Межзвездные объекты

С появлением небесной механики ученых всегда волновал вопрос о том, насколько постоянными по времени остаются орбиты населяющих Солнечную систему тел, то есть устойчивость Солнечной системы. Существуют теории, что орбиты больших планет Солнечной системы со временем остаются неизменными, поэтому крупные катаклизмы нас не ожидают. С другой стороны, малые тела Солнечной системы подвержены существенным возмущениям со стороны больших планет. Эти возмущения приводят к тому, что малые тела Солнечной системы могут получить скорости, превышающие скорость убегания, поэтому они уйдут из Солнечной системы. Такие процессы могут происходить даже сейчас, потому что есть примеры такого рода. Чаще всего это происходило на ранних этапах эволюции Солнечной системы, когда структура не была определена, а большие планеты меняли свое положение. В процессе этих перестроек много малых тел Солнечной системы могли перейти на незамкнутые траектории и улететь из системы.

Это теоретическая картина, которую нам нужно подтвердить, и одним из подтверждений могут стать малые тела, прилетевшие к нам из других систем. Если предположить, что Солнечная система типична, то процессы, сопровождавшие ее формирование, существовали и в других планетных системах. Это означает, что не только Солнечная система выбрасывает тела в межзвездное пространство. Некоторые из этих тел могут иногда наблюдаться в Солнечной системе. Для определения межзвездного происхождения тела в Солнечной системе необходимо изучить параметры его орбиты. Со времен Ньютона известно, что в поле тяготения массивного источника тела движутся по траекториям — коническими сечениями. Если это замкнутые траектории, то сечения в форме окружности или эллипса. Если траектории незамкнутые, то это параболические и гиперболические сечения. Возьмем любое тело, которое летит через Солнечную систему по гиперболической траектории. С высокой вероятностью это тело прилетело в Солнечную систему извне. Нам известно множество тел в Солнечной системе, траектории которых не очень отличаются от параболы. Если говорить про такие тела, то это не с межзвездные пришельцы, а тела Солнечной системы, которые получили возмущение от других космических объектов. Когда траектория сильно гиперболическая, это повод воспринимать объект как источник информации о других планетных системах.

Достоверных наблюдений межзвездных тел, прилетевших в Солнечную систему из других планетных систем, всего два. Первое тело открыли в октябре 2017 года при помощи автоматического телескопа Pan-STARRS. Изначально это тело приняли за межзвездную комету, которую выбросило из другой планетной системы. Этот межзвездный объект отнесли к кометам потому, что нам известно много кометных тел, которые выбрасывало из нашей системы на ранних этапах ее эволюции. От этого предположения пришлось отказаться, потому что поверхность кометы при приближении к Солнцу начинает испаряться, создавая хвост. Это характерный признак комет. Таких признаков у первого межзвездного скитальца не наблюдалось, поэтому через неделю после открытия это тело переквалифицировали в астероид. Сейчас этот объект известен как первый межзвездный астероид с именем Оумуамуа на языке аборигенов Гавайских островов, что означает «первый разведчик».

На основе результатов наблюдений этого астероида выяснилось, что он обладает нетипичными для астероидов свойствами. Главным отличием были изменения его блеска. Это связывали с изменениями свойств поверхности — мы в разные моменты времени смотрим на разные участки поверхности космического тела. Еще это связывали с тем, что объект имеет сложную форму. В итоге изменения свойств поверхности Оумуамуа объяснить не удалось, поэтому ученые допустили, что астероид имеет причудливую форму. Изначально изменения его блеска объяснялись предположительно вытянутой формой с соотношением размеров 1 к 6. В последнее время появляются работы, в которых показали, что такую изменчивость блеска при определенных параметрах вращения будет иметь и очень плоский диск. 

Основной вопрос, который решают ученые, связан с отсутствием кометной активности у Оумуамуа. Мы ждали комету, а прилетел астероид. В ранней эволюции Солнечной системы в межзвездное пространство выбрасывались не только кометы, но соотношение кометных тел и астероидных было большим — примерно от 200 к 1 до нескольких тысяч к 1. Поэтому вероятность того, что первым к нам прилетит астероид, была низкой. Важно понимать: если мы согласимся с предположением, что в другой планетной системе происходят те же процессы, что и в Солнечной системе, то можно представить другие сценарии появления межзвездных скитальцев. Например, объекты могут появляться не на ранних этапах эволюции планетной системы, а на завершающих. Ближе к последним этапам родительская звезда превращается в белый карлик: сначала сильно расширяется и потом сильно теряет массу. В ходе этих изменений перестраивается структура планетной системы. Эта перестройка может привести к выбрасыванию из этой системы тел, которые будут астероидами или высушенными кометными ядрами, не проявляющими никакой кометной активности.

