I tusentals år har astronomer sett kometer resa nära jorden och tända natthimlen. Med tiden ledde dessa observationer till ett antal paradoxer. Till exempel, var kom dessa kometer alla ifrån? Och om deras ytmaterial förångas när de närmar sig solen (och därmed bildar sina berömda glorier), måste de formas längre bort, där de skulle ha funnits där under de flesta av deras livslängder.
Med tiden ledde dessa observationer till teorin att långt bortom solen och planeterna finns det ett stort moln av isigt material och sten där de flesta av dessa kometer kommer från. Denna förekomst av detta moln, som kallas Oort Cloud (efter dess främsta teoretiska grundare), förblir obevisad. Men från de många korta och långa perioderna som tros ha kommit därifrån har astronomer lärt sig mycket om strukturen och sammansättningen.
Definition:
Oort-molnet är ett teoretiskt sfäriskt moln av övervägande isiga planetesimaler som tros omge solen på ett avstånd av upp till cirka 100 000 AU (2 ly). Detta placerar det i det interstellära utrymmet, bortom Solens heliosfär, där det definierar den kosmologiska gränsen mellan solsystemet och solskyddsområdet.
Liksom Kuiper Belt och Scattered Disc är Oort Cloud en reservoar av trans-Neptuniska föremål, även om den är tusentals gånger mer avlägsen från vår sol som dessa andra två. Idén om ett moln med isiga infinitesimaler föreslogs först 1932 av den estniska astronomen Ernst Öpik, som antydde att kometer från lång tid härrörde från ett kretsande moln vid solens yttersta kant.
År 1950 återuppstod konceptet av Jan Oort, som självständigt antog att det fanns för att förklara beteendet hos långvariga kometer. Även om det ännu inte har bevisats genom direkt observation, är Oort-molnens existens allmänt accepterat i det vetenskapliga samfundet.
Struktur och sammansättning:
Oort-molnet tros sträcka sig från mellan 2 000 och 5 000 AU (0,03 och 0,08 ly) till så långt som 50 000 AU (0,79 ly) från solen, även om vissa uppskattningar placerar ytterkanten så långt som 100 000 och 200 000 AU (1,58 och 3,16 ly). Molnet tros bestå av två regioner - ett sfäriskt yttre Oort-moln på 20 000 - 50 000 AU (0,32 - 0,79 ly), och skivformade inre Oort (eller kullar) moln på 2 000 - 20 000 AU (0,03 - 0,32 ly) .
Det yttre Oort-molnet kan ha biljoner objekt större än 1 km (0,62 mi) och miljarder som mäter 20 kilometer (12 mi) i diameter. Dess totala massa är inte känd, men - förutsatt att Halley's Comet är en typisk representation av yttre Oort Cloud-objekt - har den den kombinerade massan på ungefär 3 × 1025 kilogram (6,6 × 1025 pund) eller fem jordar.
Baserat på analyser av tidigare kometer består den stora majoriteten av Oort Cloud-föremål av isiga flyktiga ämnen - som vatten, metan, etan, kolmonoxid, vätecyanid och ammoniak. Utseendet på asteroider som tros komma från Oort Cloud har också lett till teoretisk forskning som antyder att befolkningen består av 1-2% asteroider.
Tidigare uppskattningar placerade sin massa upp till 380 jordmassor, men förbättrad kunskap om storleksfördelningen för kometer med lång tid har lett till lägre uppskattningar. Under tiden har massan av det inre Oort Cloud ännu inte präglats. Innehållet i både Kuiper Belt och Oort Cloud kallas Trans-Neptunian Objects (TNOs), eftersom objekten i båda regionerna har banor som är längre från solen än Neptuns omloppsbana.
Ursprung:
Oort-molnet tros vara en rest av den ursprungliga protoplanetära skivan som bildades runt solen för cirka 4,6 miljarder år sedan. Den mest allmänt accepterade hypotesen är att Oort-molnets föremål ursprungligen sammanföll mycket närmare solen som en del av samma process som bildade planeterna och mindre planeter, men att gravitationsinteraktion med unga gasjättar som Jupiter utkastade dem till extremt lång elliptisk eller paraboliska banor.
Nyligen genomförd forskning från NASA antyder att ett stort antal Oort-molnobjekt är en produkt av ett utbyte av material mellan solen och dess syskonstjärnor när de bildades och drev isär. Det föreslås också att många - kanske majoriteten - av Oort-molnobjekt inte bildades i närheten av solen.
