До якої групи космічних тіл належить астероїд. Астероїди – пояснення для дітей. Астероїди у минулому Землі
- Вступ
- Астероїди поблизу Землі
- Рух астероїдів
- Температура астероїдів
- Склад астероїдної речовини
- Формування астероїдів
- Висновок
- Література
Вступ
Про те, що в Сонячній системі між орбітами Марса і Юпітера рухаються численні дрібні тіла, найбільші з яких порівняно з планетами лише кам'яні брили, дізналися менше 200 років тому. Їх відкриття стало закономірним кроком на шляху пізнання навколишнього світу. Шлях цей не був легким та прямолінійним.
Хто в епоху відкриття перших астероїдів міг припустити, що ці малі тіла Сонячної системи, тіла, про які ще недавно нерідко говорили з відтінком зневаги, стануть об'єктом уваги фахівців різних галузей: природознавства, космогонії, астрофізики, небесної механіки, фізики, хімії, , мінералогії, газової динаміки та аеромеханіки? Тоді було ще дуже далеко. Ще треба було усвідомити, що варто лише нахилитися, щоб підняти з землі шматочок астероїда – метеорит. Наука про метеорити - метеоритика - зародилася на початку ХІХ століття, коли було відкрито та його батьківські тіла - астероїди. Але надалі вона розвивалася абсолютно незалежно. Метеорити вивчалися геологами, металургами та мінералогами, астероїди – астрономами, переважно небесними механіками.
Важко навести інший приклад настільки абсурдної ситуації: дві різні науки досліджують одні й самі об'єкти, а з-поміж них практично немає ніяких точок дотику, немає обміну досягненнями. Це аж ніяк не сприяє осмисленню одержуваних результатів. Але зробити нічого не можна, і так все і залишається, поки нові методи досліджень – експериментальні та теоретичні – не піднімуть рівень досліджень настільки, що створять реальну основу для злиття обох наук в одну.
Це сталося на початку 70-х років XX ст., і ми стали свідками нового якісного стрибка у пізнанні астероїдів. Стрибок цей стався не без допомоги космонавтики, хоча космічні апарати ще не опускалися на астероїди і ще не отримано навіть космічного знімку хоча б одного з них. Це справа майбутнього, мабуть, вже недалекого. А поки що перед нами постають нові питання і чекають свого вирішення.
Астероїди поблизу Землі
Майже 3/4 століття люди не підозрювали, що не всі астероїди рухаються між орбітами Марса та Юпітера. Але рано вранці 14 червня 1873 р. Джеймс Вотсон на обсерваторії Енн Арбор (США) відкрив астероїд «Аерта». За цим об'єктом вдалося стежити лише три тижні, а потім його втратили. Проте результати визначення орбіти, хоч і неточної, переконливо свідчили, що Аерта рухається всередині орбіти Марса.
Астероїди, які наближалися до орбіті Землі, залишалися невідомі остаточно ХІХ століття. Тепер їхня кількість перевищує 80.
Перший астероїд поблизу Землі було відкрито лише 13 серпня 1898 р. Цього дня Густав Вітт на обсерваторії Уранія в Берліні виявив слабкий об'єкт, що швидко переміщається серед зірок. Велика швидкість свідчила про його надзвичайну близькість до Землі, а слабкий блиск близького предмета - про винятково малі розміри. Це був Ерос, перший астероїд-малютка діаметром не більше 25 км. У рік його відкриття він пройшов на відстані 22 млн км від Землі. Його орбіта виявилася не схожою на жодну досі відому.
Рух астероїдів
Всі відкриті досі астероїди мають прямий рух: вони рухаються навколо Сонця в той же бік, що й великі планети. У більшості астероїдів орбіти не сильно відрізняються один від одного: вони слабко ексцентричні і мають малий або помірний нахил. Тому майже всі астероїди рухаються, залишаючись у межах тороїдального кільця. Межі кільця дещо умовні: просторова густина астероїдів (число астероїдів в одиниці об'єму) падає в міру віддалення від центральної частини. У небагатьох астероїдів через значний ексцентриситет і нахил орбіти петля, виходить за межі цієї області або навіть повністю лежить поза нею. Тому астероїди зустрічаються і далеко за межами кільця.
Обсяг простору, зайнятого кільцем-тором, де рухається 98% всіх астероїдів, величезний – близько 1,61026 км3. Для порівняння вкажемо, що обсяг Землі складає лише 1012 км3.
