Ученые «раздвинули» границы Солнечной системы

Многие специалисты полагают, что граница Солнечной системы заканчивается там, где гравитационное воздействие нашей звезды на космические тела становится меньше, чем гравитационное воздействие других светил. Пространство вокруг астрономического объекта (Солнца, других звезд, планет и спутников), в котором он способен удерживать тела поменьше, называют Сферой Хилла.

В случае нашего светила Сферой Хилла считают гипотетическое облако Оорта, точнее — внешнюю его часть. Это плотная сфера из триллионов ледяных обломков, которые окружают Солнце на расстоянии чуть больше одного светового года. Почему гипотетическое? Пока ученые не подтвердили его природу с помощью наблюдений, однако многие косвенные факты указывают на то, что облако Оорта действительно существует.

Исследователи давно пытаются определить границы Солнечной системы, понять, на каком именно расстоянии наше светило перестает влиять на другие объекты своей гравитацией.

Американский математик Эдвард Белбруно (Edward Belbruno) из Иешива-университета в Нью-Йорке и бывший главный научный сотрудник NASA Джеймс Грин (James Green) попробовали установить дальность гравитации Солнца с помощью компьютерных экспериментов.

Ученые смоделировали нашу звезду, а также окружающее пространство и выяснили, что на расстоянии 3,81 светового года от нас существует район, где космические объекты могут подвергаться гравитационному воздействию Солнца. Это намного дальше, чем внешняя часть гипотетического облака Оорта. О результатах своей работы исследователи рассказали в статье, опубликованной на сайте электронного архива препринтов arXiv.

Расчеты Белбруно и Грина показали, что между Солнцем и центром Галактики есть область, чем-то напоминающая точки Лагранжа. Эти точки расположены в системе, состоящей из двух массивных тел, в плоскости орбит которых лежат области равновесия, где ощущается гравитационный баланс. Малое тело, попавшее в такую точку, будет находиться в неподвижном состоянии относительно первого и второго тел, поскольку будет притягиваться с одинаковой силой как к первому, так и ко второму объекту.

Точки Лагранжа можно найти в нашей Солнечной системе: например, есть точка Лагранжа L2 системы «Солнце — Земля». Там гравитационное притяжение Земли и Солнца ученые используют для удержания космических аппаратов вроде орбитальной обсерватории «Джеймс Уэбб». Это позволяет телескопу оставаться неподвижным, сберегая топливо для других целей.

Математическая модель, которую Белбрун и Грин применили в исследовании, помогла выявить два региона в области пространства, в которых объекты ведут себя сперва как в точках Лагранжа, а затем резко меняют направления своего движения. В этих районах гравитационные силы Солнца и Млечного Пути взаимодействуют друг с другом, но на каком-то этапе гравитация нашего светила оказывается сильнее и заставляет космические тела выходить на необычную орбиту вокруг звезды.

По словам исследователей, объекты, которые попали в эту область, сперва будут двигаться по эллиптической орбите, но со временем их орбита начнет меняться и станет похожей на множество Мандельброта — фрактальный узор с бесконечными симметричными завихрениями и формами. По сути, эти тела останутся на новой орбите вечно, не будут выброшены обратно в межзвездное пространство и не столкнутся с Солнцем.

Правда, модель допустила, что их может «выбить» гравитационное  воздействие ближайшей к Солнцу звезды — красного карлика Проксима Центавра, расположенного всего в 4,2 светового года от нас.

Авторы научной работы отметили, что эта область весьма интересна с научной точки зрения, поскольку может стать ловушкой для определенного типа объектов вроде планет-сирот или межзвездных комет и астероидов, таких как Оумуамуа.

По мнению ученых, предсказанный математической моделью регион стоит изучить с помощью мощных телескопов, например широкоугольного обзорного телескопа-рефлектора обсерватории Веры Рубин, которая заработает в 2025 году.

Если научные инструменты обнаружат в этой области захваченные «гравитационными тисками» Солнца планеты-сироты, кометы или астероиды, значит, предположение Белбруно и Грина окажется верным — и гравитационное влияние нашей звезды распространяется гораздо дальше, чем считалось ранее. В таком случае гипотетические границы Солнечной системы необходимо пересмотреть.