Alessandro Morbidelli från Observatoire de la Cote d’Azur har genomfört simuleringar av utvecklingen av Oort-molnet från början av solsystemet till nutid. Dessa simuleringar indikerar att gravitationsinteraktion med stjärnor i närheten och galaktiska tidvatten modifierade kometära banor för att göra dem mer cirkulära. Detta erbjuds som en förklaring till varför det yttre Oort-molnet är nästan sfäriskt i formen medan Hills-molnet, som är mer starkt bundet till solen, inte har fått en sfärisk form.
Nyligen genomförda studier har visat att bildandet av Oort-molnet är i stort sett kompatibelt med den hypotes som solsystemet bildade som en del av ett inbäddat kluster på 200–400 stjärnor. Dessa tidiga stjärnor spelade troligtvis en roll i molnets bildning, eftersom antalet nära stellarpassager i klustret var mycket högre än i dag, vilket ledde till mycket vanligare störningar.
Comets:
Kometer tros ha två ursprungspunkter inom solsystemet. De börjar vara oändliga i Oort-molnet och blir sedan kometer när förbipasserande stjärnor slår några av dem ur sina banor och skickar in i en långsiktig bana som tar dem in i det inre solsystemet och ut igen.
Kometer med kort period har banor som varar upp till två hundra år medan banorna för kometer med lång tid kan pågå i tusentals år. Medan kortsiktiga kometer tros ha kommit från antingen Kuiper Belt eller den spridda skivan, är den accepterade hypotesen att kometer med lång tid har sitt ursprung i Oort Cloud. Det finns dock några undantag från denna regel.
Till exempel finns det två huvudsorter av komet med kort period: Jupiter-familj-kometer och Halley-familj-kometer. Halley-familjkometer, namngivna efter sin prototyp (Halley's Comet) är ovanliga eftersom de trots att de är korta i tid, tros att de har sitt ursprung i Oort-molnet. Baserat på deras banor föreslås det att de en gång var kometer med lång tid som fångades av allvar av en gasjätt och skickades in i det inre solsystemet.
Utforskning:
Eftersom Oort Cloud är så mycket längre ut än Kuiper Belt, förblev regionen outforskad och till stor del okokumenterad. Rymdprober har ännu inte nått området med Oort-molnet, och Voyager 1 - den snabbaste och längsta av de interplanetära rymdproberna som för närvarande lämnar solsystemet - kommer sannolikt inte att ge någon information om det.
Med sin nuvarande hastighet, Voyager 1 kommer att nå Oort-molnet på cirka 300 år och det kommer att ta cirka 30 000 år att passera genom det. Cirka 2025 kommer sondens termoelektriska generatorer inte längre att tillhandahålla tillräckligt med kraft för att använda något av dess vetenskapliga instrument. De andra fyra sonderna som nu flyr från solsystemet - Voyager 2, Pioneer 10 och 11, och Nya horisonter - kommer också att vara icke-funktionella när de når Oort-molnet.
Att utforska Oort-molnet innebär många svårigheter, de flesta beror på att det är otroligt avlägset från jorden. När en robotprob faktiskt kunde nå den och börja utforska området på allvar, kommer århundraden att ha gått här på jorden. Inte bara skulle de som skickat ut det i första hand vara långa döda, utan mänskligheten har troligen uppfunnit mycket mer sofistikerade sonder eller till och med bemannade farkoster under tiden.
Ändå kan studier göras (och genomförs) genom att undersöka de kometer som den regelbundet spottar ut, och observatorier med lång räckvidd kommer sannolikt att göra några intressanta upptäckter från denna rymdregion under de kommande åren. Det är ett stort moln. Vem vet vad vi kanske lurar där inne?
Vi har många intressanta artiklar om Oort Cloud och Solar System for Space Magazine. Här är en artikel om hur stort solsystemet är och en om solsystemets diameter. Och här är allt du behöver veta om Halley's Comet and Beyond Pluto.
Du kanske också vill kolla in den här artikeln från NASA på Oort Cloud och en från University of Michigan om kometernas ursprung.
Glöm inte att titta på podcasten från Astronomy Cast. Avsnitt 64: Pluto och det isiga yttre solsystemet och avsnitt 292: The Oort Cloud.
Referens:
NASA Solar System Exploration: Kuiper Belt & Oort Cloud