Якщо бути дуже строгими, потрібно сказати, що шлях астероїда у просторі є не еліпси, а незамкнуті квазіеліптичні витки, укладаються поруч друг з одним. Лише зрідка – при зближенні з планетою – витки помітно відхиляються один від одного. Планети обурюють, звісно, рух як астероїдів, а й одне одного. Однак обурення, які зазнають самі планети, малі і не змінюють структури Сонячної системи. Вони можуть призвести до зіткнення планет друг з одним. З астероїдами справа інакша. Астероїди відхиляються зі свого шляху то в один, то в інший бік. Чим далі, тим більше стають ці відхилення: адже планети безперервно "тягнуть" астероїд, кожна до себе, але найсильніше Юпітер. Спостереження астероїдів охоплюють ще дуже малі проміжки часу, щоб можна було виявити суттєві зміни орбіт більшості астероїдів, крім окремих поодиноких випадків. Тому наші уявлення про еволюцію їх орбіт ґрунтуються на теоретичних міркуваннях. Коротко вони зводяться до наступного.
Орбіта кожного астероїда коливається біля свого середнього становища, витрачаючи кожне коливання кілька десятків чи сотень років. Синхронно змінюються з невеликою амплітудою її піввісь, ексцентриситет та нахил. Перигелій та афелій то наближаються до Сонця, то віддаляються від нього. Ці коливання включаються як складова частина коливань більшого періоду - тисячі або десятки тисяч років. Вони мають дещо інший характер. Велика піввісь не зазнає додаткових змін. Натомість амплітуди коливань ексцентриситету та нахилу можуть бути набагато більшими. За таких масштабів часу можна вже не розглядати миттєвих положень планет на орбітах: як у прискореному фільмі астероїд і планета виявляються ніби розмазаними по своїх орбітах. Стає доцільним розглядати їх як гравітуючі кільця. Нахил астероїдного кільця до площини екліптики, де знаходяться планетні кільця - джерело сил, що обурюють, - призводить до того, що астероїдне кільце поводиться подібно до дзиги. Тільки картина виявляється складнішою, тому що орбіта астероїда не є жорсткою і її форма змінюється з часом.
Планетні обурення призводять до безперервного перемішування орбіт астероїдів, а отже, і до перемішування об'єктів, що рухаються по них. Це уможливлює зіткнення астероїдів один з одним. За минулі 4,5 млрд. років, відколи існують астероїди, вони зазнали багато зіткнень один з одним. Нахили та ексцентриситети орбіт призводять до непаралельності їх взаємних рухів, і швидкість, з якою астероїди проносяться один повз інший, у середньому становить близько 5 км/с. Зіткнення з такими швидкостями ведуть до руйнування тіл.
Форма та обертання астероїдів
Астероїди такі малі, що сила тяжіння на них мізерна. Вона не в змозі надати їм форму кулі, яку надає планетам та їх великим супутникам, змінюючи та утрамбовуючи їхню речовину. Велику роль у цьому грає явище плинності. Високі гори на Землі біля підошви "розповзаються", тому що міцність порід виявляється недостатньою для того, щоб витримати навантаження в багато тонн на 1 см3, і камінь, не дроблячись, не розколюючись, тече, хоч і дуже повільно.
На астероїдах діаметром до 300-400 км через невелику вагу подібне явище плинності зовсім відсутнє, а на найбільших астероїдах воно відбувається дуже повільно, та й то лише в їх надрах. Тому "утрамбовані" силою тяжкості можуть бути лише глибокі надра небагатьох великих астероїдів. Якщо речовина астероїдів не проходила стадії плавлення, то вона повинна була залишитися "погано упакованою", приблизно якою виникло на стадії акумуляції в протопланетній хмарі. Тільки зіткнення тіл одне з одним могли призвести до того, що речовина поступово вминалася, стаючи менш пухкою. Втім, нові зіткнення мали дробити спресовану речовину.
Мала сила тяжкості дозволяє розбитим астероїдам існувати як агрегатів, які з окремих блоків, утримуються один біля одного силами тяжіння, але з зливаються друг з одним. З тієї ж причини не зливаються з ними і супутники, що опустилися на поверхню астероїдів. Місяць і Земля, зіткнувшись один з одним, злилися б, як зливаються (хоча і з іншої причини) краплі, що зіткнулися, і через деякий час вийшло б одне, теж кулясте тіло, за формою якого не можна було б здогадатися, з чого воно вийшло.
