Centaur (małe ciało Układu Słonecznego) - Centaur (small Solar System body)

Pozycje znanych zewnętrznych obiektów Układu Słonecznego.
Centaury krążą zazwyczaj do wewnątrz pasa Kuipera i poza trojanami Jowisza .

Słońce   trojany Jowisz  (6178)   Dysk rozproszony  (>300)   Trojany Neptun  (9)

Olbrzymie planety : Jowisz (J)  · Saturn (S)  · Uran (U)  · Neptun (N)   Centaury  (44 000)   Pas Kuipera  (>100 000)

(skala w AU ; epoka na styczeń 2015; liczba obiektów w nawiasach)

Centaurem w planetarnym astronomii , jest mały korpus układ słoneczny albo z perihelium lub wielkiej półosi między tymi z planety zewnętrzne . Centaury zazwyczaj mają niestabilne orbity, ponieważ przecinają lub przecinają orbity jednej lub więcej planet olbrzymów; prawie wszystkie ich orbity mają dynamiczny czas życia wynoszący zaledwie kilka milionów lat, ale istnieje jeden znany centaur, 514107 Kaʻepaokaʻawela , który może znajdować się na stabilnej (choć wstecznej) orbicie . Centaury zazwyczaj wykazują cechy zarówno asteroid, jak i komet . Ich nazwa pochodzi od mitologicznych centaurów, które były mieszanką konia i człowieka. Obserwacyjne nastawienie na duże obiekty utrudnia określenie całkowitej populacji centaurów. Szacunki dotyczące liczby centaurów w Układzie Słonecznym o średnicy powyżej 1 km wahają się od 44 000 do ponad 10 000 000

Pierwszym odkrytym centaurem, zgodnie z definicją Laboratorium Napędów Odrzutowych i tym używanym tutaj, był 944 Hidalgo w 1920 roku. Jednak nie uznano ich za odrębną populację aż do odkrycia 2060 Chiron w 1977 roku. Największy potwierdzony centaur to 10199 Chariklo , który przy średnicy 260 kilometrów jest tak duży jak średniej wielkości asteroida pasa głównego i wiadomo, że ma system pierścieni . Został odkryty w 1997 roku.

Nie centaur został sfotografowany z bliska, chociaż istnieją dowody na to, że Saturn jest księżyc Phoebe , sfotografowana przez sondę Cassini sondy w 2004 roku, mogą być przechwytywane centaur, który powstał w pasie Kuipera . Ponadto Kosmiczny Teleskop Hubble'a zebrał pewne informacje o cechach powierzchni 8405 Asbolus .

Ceres mogła pochodzić z rejonu planet zewnętrznych, a jeśli tak, można ją uważać za byłego centaura, ale centaury widywane dzisiaj pochodzą gdzie indziej.

Spośród obiektów, o których wiadomo, że zajmują orbity podobne do centaurów, około 30 wykazywało podobne do komet śpiączki pyłowe , przy czym trzy, 2060 Chiron , 60558 Echeclus i 29P/Schwassmann-Wachmann 1, miały całkowicie wykrywalne poziomy produkcji lotnej na orbitach poza Jowiszem. Chiron i Echeclus są zatem klasyfikowane zarówno jako centaury, jak i komety, podczas gdy Schwassmann-Wachmann 1 zawsze nosił oznaczenie komety. Inne centaury, takie jak 52872 Okyrhoe , są podejrzewane o wystąpienie śpiączki . Oczekuje się, że każdy centaur, który jest zaburzony wystarczająco blisko Słońca, stanie się kometą.

Klasyfikacja

Ogólna definicja centaura to małe ciało, które krąży wokół Słońca między Jowiszem a Neptunem i przecina orbity jednej lub więcej planet olbrzymów. Ze względu na nieodłączną długoterminową niestabilność orbit w tym regionie, nawet centaury, takie jak 2000 GM ₁₃₇ i 2001 XZ ₂₅₅ , które obecnie nie przecinają orbity żadnej planety, znajdują się na stopniowo zmieniających się orbitach, które będą zaburzone, dopóki nie zaczną przekroczyć orbitę jednej lub więcej gigantycznych planet. Niektórzy astronomowie zaliczają do centaurów tylko ciała z półosiami wielkimi w rejonie planet zewnętrznych; inni akceptują dowolne ciało z peryhelium w regionie, ponieważ ich orbity są podobnie niestabilne.

