Астероиды - малые планеты

Для справки

АСТЕРОИД - небольшое планетоподобное тело Солнечной системы (малая планета). Самый большой из них Церера, имеющий размеры 970х930 км. Астероиды по размерам сильно различаются, самые маленькие из них не отличаются от частиц пыли. Несколько тысяч астероидов известно под собственными именами. Полагают, что насчитывается до полумиллиона астероидов с диаметром более полутора километров. Однако общая масса всех астероидов меньше одной тысячной массы Земли. Большинство орбит астероидов сконцентрировано в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера на расстояниях от 2,0 до 3,3 а.е. от Солнца. Имеются, однако, и астероиды, чьи орбиты лежат ближе к Солнцу, типа группы Амура, группы Аполлона и группы Атена. Кроме того, имеются и более далекие от Солнца, типа центавров. На орбите Юпитера находятся троянцы. Астероиды могут быть классифицированы по спектру отраженного солнечного света: 75% из них очень темные углистые астероиды типа С, 15% - сероватые кремнистые астероиды типа S, а оставшиеся 10% включают астероиды типа М (металлические) и ряд других редких типов. Классы астероидов связаны с известными типами метеоритов. Имеется много доказательств, что астероиды и метеориты имеют сходный состав, так что астероиды могут быть теми телами, из которых образуются метеориты. Самые темные астероиды отражают 3 - 4% падающего на них солнечного света, а самые яркие - до 40%. Многие астероиды регулярно меняют яркость при вращении. Вообще говоря, астероиды имеют неправильную форму. Самые маленькие астероиды вращаются наиболее быстро и очень сильно различаются по форме. Космический аппарат "Галилео" при полете к Юпитеру прошел мимо двух астероидов, Гаспра (29 октября 1991 г.) и Ида (28 августа 1993 г.). Полученные детальные изображения позволили увидеть их твердую поверхность, изъеденную многочисленными кратерами, а также то, что Ида имеет небольшой спутник. С Земли можно получить информацию о трехмерной структуре астероидов с помощью большого радиолокатора Аресибской обсерватории. Астероиды, как полагают, являются остатками вещества, из которого сформировалась Солнечная система. Это предположение подкреплено тем, что преобладающий тип астероидов внутри пояса астероидов меняется с увеличением расстояния от Солнца. Столкновения астероидов, происходящие на больших скоростях, постепенно приводят к тому, что они разбиваются на мелкие части.

Астероиды рвутся к Земле!

14 июня 1873 г. Джеймс Уотсон на обсерватории Энн Арбор (США) открыл астероид 132 Аэрту. За этим объектом удалось следить всего три недели, а потом его потеряли. Однако результаты определения орбиты, говорили о том, что перигелий Аэрты находится внутри орбиты Марса. Но астероиды, которые бы приближались к орбите Земли, оставались неизвестны до конца XIX в. Первый астероид вблизи Земли был открыт Густавом Виттом только 13 августа 1898 г. В этот день на обсерватории Урания в Берлине он обнаружил слабый объект, быстро перемещающийся среди звезд. Большая скорость свидетельствовала о его необычайной близости к Земле, а слабый блеск близкого предмета - об исключительно малых размерах. Это был 433 Эрос, первый астероид-малютка поперечником менее 25 км. В год его открытия он прошел на расстоянии 22 млн. км от Земли. Его орбита оказалась не похожа ни на одну до сих пор известную. Перигелием она почти касалась орбиты Земли. 3 октября 1911 г., Иоганн Пализа в Вене открыл астероид 719 Альберт, который мог подходить к Земле почти так же близко, как Эрос до 0,19 a. e.. 12 марта 1932 г. Эжен Дельпорт на обсерватории в Уккле (Бельгия) открыл совсем крошечный астероид на орбите с перигелийным расстоянием q=1,08 a. e. Это был 1221 Амур поперечником менее 1 км, прошедшем в год открытия на расстоянии 16,5 млн. км от Земли

Новый "близкий" астероид был открыт в 1911 году. Это был астероид Альберт, подходивший к орбите Земли почти так же близко, как и Эрос, но при этом его афелии находился на 180 миллионов километров дальше, чем кольцо астероидов. Удивительное открытие среди астероидов произошло в 1949 году. Был открыт астероид Икар (1566). Его орбита (см. рис.) проникает внутрь орбиты Меркурия! К Солнцу Икар приближается на расстояние в 28,5 миллионов километров. Его поверхность на солнечной стороне раскаляется до такой степени, что, будь на ней цинковые или свинцовые горы, они растеклись бы расплавленными ручьями. Температура поверхности Икара превышает 600 С!