Втім, всі планети Сонячної системи на заключному етапі формування вбирали в себе досить великі тіла, які не змогли перетворитися на самостійні планети або супутники. Тепер їхніх слідів уже немає.
Лише найбільші астероїди можуть зберігати свою кулясту форму, набуту в період формування, якщо їм вдасться уникнути зіткнення з нечисленними тілами порівняних розмірів. Зіткнення з дрібнішими тілами не зможуть суттєво змінити її. Дрібні ж астероїди повинні мати і дійсно мають неправильну форму, що склалася в результаті багатьох зіткнень і не піддавалася подальшому вирівнюванню під дією сили тяжіння. Кратери, що виникли на поверхні навіть найбільших астероїдів при зіткненні з дрібними тілами, не запливають з часом. Вони зберігаються доти, доки не будуть стерті при наступних ударах об астероїд дрібних тіл або відразу знищені ударом великого тіла. Тому гори на астероїдах можуть бути набагато вищими, а западини набагато глибшими, ніж на Землі та інших планетах: середнє відхилення від рівня згладженої поверхні на великих астроїдах становить 10 км і більше, про що свідчать радіолокаційні спостереження астероїдів.
Неправильна форма астероїдів підтверджується і тим, що їхній блиск надзвичайно швидко падає зі зростанням фазового кута. У Місяця і Меркурія аналогічне зменшення блиску цілком пояснюється лише зменшенням видимої із Землі частки освітленої Сонцем поверхні: тіні гір і западин мають слабкий вплив на загальний блиск. Інакше справа з астероїдами. Однією лише зміною освітленої Сонцем частки поверхні астероїда настільки швидку зміну їхнього блиску, що спостерігається, пояснити не можна. Основна причина (особливо у астероїдів малих розмірів) такого характеру зміни блиску полягає в їхній неправильній формі та крайньому ступені "виритості", через що на освітленій Сонцем стороні одні ділянки поверхні екранують інші від сонячних променів.
Температура астероїдів
Астероїди – наскрізь холодні, неживі тіла. У далекому минулому їхні надра могли бути теплими і навіть гарячими за рахунок радіоактивних чи інших джерел тепла. З того часу вони вже давно охолонули. Втім, внутрішній жар ніколи не зігрів поверхні: потік тепла з надр був невідчутно малий. Поверхневі шари залишалися холодними, і лише зіткнення іноді викликали короткочасний локальний розігрів.
Єдиним постійним джерелом тепла для астероїдів залишається Сонце, далеке і тому дуже погано, що гріє. Нагрітий астероїд випромінює в космічний простір теплову енергію, причому інтенсивніше, чим сильніше він нагрітий. Втрати покриваються частиною сонячної енергії, що поглинається, що падає на астероїд.
Якщо усереднити температуру по всій освітленій поверхні, отримаємо, що в астероїдів сферичної форми середня температура освітленої поверхні в 1,2 рази нижча за температуру в соняшниковій точці.
Через обертання астероїдів температура їхньої поверхні швидко змінюється. Нагріті Сонцем ділянки поверхні швидко остигають через низьку теплоємність і малу теплопровідність речовини, що їх складає. В результаті поверхнею астероїда біжить теплова хвиля. Вона швидко згасає з глибиною, не проникаючи у глибину навіть на кілька десятків сантиметрів. Глибша температура речовини виявляється практично постійною, такою самою, як у надрах астероїда - на кілька десятків градусів нижче середньої температури освітленої Сонцем поверхні. У тіл, що рухаються в кільці астероїдів, її грубо можна прийняти 100-150 До.
Як не мала теплова інерція поверхневих шарів астероїда, все ж, якщо бути зовсім строгими, слід сказати, що температура не встигає приймати рівноважного значення зі зміною умов освітлення. Ранкова сторона, не встигаючи зігріватися, завжди трохи холодніша, ніж слід було б, а вечірня сторона виявляється трохи теплішою, не встигаючи остигати. Щодо соняшникової точки виникає легка асиметрія у розподілі температур.
Максимум теплового випромінювання астероїдів лежить у сфері довжин хвиль близько 20 мкм. Тому їх інфрачервоні спектри повинні виглядати як безперервне випромінювання з інтенсивністю, що монотонно зменшується в обидві сторони від максимуму. Це підтверджується спостереженнями, проведеними О. Хансеном у діапазоні 8-20 мкм. Однак, коли Хансен спробував на підставі цих спостережень визначити температуру астероїдів, вона виявилася вищою за розрахункову (близько 240К), і причина цього досі не зрозуміла.