При исследовании первого межзвездного объекта ученым удалось выяснить, что на уходящем участке траектории, когда астероид Оумуамуа удалялся от Солнца, в его движении появилось некое негравитационное ускорение, которое объясняется истечением газов с его поверхности. Это может означать, что испарение поверхности происходит и мы имеем дело со старым и высушенным, но все-таки кометным ядром. Существуют другие объяснения этому негравитационному ускорению. Например, эффект космического паруса, поэтому астероид подгоняется давлением солнечного излучения, но для этого он должен иметь низкую плотность. Представить себе астероид с такой низкой плотностью сложно. Плотность Оумуамуа на порядки величины уступает плотности воды. Это означает, что мы имеем дело с крайне рыхлым телом. В Солнечной системе такие объекты обычно не наблюдаются.

В остальном астероид Оумуамуа не оказался выдающимся. Он имеет красноватый цвет, но такой цвет типичен для большого количества объектов Солнечной системы. Эта характеристика связана с образованием органических соединений под действием энергетических частиц, космических лучей и звездного излучения. Необычная форма и необычное вращение астероида Оумуамуа в Солнечной системе встречаются редко, но все же встречаются. В этом отношении можно считать, что неожиданностей первый межзвездный скиталец не принес. Единственная особенность связана с его астероидной природой, но и этот факт может получить заурядное объяснение.

Наступил 2019 год, и ученые обнаружили еще одно межзвездное тело. Особенно важно, что этот объект открыл человек, а не автоматика. Открыл его при помощи небольшого телескопа с 16-сантиметровым объективом российский астроном Геннадий Борисов. Сейчас большая часть открытий малых тел Солнечной системы совершается автоматикой, поэтому этот случай так примечателен. Объект, открытый Геннадием Борисовым, оказался первой межзвездной кометой. Теперь точно можно сказать, что у нее есть кома и хвост. По внешнему виду этот объект похож на кометы, которые мы наблюдаем в Солнечной системе. Астероид Оумуамуа открыли уже после того, как он прошел точку максимального сближения с Солнцем и Землей, а комета Борисова оказалась открыта до того, как она прошла максимальное сближение с Солнцем и Землей. Это означает, что нам удалось наблюдать ее на протяжении длительного времени после ее открытия, и долгое время мы еще сможем это делать. Комета Борисова представляет собой небольшое кометное ядро. Предполагали, что ее ядро имеет размер порядка километра или больше, но подробные наблюдения показали, что ее размер не превышает несколько сотен метров. В остальном это типичная комета, из которой вылетает испаряющийся газ и испаряющиеся пылинки. По своему составу хвост кометы Борисова отличается от комет Солнечной системы, но и выдающимся не является. Исследования кометы Борисова продолжаются, поэтому неожиданности могут ждать нас в будущем.

Сейчас возникает вопрос будущих открытий. Мы открыли межзвездный астероид, межзвездную комету, и в будущем тоже можно надеяться на подобные открытия. Наблюдательная техника становится более совершенной и чувствительной. Она способна фиксировать тонкие движения, поэтому поток открытий межзвездных скитальцев на этом вряд ли закончится. Наличие уже обнаруженных тел заставляет задуматься о том, не являются ли межзвездными скитальцами некоторые тела, которые уже находятся в Солнечной системе. Действительно, в Солнечной системе есть тела, которые по своим свойствам не очень похожи на другие тела Солнечной системы. Это может означать, что они прилетели к нам откуда-то еще. Наиболее известным из таких тел может оказаться комета Хякутакэ, которая появилась на земном небе в 1996 году. Она имеет необычный химический состав, возможно несущий в себе информацию о другой планетной системе. Теперь нам остается только шире раскрыть глаза и ожидать следующих гостей из межзвездного пространства.