Rozbieżne kryteria

Jednak różne instytucje mają różne kryteria klasyfikacji obiektów granicznych, w oparciu o określone wartości ich elementów orbitalnych :

• Mniejsza planeta centrum (MPC) określa centaury jako posiadające peryhelium poza orbity Jupiter ( 5,2 AU < q ), oraz półoś mniej niż Neptune ( <30,1 AU ). Chociaż obecnie MPC często wymienia centaury i rozproszone obiekty dyskowe jako jedną grupę.
• Jet napędowy Laboratory (JPL) podobnie definiuje centaury jako posiadające półoś, , między tymi Jupiter i Neptune ( 5,5 AU ≤ ≤ 30,1 AU ).
• Natomiast Deep Ecliptic Survey (DES) definiuje centaury za pomocą dynamicznego schematu klasyfikacji. Klasyfikacje te opierają się na symulowanej zmianie zachowania obecnej orbity po rozciągnięciu na ponad 10 milionów lat. DES określa centaury jak Bezrezonansowe obiektów, których chwilowe ( osculating ) perihelia mniej niż osculating wielkiej półosi Neptune w dowolnym czasie podczas symulacji. Ta definicja ma być synonimem orbit przecinających planety i sugerować stosunkowo krótki czas życia na obecnej orbicie.
• W kolekcji The Solar System Beyond Neptune (2008) zdefiniowano obiekty z półosią wielką pomiędzy tymi Jowisza i Neptuna a parametrem Tisseranda względem Jowisza powyżej 3,05 jako centaury, klasyfikując obiekty z parametrem Tisseranda względem Jowisza poniżej tego i, aby wykluczyć obiekty pasa Kuipera , arbitralne odcięcie peryhelium w połowie drogi do Saturna ( q ≤ 7,35 AU ) jako komety z rodziny Jowisza i sklasyfikować te obiekty na niestabilnych orbitach o półoś wielkiej większej niż oś Neptuna jako członków rozproszonych dysk.
• Inni astronomowie wolą definiować centaury jako obiekty, które nie są rezonansowy z peryhelium wewnątrz orbity Neptuna, który można wykazać prawdopodobieństwo przekroczenia Strefa Hilla o gazowego giganta w ciągu 10 milionów lat, tak że centaury można traktować jako obiekty rozproszone do wewnątrz, które oddziałują silniej i rozpraszają się szybciej niż typowe obiekty na dyskach rozproszonych.
• Baza danych małych ciał JPL zawiera 452 centaury. Istnieje dodatkowe 116  obiektów transneptunowych (obiektów o wielkiej półosi dalej niż Neptuna, tj. 30,1 AU ≤ a ) o peryhelium bliższym niż orbita Urana ( q ≤ 19,2 AU ).

Obiekty niejednoznaczne

Kryteria Gladmana i Marsdena (2008) spowodowały, że niektóre obiekty z rodziny Jowiszów: zarówno Echeclus ( q = 5,8 AU , T _J = 3,03 ) jak i Okyrhoe ( q = 5,8 AU ; T _J = 2,95 ) były tradycyjnie klasyfikowane jako centaury. Tradycyjnie uważany za asteroidę, ale sklasyfikowany przez JPL jako centaur, Hidalgo ( q = 1,95 AU ; T _J = 2,07 ) również zmieniłby kategorię na kometę z rodziny Jowisza. Schwassmann-Wachmann 1 ( P = 5,72 AU , t _J = 2,99 ) zostały sklasyfikowane jako zarówno centaurem i komety Jupiter mieszkaniami, zależnie od użytej definicji.

Inne obiekty uchwycone między tymi różnicami w metodach klasyfikacji obejmują (44594) 1999 OX 3 , który ma półoś wielką 32 ja, ale przecina orbity zarówno Urana, jak i Neptuna. Jest wymieniony jako zewnętrzny centaur przez Deep Ecliptic Survey (DES). Wśród centaurów wewnętrznych, (434620) 2005 VD , z odległością peryhelium bardzo blisko Jowisza, jest wymieniony jako centaur zarówno przez JPL, jak i DES.

Niedawna symulacja orbitalna ewolucji obiektów Pasa Kuipera przez region centaurów zidentyfikowała krótkotrwałą „ bramę orbitalną ” między 5,4 a 7,8 j.a., przez którą przechodzi 21% wszystkich centaurów, w tym 72% centaurów, które stały się rodziną Jowisza komety. Wiadomo, że obszar ten zajmują cztery obiekty, w tym 29P/Schwassmann-Wachmann , P/2010 TO20 LINEAR-Grauer , P/2008 CL94 Lemmon i 2016 LN8 , ale symulacje wskazują, że na promień, który jeszcze nie został wykryty. Obiekty w tym regionie bramy mogą wykazywać znaczną aktywność i znajdują się w ważnym ewolucyjnym stanie przejściowym, który dodatkowo zaciera różnicę między populacjami centaurów i komet z rodziny Jowisz.

