Przypuszczalne rozmiary obłoku Oorta w porównaniu z resztą Układu Słonecznego

Obłok Oorta (znany też pod nazwą obłoku Öpika-Oorta) – hipotetyczny, sferyczny obłok składający się z pyłu, drobnych okruchów i planetoid obiegających Słońce w odległości od 300 do 100 000 j.a.. Składa się głównie z lodu i zestalonych gazów takich jak amoniak czy metan. Rozciąga się do około jednej czwartej odległości do Proxima Centauri i około tysiąckrotnie dalej niż pas Kuipera i dysk rozproszony, gdzie krążą znane obiekty transneptunowe. Zewnętrzne granice obłoku Oorta wyznaczają granicę grawitacyjnej dominacji Układu Słonecznego.

Obłok Oorta jest pozostałością po formowaniu się Układu Słonecznego. W jego skład wchodzą obiekty wyrzucone z Układu przez oddziaływanie grawitacyjne gazowych olbrzymów we wczesnym okresie jego formowania. Można w nim wyróżnić dwa obszary: sferyczny obłok zewnętrzny i spłaszczony obłok wewnętrzny.

Choć dotychczas nie ma potwierdzonych bezpośrednich obserwacji obłoku Oorta, jego istnienia mają dowodzić komety długookresowe i wiele obiektów z grupy centaurów. Zewnętrzny obłok Oorta jest słabo związany grawitacyjnie z Układem Słonecznym i dlatego łatwo ulega zaburzeniom grawitacyjnym pod wpływem pobliskich gwiazd i sił pływowych Drogi Mlecznej. Te zaburzenia wytrącają komety z ich orbit i wysyłają je w okolice planet wewnętrznych. Choć trajektorie większości komet wskazują, że pochodzą one z dysku rozproszonego, niektóre z nich mogą pochodzić z dalszych obszarów. Spośród kilkuset planetoid, zaobserwowanych dotychczas za orbitą Neptuna, cztery mogą stanowić część obłoku Oorta: 90377 Sedna, 2000 CR105, 2006 SQ372 i 2008 KV42.

Hipotezy

W 1932 roku astronom estoński Ernst Öpik postawił hipotezę, że źródłem komet długookresowych jest obłok obiektów, rozciągający się poza granicami Układu Słonecznego. W 1950 roku na ten sam pomysł wpadł niezależnie holenderski astronom Jan Hendrik Oort, starając się znaleźć rozwiązanie następującego problemu: orbity komet są niestabilne i każda z nich musi w końcu albo zderzyć się ze Słońcem lub z którąś z planet, bądź zostać wyrzucona poza Układ. Dodatkowo komety przechodząc w pobliżu Słońca i nagrzewając się, tracą część swojej masy. Tym samym nie mogą one znajdować się na dzisiejszych orbitach od początku swojego istnienia. Musiały formować się gdzieś indziej i pozostać tam przez miliardy lat, aż do czasów dzisiejszych.

Wyróżnia się dwie główne klasy komet: krótkookresowe i długookresowe. Krótkookresowe mają stosunkowo krótkie orbity (poniżej 10 j.a.) i tak jak planety poruszają się w płaszczyźnie ekliptyki. Komety długookresowe mają długie orbity rzędu tysięcy j.a. i przybywają z kierunków losowych. Oort zauważył, że orbity komet długookresowych szczególnie często mają rozmiary rzędu 20 000 j.a., co sugeruje istnieje dużego zbioru obiektów w takiej odległości od Słońca. Pojawianie się rzadziej występujących komet, o orbitach rzędu 10 000 j.a., miałoby być efektem przechodzenia komet w pobliżu innych obiektów, zaburzających ich pierwotną orbitę.

Struktura i skład

Kształt obłoku Oorta i pasa Kuipera (wizja artysty)

Obłok Oorta zaczyna się 2000–5000 j.a. od Słońca i sięga 50 000 lub nawet 100 000 j.a. od niego. Można go podzielić na sferyczny obłok zewnętrzny (20 000–50 000 j.a.) i płaski obłok wewnętrzny (2000–20 000 j.a.). Obłok zewnętrzny jest słabo związany ze Słońcem i jest źródłem długookresowych i nieokresowych komet. Według modeli powstawania Układu Słonecznego, obłok wewnętrzny zawiera dziesiątki lub setki razy więcej obiektów niż zewnętrzny. Jest także potencjalnym źródłem nowych komet dla relatywnie rzadkiego zewnętrznego obłoku, dzięki czemu może on utrzymywać się przez miliardy lat.

Uważa się, że zewnętrzna część obłoku Oorta może zawierać kilka bilionów obiektów o średnicy powyżej 1,3 km (wiele miliardów ma absolutną wielkość gwiazdową jaśniejszą niż 11), co oznacza, że przeciętne odległości między tymi obiektami wynoszą dziesiątki milionów kilometrów. Jego całkowita masa nie jest dokładnie znana, ale przyjmując kometę Halleya za przeciętną kometę z tego zbioru, można ją oszacować na 3×10 kilogramów, czyli około pięciokrotność masy Ziemi. Wcześniejsze oszacowania podawały większe wielkości (do 380 mas Ziemi), ale rozwój wiedzy o rozkładzie wielkości komet długookresowych spowodował ich obniżenie. Masa wewnętrznego obłoku Oorta nie jest znana.

Jeśli przybywające do wewnątrz Układu komety uznać za reprezentatywną próbkę, to znaczna większość obiektów chmury Oorta składa się głównie z zestalonych prostych związków: wody, etanu, tlenku węgla i cyjanowodoru. Ostatnie odkrycia skalistych obiektów na bardzo wydłużonych orbitach sugerują jednak, że obłok może zawierać również duże ilości skał. Porównanie składu izotopowego węgla i azotu w kometach długookresowych i w obiektach pochodzących z okolic orbity Jowisza, pokazuje bardzo niewielkie różnice pomiędzy tymi dwiema grupami. Sugeruje to wspólne pochodzenie tych dwóch grup. Hipoteza ta jest poparta dodatkowo badaniami składu chemicznego komet z obłoku Oorta i wynikami misji Deep Impact.