Низька температура тіл, що рухаються в кільці астероїдів, означає, що дифузія в астероїдній речовині "заморожена". Атоми не здатні залишати свої місця. Їхнє взаємне розташування зберігається незмінним протягом мільярдів років. Ізоляція здатна викликати до життя дифузію тільки в тих астероїдів, які сильно наближаються до Сонця, але лише в поверхневих шарах та на короткий час.
Склад астероїдної речовини.
Метеорити вкрай різноманітні, як різноманітні та його батьківські тіла - астероїди. У той же час їх мінеральний складдуже мізерний. Метеорити складаються, переважно, із залізо-магнієвих силікатів. Вони є у вигляді дрібних кристаликів або у вигляді скла, зазвичай частково перекристалізованого. Інший основний компонент - нікелісте залізо, яке є твердим розчином нікелю в залозі, і, як у будь-якому розчині, вміст нікелю в залозі буває по-різному - від 6-7% до 30-50%. Зрідка трапляється і безнікелісте залізо. Іноді у значних кількостях присутні сульфіди заліза. Інші мінерали перебувають у малих кількостях. Вдалося виявити всього близько 150 мінералів, і, хоча навіть тепер відкривають все нові й нові, ясно, що кількість мінералів метеоритів дуже мала порівняно з великою кількістю їх у гірських породах Землі, де їх виявлено понад 1000. Це свідчить про примітивний, нерозвинений характер метеоритного речовини. Багато мінералів присутні не у всіх метеоритах, а лише в деяких із них.
Найбільш поширені серед метеоритів хондрити. Це кам'яні метеорити від світло-сірого до дуже темного забарвлення з дивовижною структурою: вони містять округлі зерна - хондри, які іноді добре видно на поверхні розлому і легко фарбуються з метеориту. Розміри хондр різні – від мікроскопічних до сантиметрових. Вони займають значний обсяг метеориту, іноді до половини його, і слабо зцементовані міжхондрову речовину - матрицю. Склад матриці зазвичай ідентичний зі складом хондр, інколи ж і відрізняється від нього. Щодо походження хондр існує багато гіпотез, але всі вони спірні.
Формування астероїдів
У період формування Сонця умови були, звісно, однаковими різних відстанях від Сонця і змінювалися з часом. Речовина залишалася холодною лише далеко від Сонця. Поблизу нього було сильно прогріто і пил зазнавав повного або часткового випаровування. Лише пізніше, коли газ охолонув, вона сконденсувалася знову, але більшість летких речовин, що містяться в міжзоряних порошинках, виявилася втраченою і в новий пил вже не ввійшла. Еволюція протопланетного диска призвела до формування у ньому планетезималей, у тому числі потім виросли планети. Склад планетезималей, що формувалися на різних геліоцентричних відстанях, через різний склад пилу, що пішов на їх будівництво, був різним.
Так сталося, що астероїди - це планетезималі, що сформувалися на межі гарячої та холодної зони протопланетного диска, що збереглися до наших днів.
Астероїди формувалися у протопланетній хмарі як пухкі агрегати. Мала сила тяжіння не могла спресувати планетезималі, що згустилися з пилу. За рахунок радіоактивного тепла вони розігрівалися. Цей розігрів, як показали розрахунки Дж. Вуда, йшов дуже ефективно: адже пухкі тіла добре утримують тепло. Розігрів почався ще на стадії зростання астероїдів. Їхня речовина в центральних частинах грілася, спікалася, і, можливо, навіть плавилася, а на поверхні астероїдів все ще продовжувала висипатися пил, поповнюючи пухкий, теплоізолюючий шар. Основним джерелом розігріву зараз прийнято вважати алюміній-26.
Зіткнення астероїдів між собою спочатку теж вели до ущільнення їх речовини. Астероїди ставали компактними тілами. Але надалі обурення від планет, що виросли, призвели до зростання швидкостей, з якими відбувалися зіткнення. В результаті вже більш менш компактні тіла були розбиті. Зіткнення повторювалися неодноразово, дроблячи, струшуючи, перемішуючи, зварюючи уламки і знову дроблячи. Саме тому сучасні астероїди є, швидше за все, погано “упаковані” брили.