Komisja małe ciało scalonej z Międzynarodowej Unii Astronomicznej formalnie nie odważa się na każdej stronie dyskusji. Zamiast tego przyjął następującą konwencję nazewnictwa dla takich obiektów: Zgodnie z ich centaurowymi orbitami przejściowymi między TNO a kometami, „obiekty na niestabilnych, nierezonansowych orbitach przecinających gigantyczne planety o półosiach większych niż osie Neptuna” mają być nazwany na cześć innych hybrydowych i zmiennokształtnych mitycznych stworzeń. Do tej pory zgodnie z nową polityką nazwano tylko obiekty binarne Ceto i Phorkis oraz Typhon i Echidna .

Centaury o zmierzonych średnicach wymienione jako możliwe planety karłowate według strony internetowej Mike'a Browna obejmują 10199 Chariklo , (523727) 2014 NW 65 i 2060 Chiron .

Orbity

Dystrybucja

Orbity znanych centaurów

Diagram ilustruje orbity znanych centaurów w stosunku do orbit planet. W przypadku wybranych obiektów mimośrodowość orbit jest reprezentowana przez czerwone segmenty (rozciągające się od peryhelium do aphelium).

Orbity centaurs wykazują szeroki zakres mimośród z bardzo mimośrodu ( Pholus , Asbolus , Amycus , Nessus ) do bardziej kołowa ( Chariklo i Saturna przekraczających Thereus i Okyrhoe ).

Aby zilustrować zakres parametrów orbit, wykres pokazuje kilka obiektów o bardzo nietypowych orbitach, zaznaczonych na żółto:

• 1999 XS 35 ( asteroida Apollo ) porusza się po niezwykle ekscentrycznej orbicie ( e = 0,947 ), prowadząc ją z wnętrza orbity Ziemi (0,94 j.a.) daleko poza Neptuna ( > 34 j.a. )
• 2007 TB ₄₃₄ podąża po orbicie quasi kołowej ( e < 0,026 )
• 2001 XZ ₂₅₅ ma najmniejsze nachylenie ( i < 3° ).
• 2004 YH ₃₂ należy do niewielkiego odsetka centaurów o ekstremalnym nachyleniu postępowym ( i > 60° ). Podąża po orbicie tak bardzo nachylonej (79°), że chociaż przechodzi z odległości pasa planetoid od Słońca do odległości Saturna, jeśli jego orbita jest rzutowana na płaszczyznę orbity Jowisza, to nawet nie leci. aż do Jowisza.

Kilkanaście znanych centaurów porusza się po orbitach wstecznych. Ich skłonności wahają się od skromnych ( np . 160° dla Dioretsa ) do skrajnych ( i < 120° ; np . 105° dla (342842) 2008 YB 3 ). Siedemnaście z tych centaurów o dużym nachyleniu wstecznym było kontrowersyjnie deklarowanych, że mają pochodzenie międzygwiezdne.

Zmiana orbit

Półoś z Asbolus ciągu najbliższych 5500 lat, stosując dwa nieco różne szacunki elementy orbitalne współczesnych. Po spotkaniu z Jowiszem w roku 4713 oba obliczenia rozchodzą się.

Ponieważ centaury nie są chronione przez rezonanse orbitalne , ich orbity są niestabilne w skali czasowej 10 ^{6 –} 10 ⁷  lat. Na przykład 55576 Amycus znajduje się na niestabilnej orbicie w pobliżu rezonansu 3:4 Urana. Dynamiczne badania ich orbit wskazują, że bycie centaurem jest prawdopodobnie pośrednim stanem orbitalnym obiektów przechodzących z pasa Kuipera do rodziny krótkookresowych komet Jowisza .

Obiekty mogą być zaburzone z Pasa Kuipera, po czym przechodzą przez Neptuna i oddziałują grawitacyjnie z tą planetą (patrz teorie pochodzenia ). Następnie klasyfikuje się je jako centaury, ale ich orbity są chaotyczne, ewoluując stosunkowo szybko, gdy centaur wielokrotnie zbliża się do jednej lub więcej planet zewnętrznych. Niektóre centaury wyewoluują w orbity przecinające Jowisz, po czym ich peryhelia mogą zostać zredukowane do wewnętrznego Układu Słonecznego i mogą zostać przeklasyfikowane jako aktywne komety z rodziny Jowisza, jeśli wykażą aktywność kometarną. W ten sposób centaury ostatecznie zderzą się ze Słońcem lub planetą lub mogą zostać wyrzucone w przestrzeń międzygwiezdną po bliskim zbliżeniu się do jednej z planet, szczególnie Jowisza .

