Al duizenden jaren kijken astronomen naar kometen die dicht bij de aarde reizen en de nachtelijke hemel verlichten. Deze observaties leidden na verloop van tijd tot een aantal paradoxen. Waar kwamen deze kometen bijvoorbeeld allemaal vandaan? En als hun oppervlaktemateriaal verdampt als ze de zon naderen (en zo hun beroemde halo's vormen), moeten ze zich verder weg vormen, waar ze daar het grootste deel van hun leven zouden hebben bestaan.
Na verloop van tijd leidden deze waarnemingen tot de theorie dat er ver voorbij de zon en planeten een grote wolk van ijzig materiaal en gesteente bestaat waar de meeste van deze kometen vandaan komen. Dit bestaan van deze wolk, die bekend staat als de Oort-wolk (naar zijn belangrijkste theoretische grondlegger), blijft onbewezen. Maar van de vele kometen waarvan wordt aangenomen dat ze van korte en lange duur zijn, hebben astronomen veel geleerd over de structuur en samenstelling ervan.
Definitie:
De Oortwolk is een theoretische sferische wolk van overwegend ijzige planetesimalen waarvan wordt aangenomen dat ze de zon omringen tot een afstand van ongeveer 100.000 AU (2 ly). Dit plaatst het in de interstellaire ruimte, voorbij de heliosfeer van de zon, waar het de kosmologische grens definieert tussen het zonnestelsel en het gebied van de zwaartekrachtdominantie van de zon.
Net als de Kuipergordel en de verstrooide schijf is de Oortwolk een reservoir van trans-Neptuniaanse objecten, hoewel hij meer dan duizend keer verder verwijderd is van onze zon dan deze andere twee. Het idee van een wolk van ijzige infinitesimalen werd voor het eerst voorgesteld in 1932 door de Estse astronoom Ernst Öpik, die veronderstelde dat kometen voor een lange periode ontstonden in een baanende wolk aan de buitenste rand van het zonnestelsel.
In 1950 werd het concept nieuw leven ingeblazen door Jan Oort, die onafhankelijk van elkaar het bestaan ervan veronderstelde om het gedrag van kometen op lange termijn te verklaren. Hoewel het nog niet is bewezen door directe observatie, wordt het bestaan van de Oort Cloud algemeen geaccepteerd in de wetenschappelijke gemeenschap.
Structuur en samenstelling:
Aangenomen wordt dat de Oortwolk zich uitstrekt van tussen 2.000 en 5.000 AU (0,03 en 0,08 ly) tot 50.000 AU (0,79 ly) van de zon, hoewel sommige schattingen de buitenrand tot 100.000 en 200.000 AU (1.58 en 3.16 ly). Er wordt gedacht dat de wolk uit twee regio's bestaat: een bolvormige buitenste Oort-wolk van 20.000 - 50.000 AU (0,32 - 0,79 ly) en een schijfvormige binnenste Oort (of heuvels) wolk van 2.000 - 20.000 AU (0,03 - 0,32 ly) .
De buitenste Oort-wolk kan biljoenen objecten bevatten die groter zijn dan 1 km (0,62 mijl) en miljarden die een diameter hebben van 20 kilometer (12 mijl). De totale massa is niet bekend, maar - ervan uitgaande dat Halley's Comet een typische weergave is van buitenste Oort Cloud-objecten - heeft het de gecombineerde massa van ongeveer 3 × 1025 kilogram (6,6 x 1025 pond), of vijf aardes.
Op basis van de analyses van eerdere kometen bestaat de overgrote meerderheid van de Oort Cloud-objecten uit ijzige vluchtige stoffen - zoals water, methaan, ethaan, koolmonoxide, cyaanwaterstof en ammoniak. Het verschijnen van asteroïden waarvan wordt aangenomen dat ze afkomstig zijn van de Oort Cloud, heeft ook geleid tot theoretisch onderzoek dat suggereert dat de populatie uit 1-2% asteroïden bestaat.
Eerdere schattingen plaatsten de massa tot 380 massa's van de aarde, maar verbeterde kennis van de grootteverdeling van kometen met een lange periode heeft geleid tot lagere schattingen. De massa van de binnenste Oortwolk moet ondertussen nog worden gekarakteriseerd. De inhoud van zowel de Kuipergordel als de Oortwolk staat bekend als Trans-Neptuniaanse objecten (TNO's), omdat de objecten van beide regio's banen hebben die verder van de zon verwijderd zijn dan de baan van Neptunus.
Oorsprong:
Men denkt dat de Oort-wolk een overblijfsel is van de oorspronkelijke protoplanetaire schijf die ongeveer 4,6 miljard jaar geleden rond de zon werd gevormd. De meest algemeen aanvaarde hypothese is dat de objecten van de Oort-wolk aanvankelijk veel dichter bij de zon samenvloeiden als onderdeel van hetzelfde proces dat de planeten en kleine planeten vormde, maar dat de zwaartekrachtsinteractie met jonge gasreuzen zoals Jupiter ze in extreem lange elliptische of parabolische banen.
Recent onderzoek door NASA suggereert dat een groot aantal Oort-wolkobjecten het product is van een materiaaluitwisseling tussen de zon en zijn broers en zussen, terwijl ze zich vormden en uit elkaar dreven. Er wordt ook gesuggereerd dat veel - mogelijk de meeste - Oort-wolkobjecten niet in de buurt van de zon zijn gevormd.