В период между 1949 и 1968 годами Икар подошел так близко к Меркурию, что тот своим гравитационным полем изменил орбиту астероида. Расчеты австралийских астрономов показали, что при следующем сближении Икара с нашей планетой в 1968 году, он рухнет в Индийский океан в районе африканского побережья. Его падение на Землю эквивалентно по мощности взрыву около 1000 водородных бомб! Надеюсь, читатели современной "желтой прессы" представляют, что творилось на африканском побережье, и не только, после таких газетных сообщений.

"Сенсационные результаты" австралийских астрономов перепроверили советский астроном И. Л. Беляев и американец С. Херрик, после чего человечество сразу успокоилось. Оказывается, Икар действительно тесно должен сблизиться с Землей. Но эта теснота сугубо астрономическая. В момент максимального сближения оба небесных тела будут находиться на расстоянии примерно 6,5 МИЛЛИОНОВ километров. 14 июня 1968 года, приветственно "помахав" землянам, Икар, действительно прошел мимо Земли, как было предсказано, и был доступен для наблюдений любительскими средствами наблюдений неба.

Но, давайте посмотрим, что же говорят астрономы современности об астероидной опасности для Земли. Это все таки ближе к интригующей ситуации, связанной с падением астероида на Землю. К началу 90 годов прошлого столетия, астрономы, проведя анализ пролета астероидов около Земли на "опасных" расстояниях начали создавать целые группы по обнаружению потенциально опасных астероидов. Вскоре их наблюдения уже можно было свести в одну таблицу.

Минимальные сближения астероидов с Землей зафиксированные на период с 1937 по 1994 годы. По данным Д. Гулютина.

Минимальное расстояние (в млн. км.)

Дата сближения

Обозначение

730

30 октября 1937 года

1937 UB

670

22 марта 1989 года

1989 FC

165

18 января 1991 года

1991 BA

465

5 декабря 1991 года

1991VG

150

20 мая 1993 года

1993 КА2

165

15 марта 1994 года

1994 ES1

720

24 ноября 1994 года

1994 WR12

100

9 декабря 1994 года

1994 XM1

430

27 марта 1995 года

1995 FF

450

19 января 1996 года

1996 JA1

Как видно из таблицы, астероиды достаточно близко подходят к Земле по космическим меркам, что и настораживает астрономов. Казалось бы астероиды, словно сговорившись, пытаются атаковать Землю, как бы пристреливаясь.

Однако следует иметь ввиду, что регулярные наблюдения ведутся не более десятка лет, отсюда и большое количество "внезапно" вторгшихся в окрестности Земли астероидов.

14 мая 1996 года

14 мая 1996 года астрономы Т. Спар и К. Герген-ротер (Аризонский университет, США), работающие на 40-см широкоугольном астрографе по программе поиска потенциально опасных для Земли астероидов, обнаружили в 900 тыс. км. от нашей планеты один такой "экземпляр". По предварительным оценкам астероид, получивший обозначение 1996 JA1, имел размеры от 300 до 500 метров в диаметре. 19 мая этот "небесный бродяга" пронесся на расстоянии 450 тыс. км. от Земли, т.е. чуть больше расстояния от Земли до Луны.

Исходя из тревожных фактов, описанных выше, астрономическая общественность 16 июня 1996 года провела конференцию "Астероидная опасность-96", что совпало с 250-летием со дня рождения итальянского астронома Джузеппе Пиацци. Конференция длилась 4 дня и собрала не только астрономов и математиков, но и разработчиков космической техники. Было заслушано множество докладов, раскрывающих проблемы обнаружения опасных астероидов, слежения за ними и противодействия их возможному столкновению.

1997 год. Обнаружен потенциально опасный астероид 1997XF11. Это было последней каплей для NASA, и американское космическое агентство учредило новую службу NEOPO (Near-Earth Object Program Office - Управление программой околоземных объектов), которая будет координировать работу по поиску и слежению за потенциально опасными космическими объектами. Служба NEOPO надеется обнаружить до 90% из 2000 астероидов и комет диаметром более 1 км, которые могут подходить близко к Земле. Эти объекты достаточно велики, чтобы вызвать глобальную катастрофу, но заметить на небе их очень сложно. Поэтому поиск опасных комет и астероидов должен объединить усилия многих обсерваторий и космических агенств. Так что же? Будем защищаться?

