I tusentals år har astronomer sett kometer resa nära jorden och lysa upp natthimlen. Med tiden ledde dessa observationer till ett antal paradoxer. Var kom till exempel alla kometer ifrån? Och om deras ytmaterial förångas när de närmar sig solen (därmed bildar deras berömda glorier), måste de bildas längre bort, där de skulle ha funnits där under större delen av deras livslängd.

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 ifrån. Denna existens av detta moln, som är känt som Oort Cloud (efter dess huvudsakliga teoretiska grundare), förblir obevisat. Men från de många korta och långvariga kometer som man tror har kommit därifrån har astronomer lärt sig mycket om struktur och sammansättning.

Definition:

Oortmolnet är ett teoretiskt sfäriskt moln av övervägande isiga planetesimaler som antas 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 regionen med solens gravitationella dominans.

Liksom Kuiperbältet och Spridd skiva, Oortmolnet är en reservoar med transneptuniska föremål, även om det är över tusentals gånger längre bort från vår sol som dessa andra två. Idén om ett moln av isiga oändliga djur föreslogs först 1932 av den estniska astronomen Ernst Öpik, som postulerade att långa kometer hade sitt ursprung i ett kretsande moln i ytterkanten av solsystemet.

1950, begreppet återupplivades 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 förekomsten av Oort Cloud allmänt accepterat i det vetenskapliga samfundet.

Struktur och komposition:

Det yttre Oortmolnet 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 Halleys komet är en typisk representation av yttre Oort Cloud-objekt – har den den kombinerade massan på ungefär 3 × 1025 kg (6,6 × 1025 pund) eller fem jordar.

Baserat på analyserna av tidigare kometer består de allra flesta Oort Cloud-objekt av isiga flyktiga ämnen – såsom vatten, metan, etan, kolmonoxid, vätecyanid och ammoniak. Utseendet på asteroider som tros ha sitt ursprung i Oortmolnet har också lett till teoretisk forskning som tyder på att befolkningen består av 1-2% asteroider. kunskap om storleksfördelningen av långa kometer har lett till lägre uppskattningar. Massan av det inre Oortmolnet har emellertid ännu inte karakteriserats. Innehållet i både Kuiper Belt och Oort Cloud är kända som Trans-Neptunian Objects (TNO), eftersom objekten i båda regionerna har banor som ligger längre bort från solen än Neptuns bana.

Ursprung:

Oortmolnet tros vara en rest av den ursprungliga protoplanetära skivan som bildades runt solen för cirka 4,6 miljarder år sedan. Den mest accepterade hypotesen är att Oortmolnets objekt 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 kastade ut dem i extremt lång elliptisk paraboliska banor.

Ny forskning från NASA antyder att ett stort antal Oort-molnobjekt är produkten av ett materialutbyte mellan solen och dess syskonstjärnor när de bildades och drev isär. Det föreslås också att många – möjligen 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 Oortmolnet från solsystemets början till nutiden. Dessa simuleringar indikerar att gravitationsinteraktion med närliggande stjärnor och galaktiska tidvatten modifierade kometiska banor för att göra dem mer cirkulära. Detta erbjuds som en förklaring till varför det yttre Oortmolnet har nästan sfärisk form medan Hills-molnet, som är starkare bundet till solen, inte har fått en sfärisk form.

Nya studier har visat att bildandet av Oort-molnet i stort sett är kompatibelt med hypotesen att solsystemet bildades som en del av ett inbäddat kluster av 200–400 stjärnor. Dessa tidiga stjärnor spelade sannolikt en roll i molnets bildande, eftersom antalet nära stjärnpassager i klustret var mycket högre än idag, vilket ledde till mycket frekventare störningar.

Kometer:

Kometer tros ha två utgångspunkter inom solsystemet. De börjar som oändliga djur i Oortmolnet och blir sedan kometer när passerande stjärnor slår ut några av dem ur sina banor och skickar in i en långvarig bana som tar dem in i det inre solsystemet och ut igen. Kortperioder kometer har banor som varar upp till två hundra år medan banor av långvariga kometer kan pågå i tusentals år. Medan kortperiodkometer antas ha uppstått från antingen Kuiperbältet eller den spridda skivan, är den accepterade hypotesen att långa kometer har sitt ursprung i Oortmolnet. Det finns dock några undantag från denna regel.

Det finns till exempel två huvudvarianter av kortperiodkomet: Jupiter-familjen kometer och Halley-familjen kometer. Halley-familjekometer, namngivna efter sin prototyp (Halleys komet) är ovanliga genom att även om de är korta i tiden, tros de ha sitt ursprung i Oortmolnet. Baserat på deras banor föreslås det att de en gång var långa kometer som fångades av en gasjättens allvar och skickades in i det inre solsystemet.

Utforskning:

Eftersom Oortmolnet är så mycket längre än Kuiper Bälte, regionen förblev outforskad och i stort sett odokumenterad. Rymdprober har ännu inte nått Oortmolnets område och Voyager 1 – den snabbaste och längsta av de interplanetära rymdproberna som för närvarande går ut ur solsystemet – kommer sannolikt inte att ge någon information om det.

Vid med sin nuvarande hastighet når Voyager 1 Oort-molnet på cirka 300 år och det tar cirka 30 000 år att passera genom det. Men runt 2025 kommer sondens termoelektriska generatorer inte längre att leverera tillräckligt med kraft för att driva något av dess vetenskapliga instrument. De andra fyra sonderna som för närvarande flyr från solsystemet – Voyager 2, Pioneer 10 och 11 och New Horizons – kommer inte att fungera när de når Oort-molnet.

Utforska Oortmolnet ger många svårigheter, varav de flesta härrör från det faktum att det är otroligt avlägset från jorden. När en robotprob faktiskt skulle kunna nå den och börja utforska området på allvar, kommer århundraden att ha gått här på jorden. Inte bara skulle de som hade skickat ut den i första hand vara döda länge, men mänskligheten kommer sannolikt att ha uppfunnit mycket mer sofistikerade sonder eller till och med bemannade hantverk under tiden.

Ändå kan studier vara (och genomförs genom att undersöka kometerna som det periodvis spottar ut, och långväga observatorier kommer sannolikt att göra några intressanta upptäckter från denna region i rymden under de kommande åren. Det är ett stort moln. Vem vet vad vi kan hitta som lurar där inne?

Vi har många intressanta artiklar om Oort Cloud och Solar System for Universe Today. Här är en artikel om hur stort solsystemet är och en om solsystemets diameter. Och här är allt du behöver veta om Halleys komet och bortom Pluto.

Du kanske också vill kolla in den här artikeln från NASA om 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: Oortmolnet.