До земної орбіти дрібні астероїдні уламки надходять, звичайно, з кільця астероїдів. Це відбувається завдяки ще цілком ясному в деталях механізму послідовної резонансної розгойдування орбіт під впливом планетних обурень. Але розгойдування відбувається лише в деяких зонах кільця. Астероїди з різних місць кільця надходять неоднаково ефективно, і уламки на околицях земної орбіти можуть бути представниками тих об'єктів, які рухаються за орбітою Марса.
А в земній атмосфері виживають лише найповільніші та найміцніші з них, що призводить до подальшого відбору. Тому в наших колекціях, безперечно, відсутні багато різновидів астероїдної речовини, і, можливо, уявлення про астероїдну речовину, як про речовину щільну і компактну, не що інше, як застаріла, навіяна метеоритами помилка.
Висновок
Хоч би якими були великі успіхи вивчення астероїдів сьогодні, майбутнє належить, ймовірно, дослідженням за допомогою космічних апаратів. Вони можуть зняти численні труднощі, що стоять перед дослідниками, але, можна не сумніватися, поставлять перед ними нові проблеми.
В даний час багато уваги в суспільстві приділяється проблемі можливого зіткнення астероїдів різного розміру із Землею, необхідності побудови глобальної системи стеження та оповіщення про небезпечні астероїди, методи протидії зіткненням. Справді, удару про Землю астероїда достатньо великого розміруі маси цілком може призвести до зникнення людської цивілізації та природи у нинішньому її стані. Але ймовірність такого зіткнення на щастя дуже мала.
Література
1. Дагаєв М. М., Чаругін В. М. Астрофізика. - М: Просвітництво, 1988.
2. Кабардін О.Ф. фізика. - М.: Просвітництво, 1988.
3. Рябов Ю. А. Рух небесних тіл. - М.: Наука, 1988.
4. Симоненко А. Н. Астероїди чи тернисті шляхи досліджень. - М.: Наука, 1985.
Джерело - http://astrogalaxy.ru
Дивіться також розділ- скачати астрономічні книги безкоштовно
Дивіться також розділ- скачати астрономічні статті безкоштовно
Дивіться також розділ- купити в мережі Інтернет
Дивіться також розділ- статті з наукових журналів
Астероїдом називають порівняно невелике, кам'янисте космічне тіло, схоже на планету Сонячної системи. Безліч астероїдів обертається навколо Сонця, а найбільше їхнє скупчення, розташоване між орбітами Марса і Юпітера і називається поясом астероїдів. Тут же знаходиться найбільший, з відомих астероїдів - Церера. Його розміри становлять 970х940 км, тобто практично округлу форму. Але є й такі, розміри яких можна порівняти з частинками пилу. Астероїда, як і комети – це залишки тієї речовини, у тому числі мільярди років тому формувалася наша Сонячна система.
Вчені припускають, що в нашій галактиці можна знайти понад півмільйона астероїдів діаметром понад 1,5 кілометра. Останні дослідження показали, що метеорити та астероїди мають схожий склад, тому астероїди цілком можуть бути тими тілами, з яких утворюються метеорити.
Вивчення астероїдів
Вивчення астероїдів датується 1781 роком, після того як Ульям Гершель відкрив світові планету Уран. Наприкінці 18 століття Ф. Ксавер зібрав групу відомих учених-астрономів, яка шукала планету. За розрахунками Ксавера мала перебувати між орбітами Марса і Юпітера. Спочатку пошук не давав жодних результатів, але в 1801 році був виявлений перший астероїд - Церера. Але його відкривачем став італійський астроном Піацці, який навіть не входив до складу гурту Ксавера. У наступні кілька років було виявлено ще три астероїди: Паллада, Веста і Юнона, а потім пошуки припинилися. Лише через 30 років, який виявив інтерес до дослідження зоряного неба Карла Людовіка Хенке, відновив їх пошуки. З цього періоду астрономи виявляли не менше одного астероїду на рік.
Характеристики астероїдів
Класифікують астероїди за спектром відбитого сонячного світла: 75% з них дуже темні вуглисті астероїди класу С, 15% — сірувато-кремнисті класу S, а в 10%, що залишилися, входять металеві класу М і кілька інших рідкісних видів.