Астероид 1999 AN10 был открыт в 1999 году с помощью автоматического телескопа LINEAR. Когда Андреа Милани (Пизанский университет, Италия) и его коллеги определили параметры его орбиты, оказалось, что в течение 600 лет астероид будет довольно часто пролетать мимо Земли, а в 2039 году существует даже опасность столкновения, правда, очень маленькая - приблизительно ОДИН ШАНС ИЗ МИЛЛИАРДА!

Так что столкновение в 2039 году нам не угрожает, но на смену ему пришли две новые черные даты: одна в 2044, вторая в 2046 году. Шансы на столкновение в 2046 году довольно малы - один из пяти миллионов. Но вот вероятность того, что малая планета окажется на орбите, ведущей к столкновению в 2044 году, по расчетам в десять раз выше - 1:50000. Служители прессы подхватили из этого сообщения то, ЧТО ИМ БЫЛО НУЖНО, т.е. то, что АСТРЕОИД МОЖЕТ УПАСТЬ НАЗЕМЛЮ(!), забыв, естественно, указать ВЕРОЯТНОСТЬ ТАКОГО СОБЫТИЯ и раздули сенсацию до вселенских масштабов. Кричащие заголовки типа "Апокалипсис грядет!" или "Конец света близок!" заставили крепко поволноваться население стран цивилизованного мира. Но не будем забывать об истории с астероидом Икар, который "должен был" упасть в Индийский океан.

А вот интересная схема, составленная любителем астрономии В. С. Гребенниковым из г. Новосибирска. Он начертил подобие мишени, в центре которой - наша родная планета, и 8 окружностей вокруг нее через каждые 100 тыс. км. В нужное место поставил Луну, а потом как бы пальнул в эту мишень десятком картечин-астероидов, пронесшихся мимо нас по данным в ЗВЕЗДОЧЕТЕ (1996 г., №9) и "Науке и жизни" (1995 г., №5). Самая ближняя точка на схеме, это болид весом около тысячи тонн, который "просвистел" среди бела дня над США 10 августа 1972 года настолько полого к "горбу" земного шара, что не упал, а на высоте всего 58 км "отпружинился" от плотной земной атмосферы и унесся в космос. Пофантазировав, можно подумать "кто-то" пристреливается и довольно успешно мечет сюда огромные смертоносные глыбы, и точность метания, "кучность боя" по сравнению с 1937 годом вроде бы возросла... Однако, опять же, следует заметить, что активно следить за такими астероидами астрономы стали только в последнее десятилетие. Из известных "расчетных" астероидов наибольшую опасность представляет Эрос - глыба 40х14 км., могущая через ПОЛТОРА МИЛЛИОНА ЛЕТ наделать побольше бед, чем "динозавровая зима".

Взглянув на эту схему, у пользователей сайта, пожалуй, временно потеряется вера в "светлое будущее" человечества.

Так что же? "Ешь ананасы, рябчиков жуй, день твой последний…" ну и так далее. Удручающая картина, нарисованная автором, схемы, а также таблица сближений, впечатляет, но не более того!

Хватит пугать неискушенного пользователя концом света. Посмотрим на астероидную опасность более оптимистично.

Планеты - крошки

Мы рассказали про планеты солнечной системы. Но 9 планет и 86 спутников, о которых мы говорим, - это не все. В планетной системе есть еще великое множество очень небольших, но самостоятельных тел. Их называют малыми планетами или астероидами. 1 января 1801 г. итальянский астроном Пиацци нашел на небе маленькую звездочку, которая, как он установил, медленно передвигалась среди звезд. Ясно, что это была неизвестная до того планета. Когда определили ее путь, то оказалось, что он лежит между путями Марса и Юпитера, т. е. в зоне солнечной системы, казалось бы давно изученной и хорошо знакомой. Удивительное это было открытие! Удивительно было и то, что новая планета, которую назвали Церерой, была так мало заметна: ведь она была ближе Юпитера и немногим дальше Марса! Приходилось сделать вывод, что это какое-то небольшое небесное тело

Ученым снова пришлось удивиться, когда через год, в 1802 г., нашли еще одну планету - Палладу, путь которой тоже проходил между орбитами Марса и Юпитера. В 1804 г. там же обнаружили третью планету - Юнону, в 1807 г. четвертую - Весту. Итак, оказалось, что между путями Марса и Юпитера движется несколько каких-то маленьких небесных тел

Позднее, начиная с конца первой половины XIX в., такие планеты стали открывать все в большем числе. Находки стали особенно частыми, после того как для поисков применили фотографию. Очень много планет открыли сотрудники Симеизской обсерватории в Крыму. Российские астрономы С. И. Белявский и Г. Н. Неуймин открыли около сотни малых планет. Теперь таких планет известно более 1600