Charakterystyka fizyczna

Stosunkowo niewielkie rozmiary centaurów uniemożliwiają zdalną obserwację powierzchni, ale wskaźniki kolorów i widma mogą dostarczyć wskazówek na temat składu powierzchni i wglądu w pochodzenie ciał.

Zabarwienie

Rozkład kolorów centaurów

Kolorystyka centaurów jest bardzo zróżnicowana, co stanowi wyzwanie dla każdego prostego modelu kompozycji powierzchni. Na schemacie bocznym, wskaźniki kolorów są miarami pozornej jasności obiektu przez filtr niebieski (B), widzialny (V) (tj. zielono-żółty) i czerwony (R). Diagram ilustruje te różnice (w przesadnych kolorach) dla wszystkich centaurów o znanych wskaźnikach kolorystycznych. Dla porównania, wykreślono dwa księżyce: Tryton i Phoebe oraz planetę Mars (żółte etykiety, rozmiar nie w skali).

Centaury wydają się być podzielone na dwie klasy:

• bardzo czerwony – np. 5145 Pholus
• niebieski (lub niebiesko-szary według niektórych autorów) – np. 2060 Chiron czy 2020 MK 4

Istnieje wiele teorii wyjaśniających tę różnicę kolorów, ale można je ogólnie podzielić na dwie kategorie:

• Różnica koloru wynika z różnicy w pochodzeniu i/lub składzie centaura (patrz pochodzenie poniżej)
• Różnica kolorów odzwierciedla inny poziom wietrzenia przestrzeni w wyniku promieniowania i/lub aktywności kometarnej .

Jako przykłady drugiej kategorii, czerwonawy kolor Pholus został wyjaśniony jako możliwy płaszcz napromieniowanych czerwonych substancji organicznych, podczas gdy Chiron zamiast tego odsłonił lód ze względu na okresową aktywność kometarną, nadając mu niebieski/szary wskaźnik. Korelacja z aktywnością i kolorem nie jest jednak pewna, ponieważ aktywne centaury obejmują zakres kolorów od niebieskiego (Chiron) do czerwonego (166P/NEAT). Alternatywnie, Pholus mógł zostać wyrzucony z pasa Kuipera dopiero niedawno, tak że procesy transformacji powierzchni jeszcze nie miały miejsca.

Delsanti i in. zasugeruj wiele konkurencyjnych procesów: czerwienienie pod wpływem promieniowania i rumienienie w wyniku zderzeń.

Widma

Interpretacja widm jest często niejednoznaczna, związana z rozmiarami cząstek i innymi czynnikami, ale widma dają wgląd w skład powierzchni. Podobnie jak w przypadku kolorów, obserwowane widma mogą pasować do wielu modeli powierzchni.

Sygnatury lodu wodnego zostały potwierdzone na wielu centaurach (w tym 2060 Chiron , 10199 Chariklo i 5145 Pholus ). Oprócz sygnatury lodu wodnego zaproponowano szereg innych modeli:

• Sugeruje się, że powierzchnia Chariklo jest mieszaniną tolin (takich jak te wykryte na Tytanie i Trytonie ) z amorficznym węglem .
• Sugeruje się, że Pholus pokryty jest mieszaniną tytanopodobnych tolin , sadzy , oliwinu i lodu metanolowego .
• Sugeruje się, że powierzchnia 52872 Okyrhoe jest mieszaniną kerogenów , oliwinów i niewielkiego procentu lodu wodnego.
• Sugeruje się, że 8405 Asbolus jest mieszaniną 15% tholinopodobnych tritonów , 8% tholinopodobnych do tytanu, 37% amorficznego węgla i 40% tolin lodowych.

Chiron wydaje się być najbardziej złożony. Obserwowane widma różnią się w zależności od okresu obserwacji. Sygnatura lodu wodnego została wykryta w okresie niskiej aktywności i zniknęła podczas wysokiej aktywności.

Podobieństwa do komet

Kometa 38P wykazuje zachowanie centaurów, zbliżając się do Jowisza, Saturna i Urana w latach 1982-2067.