Неправильна форма астероїдів підтверджується ще й тим, що їхній блиск досить швидко падає зі зростанням фазового кута. Через велику відстань від Землі та своїх малих розмірів, отримати більш точні дані про астероїди досить проблематично. Сила тяжкості на астероїда настільки мала, що не в змозі надати їм кулясту форму, характерну для всіх планет. Така сила тяжкості дозволяє розбитим астероїдам існувати у вигляді окремих блоків, які утримуються біля один одного, не стикаючись. Тому лише великі астероїди, що уникнули зіткнення з тілами середніх розмірів, можуть зберігати кулясту форму, набуту під час формування планет.
Що таке астероїди?
Астероїдом називають великий шматок каменю, льоду чи металу, що у космічному просторі. Астероїди бувають дуже різними. Деякі можуть бути розміром із ціле місто, але бувають і крихітні астероїди розміром із звичайну піщинку або маленький камінчик із пісочниці. Через свої відносно малі розміри астероїди не можуть перетворитися на більш-менш правильні сфери, як це сталося з планетами, тому форма астероїдів часто витягнута, з нерівностями та западинами на поверхні. Астрономам найзручніше класифікувати астероїди за їх місцезнаходженням у космосі та їх здатністю відбивати світло. Це досить просто, адже самі астероїди не світяться як зірки, а можуть лише відображати світло Сонця, подібно до інших планет нашої Сонячної системи. А чим краще астероїд відбиває світло, тим легше його помітити із Землі, тому астрономам подобається розділяти брили льоду і каменю в космосі на групи астероїдів яскравіше і тьмяніше.
Де є астероїди?
У нашій Сонячній системі можна знайти дуже багато астероїдів. Вони обертаються навколо Сонця , Як і інші планети, лише їх орбіти можуть бути витягнутішими і сильніше відрізнятися від кругових. Астероїди можуть рухатися навколо планет. Наприклад , знамениті кільця Сатурна складаються з астероїдів, що обертаються навколо цієї планети подібно до того, як Місяць обертається навколо Землі. Крім того, у Сонячній системі існує кілька місць великого скупчення астероїдів. Ці місця називають поясами астероїдів. Один з них – «головний пояс» - знаходиться між Марсом та Юпітером, другий – за орбітою Нептуна. Астероїди в головному поясі відрізняються за своїм складом. Ті, що ближче до Сонця, складаються в основному з металів, а ті, що далі з каменю. Пояс астероїдів, що знаходиться за орбітою Нептуна, називають поясом Койпера. Так як астероїди в цьому поясі знаходяться дуже далеко від Землі, вченим поки що мало що відомо про них. Ми знаємо тільки те, що вони складаються з замерзлих газів та води
Звідки взявся головний пояс астероїдів?
Астероїди - це матеріал, з якого створювалися планети Сонячної системи. Астрономи вважають, що у просторі між Марсом та Юпітером було достатньо такого матеріалу для формування ще однієї маленької планети, але сильне гравітаційне поле сусідніх планет не дозволило астероїдам з'єднатися разом. Деякі вчені припускають, що на місці пояса астероїдів колись була зовсім невелика планета, але її було зруйновано через зіткнення з іншими астероїдами або розірвано притягненням Сонця з одного боку і Юпітера з іншого.
Чи багато великих астероїдів?
Великих астероїдів налічується всього 26. А найбільшими вважаються Церера, яка здобула нещодавно за свої розміри звання карликової планети, потім Паллада і Веста. Розміри їх такі, що якби на Паллад було метро, то від одного кінця астероїда до іншого потрібно було б їхати всю ніч без зупинок.
Що буде, якщо скласти усі астероїди разом?
Незважаючи на наявність дуже великих астероїдів, загальна маса всіх астероїдів у Сонячній системі становить лише 4% від маси Місяця. Тому, якщо замінити наш Місяць зліпленими разом астероїдами, то на небі замість Місяця ми побачимо лише маленьку, дуже яскраву зірочку.
Порівняльні розміри астероїда Веста, карликової планети Церера та Місяця.
Деякі астероїди
Іда та Дактиль
Астероїд Іда знаходиться в головному поясі астероїдів між Марсом та Сатурном. Цей невеликий астероїд розміром "всього лише » з містом Санкт-Петербург цікавий тим, що має свій власний супутник - Дактиль.
Веста
До того, як Церера була визнана карликовою планетою, за розміром Веста вважалася третім астероїдом після неї і Паллади, а за масою була другою, поступаючись лише Церері. Це також найяскравіший з усіх астероїд і єдиний, який можна без зусиль спостерігати неозброєним поглядом.