Немало надо потрудиться, чтобы изучить такое множество небесных тел. Ведь для каждой планеты нужно определить ее путь, расстояние от Солнца, время оборота вокруг Солнца. Нужно на каждый год вычислить положение малой планеты на небе, чтобы астрономы могли снова найти ее и сфотографировать. Этим важным делом занимаются в Институте теоретической астрономии Академии наук в Петербурге. Главную часть работы там выполняют компьютеры

У каждой малой планеты, или астероида, есть свой номер и название. Вначале, пока астероидов знали немного, их, как и большие планеты, называли именами богов или богинь из древнеримских мифов. Потом таких имен не хватило, и теперь астероиды называют обычными женскими именами, а также именами городов, стран и ученых. Так, среди планет есть Анна и Вера, Москва и Казань, Армения и Италия, Коперник и Ньютон. Есть планета, названная Владиленой

Не все малые планеты движутся все время между Марсом и Юпитером. Некоторые пересекают орбиту Марса и даже орбиты более близких к Солнцу планет. Малая планета № 1566 - Икар - подходит иногда к Солнцу даже ближе, чем Меркурий

Самая крупная из малых планет - Церера имеет поперечник до 770 км, самые мелкие - неправильные глыбы диаметром около 1 км

Наша планетная система - не единственная. В бесконечной Вселенной есть много других звезд, окруженных планетами, которые при помощи современных телескопов мы еще не можем непосредственно наблюдать. Но недалеко то время, когда человечество овладеет такими мощными средствами наблюдения, что его взору откроются многие другие планетные миры

Крупнейший из астероидов - Церера - имеет диаметр 933 км, диаметр Паллады 490 км, Весты - 380 км (снимок слева), Юноны - 170 км. Справа один из снимков астероида 253 Матильда, полученных кораблем NEAR 27 июня 1997 года. Это один из немногих астероидов, исследованных на сегодняшний день так близко

Некоторые астероиды обращаются вокруг Солнца по очень вытянутым орбитам. Дальше всех находится Гидальго - на расстоянии 5.7 астрономических единиц. Ближе всех к Солнцу подходит Икар - на расстояние всего 28 млн. км

Астероиды классифицируют по их спектрам (и, следовательно, их химическим составам) и альбедо: к типу С, включающему в себя более чем 75% известных астероидов, относят наиболее темные астероиды с альбедо < 0.065, сходные по отражательным свойствам с углистыми хондритами. К типу S (17% астероидов) относят астероиды с альбедо от 0.065 до 0.23, обладающие свойствами каменистого вещества с небольшим количеством металлов (Н-хондриты). Те же значения альбедо у астероидов класса М, но они обнаруживают поляризационные свойства, характерные для металлов

Большинство астероидов обращается вокруг Солнца по орбите между Марсом и Юпитером. Орбиты некоторых лежат за орбитой Юпитера, есть также и такие астероиды, чьи орбиты располагаются ближе к Солнцу, чем Земля (например, Икар)

Различие между кометами и астероидами несколько спорно. Основное различие, кажется, состоит в том, что кометы имеют более вытянутые орбиты

Aстероиды иногда также называют малыми планетами или планетоидами

Общие представления о формировании планет, комет и астероидов

Общие представления о формировании планет, комет и астероидов

Современные наблюдательные данные о физико-химическом составе планет и кометно-астероидном компоненте позволяют предложить следующий наиболее вероятный сценарий их образования в процессе формирования Солнца и самой солнечной системы

Около 10 млрд. лет тому назад протозвездное облако, из которого впоследствие родилось Солнце и планеты, представляло собой квазисферическое образование, состоящее на 75% из водорода и 25% - из гелия-4, а на долю всех остальных элементов приходилась лишь незначительная часть массы облака. Тем не менее, несмотря на относительно малый вклад в плотность протозвездной материи, роль этих тяжелых элементов была определяющей в динамике охлаждения вещества. Физикам и химикам хорошо известен тот факт, что чем выше атомный номер химического элемента, тем легче возбуждается его электронная оболочка. Это возбуждение сопровождается высвечиванием квантов электромагнитного излучения, уносящих энергию, затраченную на возбуждение атома. Собственно, этот механизм определяет тепловой режим протосолнечного облака, приводя к уменьшению его температуры