Alessandro Morbidelli van het Observatoire de la Cote d’Azur heeft simulaties uitgevoerd over de evolutie van de Oort-wolk vanaf het begin van het zonnestelsel tot nu. Deze simulaties geven aan dat gravitatie-interactie met nabije sterren en galactische getijden de kometenbanen veranderde om ze meer circulair te maken. Dit wordt aangeboden als verklaring waarom de buitenste Oortwolk bijna bolvormig is, terwijl de heuvelswolk, die sterker aan de zon is gebonden, geen bolvorm heeft gekregen.
Recente studies hebben aangetoond dat de vorming van de Oortwolk in grote lijnen compatibel is met de hypothese dat het zonnestelsel is gevormd als onderdeel van een ingebedde cluster van 200–400 sterren. Deze vroege sterren speelden waarschijnlijk een rol bij de vorming van de wolk, aangezien het aantal nauwe stellaire passages binnen de cluster veel hoger was dan vandaag, wat leidde tot veel frequentere verstoringen.
Kometen:
Van kometen wordt gedacht dat ze twee oorsprongspunten hebben binnen het zonnestelsel. Ze beginnen als oneindig kleine dieren in de Oortwolk en worden dan kometen wanneer passerende sterren sommigen van hen uit hun banen slaan en in een baan op lange termijn sturen die hen naar het innerlijke zonnestelsel brengt en weer naar buiten.
Kometen met een korte periode hebben banen die tot tweehonderd jaar meegaan, terwijl de banen van kometen met een lange periode duizenden jaren kunnen duren. Terwijl wordt aangenomen dat kometen met een korte periode zijn voortgekomen uit de Kuipergordel of de verspreide schijf, is de geaccepteerde hypothese dat kometen met een lange periode hun oorsprong vinden in de Oort-wolk. Er zijn echter enkele uitzonderingen op deze regel.
Er zijn bijvoorbeeld twee hoofdvariëteiten van een komeet met een korte periode: kometen uit de Jupiter-familie en kometen uit de Halley-familie. Kometen van de Halley-familie, genoemd naar hun prototype (de komeet van Halley) zijn ongebruikelijk omdat ze, hoewel ze van korte duur zijn, vermoedelijk afkomstig zijn uit de Oort-wolk. Op basis van hun banen wordt gesuggereerd dat het ooit kometen met een lange periode waren die door de zwaartekracht van een gasreus werden gevangen en naar het binnenste zonnestelsel werden gestuurd.
Verkenning:
Omdat de Oort Cloud zoveel verder weg is dan de Kuipergordel, bleef de regio onontgonnen en grotendeels ongedocumenteerd. Ruimtesondes moeten het gebied van de Oortwolk nog bereiken, en Voyager 1 - de snelste en verste van de interplanetaire ruimtesondes die momenteel het zonnestelsel verlaten - zal er waarschijnlijk geen informatie over geven.
Met de huidige snelheid, Voyager 1 zal de Oort-wolk over ongeveer 300 jaar bereiken en zal er ongeveer 30.000 jaar over doen om er doorheen te gaan. Rond 2025 zullen de radio-isotoop thermo-elektrische generatoren van de sonde echter niet langer voldoende stroom leveren om een van zijn wetenschappelijke instrumenten te laten werken. De andere vier sondes ontsnappen momenteel aan het zonnestelsel - Voyager 2, Pioneer 10 en 11, en Nieuwe horizonten - zal ook niet functioneel zijn wanneer ze de Oort-cloud bereiken.
Het verkennen van de Oort-wolk brengt tal van moeilijkheden met zich mee, waarvan de meeste voortkomen uit het feit dat het ongelooflijk ver van de aarde verwijderd is. Tegen de tijd dat een robotische sonde het daadwerkelijk zou kunnen bereiken en het gebied serieus zou kunnen verkennen, zijn er hier op aarde eeuwen voorbijgegaan. Niet alleen zouden degenen die het in de eerste plaats hadden verzonden al lang dood zijn, maar de mensheid zal in de tussentijd waarschijnlijk veel geavanceerdere sondes of zelfs bemande vaartuigen hebben uitgevonden.
Toch kunnen studies worden (en worden) uitgevoerd door de kometen te onderzoeken die het periodiek uitspuugt, en observatoria op lange afstand zullen de komende jaren waarschijnlijk een aantal interessante ontdekkingen doen uit dit gebied van de ruimte. Het is een grote wolk. Wie weet wat we daar zouden kunnen vinden?
We hebben veel interessante artikelen over de Oort Cloud en het zonnestelsel voor Space Magazine. Hier is een artikel over hoe groot het zonnestelsel is, en een over de diameter van het zonnestelsel. En hier is alles wat u moet weten over Halley's Comet and Beyond Pluto.
Misschien wil je ook dit artikel lezen van NASA over de Oort Cloud en een artikel van de University of Michigan over de oorsprong van kometen.
Vergeet niet de podcast van Astronomy Cast te bekijken. Aflevering 64: Pluto en het ijzige buitenste zonnestelsel en aflevering 292: The Oort Cloud.
Referentie:
NASA Zonnestelselverkenning: Kuiper Belt & Oort Cloud