Obserwacje Chirona w 1988 i 1989 roku w pobliżu jego peryhelium wykazały, że wykazuje on komę (chmurę gazu i pyłu wyparowującą z jego powierzchni). W związku z tym jest teraz oficjalnie klasyfikowana zarówno jako mała planeta, jak i kometa, chociaż jest znacznie większa niż typowa kometa i istnieją pewne kontrowersje. Inne centaury są monitorowane pod kątem aktywności podobnej do komet: jak dotąd dwa, 60558 Echeclus i 166P/NEAT , wykazały takie zachowanie. 166P/NEAT została odkryta, gdy wykazywała stan śpiączki, dlatego została zaklasyfikowana jako kometa, chociaż jej orbita jest zgodna z centaurem. 60558 Echeclus odkryto bez śpiączki, ale niedawno stał się aktywny, więc teraz również jest klasyfikowany jako kometa i asteroida. Ogólnie istnieje około 30 centaurów, dla których wykryto aktywność, a aktywna populacja jest nastawiona na obiekty o mniejszych odległościach peryhelium.

Tlenek węgla został wykryty w 60558 Echeclus i Chiron w bardzo małych ilościach, a uzyskana szybkość produkcji CO została obliczona jako wystarczająca do wyjaśnienia zaobserwowanej śpiączki. Obliczone tempo produkcji CO zarówno z 60558 Echeclus, jak i Chiron jest znacznie niższe niż to, co zwykle obserwuje się dla 29P/Schwassmann-Wachmann , innej odległej aktywnej komety, często klasyfikowanej jako centaur.

Nie ma wyraźnego rozróżnienia orbitalnego między centaurami a kometami. Zarówno 29P/Schwassmann-Wachmann, jak i 39P/Oterma są określane jako centaury, ponieważ mają typowe orbity centaurów. Kometa 39p / oterma jest obecnie nieaktywna i był postrzegany jako aktywny tylko zanim został zaburzony w orbicie centaur przez Jowisza w 1963 roku słaby kometa 38P / Stephan-Oterma prawdopodobnie nie wykazują śpiączkę gdyby odległość peryhelium poza Jowisza orbita na 5 AU. Do roku 2200 kometa 78P/Gehrels prawdopodobnie migruje na zewnątrz na orbitę podobną do centaura.

Okresy rotacyjne

Analiza periodogramu krzywych światła tych Chiron i Chariklo daje odpowiednio następujące okresy rotacji: 5,5±0,4h i 7,0±0,6h.

Rozmiar, gęstość, współczynnik odbicia

Centaury mogą osiągać średnice do setek kilometrów. Największe centaury mają średnice przekraczające 300 km i zamieszkują głównie powyżej 20 AU .

Hipotezy pochodzenia

Badania nad pochodzeniem centaurów są bogate w najnowsze odkrycia, ale jakiekolwiek wnioski są nadal utrudnione przez ograniczone dane fizyczne. Zaproponowano różne modele możliwego pochodzenia centaurów.

Symulacje wskazują, że orbita niektórych obiektów Pasa Kuipera może zostać zakłócona, co spowoduje wyrzucenie obiektu i stanie się centaurem. Rozproszone dyski byłyby dynamicznie najlepszymi kandydatami (na przykład centaury mogą być częścią „wewnętrznego” dysku rozproszonego obiektów zaburzonych do wewnątrz z pasa Kuipera.) do takich wypędzeń, ale ich kolory nie pasują do dwukolorowej natury centaury. Plutyny są klasą obiektów pasa Kuipera, które wykazują podobną dwukolorową naturę i istnieją sugestie, że nie wszystkie orbity plutynów są tak stabilne, jak początkowo sądzono, z powodu zaburzeń wywołanych przez Plutona . Oczekuje się dalszego rozwoju z większą ilością danych fizycznych dotyczących obiektów pasa Kuipera.

Niektóre centaury mogą mieć swój początek w epizodach fragmentacji, być może wywołanych podczas bliskich spotkań z Jowiszem. Orbity centaurów 2020 MK4 , P / 2008 CL94 (Lemmon) i P / 2010 TO20 (LINEAR-Grauer) przechodzą zbliżony do komety 29P / Schwassmann-Wachmann możliwe są pierwsze odkryte centaur i bliskie spotkania, w którym jeden z obiekty przechodzą przez śpiączkę 29P, gdy są aktywne.

Wybitne centaury

Zobacz też

• Asteroida
• Planeta krasnoludków

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Lista centaurów i obiektów na dyskach rozproszonych
• Centaury z Encyklopedii Astrobiologii Astronomia i loty kosmiczne
• Horner, Jonathan; Łykawka, Patryk Sofia (2010). „Trojany planetarne – główne źródło komet krótkookresowych?”. Międzynarodowy Czasopismo Astrobiologii . 9 (4): 227–234. arXiv : 1007.2541 . Kod bib : 2010IJAsB...9..227H . doi : 10.1017/S1473550410000212 . S2CID  53982616 .
• NASA WISE odkrywa tajemnicze centaury, które mogą być kometami (2013)