Наряду с охлаждением, протосолнечное облако сжимается под действием собственной гравитации вещества, сопровождающемся нарастанием плотности в центре облака. Рост плотности приводит к разогреву центральной части облака до сверхвысоких температур, когда возможно " включение" реакций термоядерного синтеза элементов. При этом между гравитацией и давлением вещества в центральной части облака устанавливается баланс, характеризующий первую фазу формирования нашего Солнца

А что в этот период происходит на перифирии протосолнечного облака? Многочисленные расчеты и компьютерные эксперименты позволяют сделать вывод о том, что на фазе формирования ядра внешние области облака имеют сложную многофазную структуру

Прежде всего, в области ядра возникает зона аккреции (натекания) окружающего вещества на центральное образование, приводящее к увеличению его массы. Выделяющаяся в результате сжатия ядра энергия формирует область сильной ионизации, расширяющуюся к периферии облака. Под действием излучения вещество " выдувается " к периферии и собирается в плотную оболочку - пылевой кокон, простирающийся вплоть до внешней границы облака. При этом относительно слабое вращение протозвездого облака в начале сжатия, по мере формирования плотной центральной зоны будет уси- ливаться и приводить к сплющиванию всей системы в тороидальное образование

Компьютерное моделирование позволяет выделить несколько характерных этапов этого процесса. На первой (1) фазе баланс между гравитацией, давлением и вращением вещества приводит к образованию сначала толстого, а затем все более уплощающегося диска. Далее в диске происходит фрагментация вещества на сгустки пыли (2-3). Спустя примерно миллион лет пылевые сгустки слипаются в компактые тела астероидных размеров с близким к пылевому физико-химическим состававом (4). После этого примерно еще 100 млн.лет рой астероидов испытывает интенсивное перемешивание, сопровождающееся дроблением более крупных объектов и объединением (слипанием) мелких. На этой фазе (5), собственно и формируются зародыши планет земной группы - Меркурия, Венеры, Марса и Земли. После этого, примерно еще за 200 млн. лет (6) сформировались планеты группы Юпитера, аккрецировав на себя газ, не вошедший в менее массивные планеты земной группы. И, наконец, еще через 1 млрд. лет образуются самые удаленные от Солнца планеты - Нептун и Плутон, завершающие процесс формирования солнечной системы как целого

Из этого сценария становится ясно, что астероиды и кометы - это остатки роя протопланетных тел, причем астероиды - это каменистые образования внутренней околосолнечной зоны, породившей планеты земной группы, а кометы - это каменно-ледяные образования, генетически связанные с зоной планет-гигантов. Но наиболее примечательно, что в процессе формирования планет группы Юпитера, планеты-гиганты Юпитер и Сатурн выполнили роль своеобразных"чистильщиков" солнечной системы, своим гравитационным полем выбросив малые протопланетные сгустки на дальнюю периферию солнечной системы. Таким образом, солнечная система оказалась окружена роем каменно-ледяных тел, простирающимся на расстояния от 20000 до 200000 радиусов орбит Земли вокруг Солнца ( как не удивиться "специальной" подготовке Земли для зарождения на ней биологической жизни и как не удивиться преклонению древних не только Солнцу, но и Юпитеру!)

Любопытно, что еще в 1950 году выдающийся голландский астроном Ян Оорт, анализируя орбиты движения 19 долгопериодических комет, задолго до эпохи компьютерного моделирования и беспилотной миссии к комете Галлея, высказал предположение о необходимости существования коментного пояса на периферии Солнечной системы. За прошедшие почти 50 лет список известных комет увеличился практически на порядок, а их траектории прекрасно согласуются с представлениями о существовании кометного пояса. Далее, следуя традиции, этот кометный пояс солнечной системы мы будем называть "облаком Оорта"

Насколько же массивно облако Оорта? По современным данным его масса оказывается весьма невелика - примерно 10% массы Земли приходится на сто миллиардов ядер комет. Отсюда легко определить массу "типичного " кометного ядра - около ста миллиардов тонн, хотя в мире комет существуют как "карлики"(массой до миллиарда тонн), так и "гиганты" (до ста тысяч миллиардов тонн!). Однако и "карлики" и "гиганты" движутся в солнечной системе по эллиптическим орбитам, в полном соответствии с законами механики и теории гравитации. Эти же законы предсказывают, что орбиты комет являются устойчивыми, т.е. подобно планетам, ядра комет совершают свой круговорот на периферии солнечной системы в облаке Оорта. Но тогда почему же мы встречаем их во внутренних областях солнечной системы? Для ответа на этот вопрос нам потребуется сделать следующий шаг в понимании устройства солнечной системы и ее места в нашей Галактике.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.astrolab.ru/