jestestw, czyli brązowe karły, już nie planety, a jeszcze nie gwiazdy. 

Obłok Oorta jest odpowiedzią na pytanie: jak daleko rozciąga się grawitacyjna „strefa wpływów” Słońca i jakie są tego konsekwencje? 

Trochę historii

Inspiracją do rozważań, które doprowadziły do koncepcji istnienia sfery nazwanej Obłokiem Oorta, były komety. Komety można z grubsza podzielić na dwa rodzaje: krótkookresowe komety ekliptyczne (to znaczy poruszające się w płaszczyźnie ekliptyki ¹) oraz komety długookresowe izotropowe, czyli pojawiające się w dowolnej części nieba, nadlatujące z dowolnego kierunku. Zakładano początkowo, że komety izotropowe poruszają się po orbitach parabolicznych, czyli pojawiają się jednorazowo i znikają na zawsze w otchłani kosmicznej. W istocie komety izotropowe pojawiają się w pobliżu Słońca cyklicznie, ale cykl ten jest bardzo długi, rzędu paruset lat. Źródłem komet ekliptycznych jest Pas Kuipera, który jest podobnej budowy co pas planetoid znajdujący się za orbitą Marsa, ale oddalony jest od Ziemi o około 50 AU (astronomical unit to tzw. jednostka astronomiczna, czyli średnia odległość Ziemi od Słońca. Polski skrót to j.a.). Dla porównania – najdalsza planeta Układu Słonecznego – Neptun, jest oddalona od Słońca o 30 AU. W Pasie Kuipera krąży wiele planet karłowatych: Pluton (do niedawna zwany Dziewiątą Planetą), Eris, Haumea, Makemake, Gonggong, Quaoar, Orcus, Sedna (to tylko największe z nich). 

Ale do rzeczy, czyli do historii odkrycia (czy raczej wyspekulowania istnienia) Obłoku Oorta. W 1907 Armin Otto Leuschner wysunął hipotezę, że komety izotropowe nie poruszają się po trajektoriach parabolicznych, ale krążą po wydłużonych elipsach. Hipotezę tę rozwinął holenderski astronom Jan Hendrik Oort w 1950 roku, od nazwiska którego Obłok został nazwany. No dobrze, ale skąd się biorą? W 1932 roku estoński astronom Ernst Öpik zaproponował, że rezerwuarem tych komet jest obszar oddalony od Słońca nie o kilkadziesiąt AU, jak Pas Kuipera, ale o tysiące, a nawet setki tysięcy AU. 200000 AU, bo na tyle ocenia się zasięg Obłoku, to ponad 3 lata świetlne. Bliżej stąd do Proximy Centauri (4,24 lat świetlnych niż do Słońca). Zewnętrzna powierzchnia Obłoku Oorta wyznacza granicę dominacji grawitacyjnej Układu Słonecznego nad grawitacją Galaktyki. Obliczenia Briana Marsdena określają materialną granicę Obłoku Oorta na około 50000 AU. Poza tą granicą przestrzeń jest praktycznie pusta. 

Jak powstają komety?

Według aktualnej wiedzy prawie wszystkie komety krótkookresowe pochodzą z Obłoku Oorta i są ciałami (skupiskami materii) wytrąconymi kiedyś z orbity kołowej przez oddziaływanie grawitacyjne przechodzącej w pobliżu gwiazdy lub obłoku materii. Ostatecznym miejscem „parkowania” takich komet jest Pas Kuipera, stąd też bierze się krótki okres ich obiegu. Komety długookresowe także pochodzą z Obłoku Oorta, ale ich prędkość i trajektoria pozwalają im uwolnić się od grawitacji Słońca i powrócić tam, skąd przybyły.

Geneza powstania Obłoku Oorta

Trzeba jasno powiedzieć – Obłoku nie jesteśmy w stanie obserwować, jesteśmy zdani tylko na dowody pośrednie jego istnienia, struktury i historii. Dlatego wszystkie rozważania są w istocie mniej lub bardziej prawdopodobnymi hipotezami wynikającymi z obserwacji obiektów, które jesteśmy w stanie obserwować, i coraz dokładniejszych symulacji. Obecnie uważa się, że powstał równocześnie z powstaniem planet Układu Słonecznego z pierwotnego dysku protoplanetarnego, a było to około 4,6 miliarda lat temu. Pierwotnie obiekty wchodzące w jego skład krążyły wokół Słońca razem z planetami, ale oddziaływanie grawitacyjne nowo tworzących się planet olbrzymich (Jowisza) wyrzuciło je daleko poza układ. Ostatnie badania NASA wskazują, że większość materii Obłoku Oorta nie pochodzi z pobliża Słońca, ale jest produktem wymiany z przelatującymi obok gwiazdami w początkowym okresie jego istnienia. Symulacje wskazują też na intensywną wymianę materii między Obłokiem Oorta a rozproszonym dyskiem będącym pozostałością dysku protoplanetarnego. 

Kontrowersje, spory i spekulacje 

Wszystkie wymienione obiekty: Pas Kuipera, rozproszony dysk i Obłok Oorta tworzą tzw. obiekty transneptunowe. Pierwsze dwa z wymienionych nadal są przedmiotem ontologicznych spekulacji. Jedni uważają, że są to dwa odrębne byty, inni, że stanowią jedność. Nic dziwnego, ich odległości od Słońca są zbliżone, zachowania podobne, a obserwacji tyle, co kot napłakał. Osią dyskusji jest oddziaływanie grawitacyjne Neptuna na zachowanie obiektów wchodzących w ich skład. Krakowskim targiem stanęło więc na tym, że nie definiuje się ich jako poszczególnych obiektów kosmicznych, które weszły albo nie weszły w interakcję z Neptunem, a jako regiony przestrzeni kosmicznej. 

Jak widać wszystko, co znajduje się poza orbitą Neptuna, może być (i jest) tematem ostrych sporów naukowych, niekoniecznie o szczegóły. Pluton, przez tyle lat (od 1930, w którym został odkryty) będący dziewiątą planetą naszego układu, decyzją Międzynarodowej Unii Astronomicznej został zdegradowany do miana planety karłowatej, plutoidu. Tak, jakby to miało jakieś znaczenie. Czasem mam wrażenie, że mniejsze wątpliwości (i bardziej powszechny konsensus) dotyczy obiektów kosmicznych o cechach dużo bardziej ekstremalnych niż zwykłe kawałki skał i lodu krążące wokół Słońca. Myślę o kwazarach, czarnych dziurach i ciemnej materii. Chyba dlatego, że wiarygodnych danych obserwacyjnych mamy tak mało, że każda hipoteza czy teoria na ich temat będzie sprawiała wrażenie wyssanej z palca fantastyki naukowej. 

1. Płaszczyzna ekliptyki to płaszczyzna, na której leży orbita Ziemi. Orbity pozostałych planet Układu Słonecznego są w niewielkim stopniu odchylone od p.e. ↩︎