Клеопатра
Клеопатра – порівняно великий астероїд, що має форму гантелі. Вважається, що раніше це були два різні астероїди, які одного разу зіткнулися, злиплися та так і залишилися літати, з'єднані назавжди.
У лютому 2011 року в російськомовних ЗМІ з посиланням на деяких «бразильських астрономів» з'явився жарт про те, що Клеопатра змінила орбіту і рухається до Землі. Джерело та мета появи цієї вигадки невідомі.
Дорогі друзі! Якщо вам сподобалося це оповідання, і ви хочете бути в курсі нових публікацій про космонавтику та астрономію для дітей, то підписуйтесь на новини наших спільнот
Вчені вважають, що в цьому поясі є кілька сотень тисяч астероїдів, а всього в космічному просторі можуть бути мільйони.
Розміри астероїдів варіюються від 6 м до 1000 км у діаметрі. (Хоча здається, що 6 м зовсім небагато порівняно з 1000 км, навіть дрібний астероїд викличе сильний ефект, якщо впаде на .)
Невеликі зміни орбіт іноді призводять до зіткнення астероїдів один з одним, у результаті від них відколюються дрібні шматки.
Буває, що ці невеликі фрагменти залишають свої орбіти і згоряють Землі, і тоді їх називають .
Астероїди: «подібні до зірок»
Саме так перекладається з грецької назва цих небесних тіл, хоча нічого спільного з астероїдами немає.
Таким чином, пояс астероїдів є не залишками планети, а планетою, яка так і не зуміла сформуватися через вплив Юпітера та інших планет-гігантів.
Загроза з орбіти
У Сонячній системі переміщається величезна кількість , астероїдів та великих метеорних тіл.
Більшість зосереджена між орбітами Марса і Юпітера, але іноді деякі з цих космічних об'єктів змінюють звичні орбіти через зіткнень чи гравітаційних обурень і опиняються поблизу Землі.
Рідше це трапляється з кометами, але астероїди становлять реальну небезпеку, тому їх рухом пильно стежать астрономи.
У минулому Землі неодноразово доводилося переживати зіткнення з астероїдами різних розмірів. Дослідники вважають, що результатом таких подій стали освіта та загибель.
Невеликий астероїд діаметром 20-30 м, що рухається зі швидкістю 20 км/с, при падінні на Землю виділяє стільки ж енергії, як ядерного заряду потужністю мегатонну в тротиловому еквіваленті.
Астероїди таких розмірів можуть завдати колосальних збитків, але не загрожують планеті глобальною катастрофою. Тому увага «небесних патрулів» прикута до малих небесних тіл, розміри яких перевищують половину кілометра.
Одним із них є відкритий у 2004 р. астероїд Апофіс, чия орбіта зблизиться із Землею у 2029 р. на відстань 29 тис. км.
При цьому існує приблизно один шанс зі ста на те, що може статися зіткнення астероїда з нашою планетою, тому вже зараз усі переміщення Апофісу по орбіті ретельно відстежуються та розробляються плани його знищення, якщо ймовірність зіткнення стане справді великою.
Падіння такого космічного тіла, як Апофіс, на Землю може призвести до повного знищення і сіл у радіусі 300 км, гігантських на морі та непередбачуваних екологічних змін.
Астероїди у поясі Койпера
Починаючи з 1992 р. астрономи почали відкривати нові астероїди в поясі Койпера — сьогодні їх відомо більше тисячі. Вони відрізняються за складом від тих, що утворюють пояс між Марсом та Юпітером.
У головному поясі астероїдів виділяють три групи тіл - силікатні (кам'яні), металеві та вугільні. Астероїди пояса Койпера практично повністю складаються з і уламків.
Сучасні телескопи не дають уявлення про зовнішньому виглядіастероїдів, і знайомство з ними почалося лише тоді, коли з малими планетами почали зближуватися. Більшість астероїдів виявилися тілами неправильної форми, покритими метеоритними.
Дослідники виділяють серед астероїдів «родини» — групи дрібних астероїдів зі подібними орбітами, що утворилися під час зіткнення великих астероїдів коїться з іншими об'єктами. Три їх нерідко зближуються з орбітою Землі — це сімейство Амура, Аполлона і Атона.
Форма та поверхня астероїда Іда.
Північ знаходиться згори.
Анімацію виконав Тайфун Онер.
(Copyrighted © 1997 by A. Tayfun Oner).
1. Загальні уявлення
Астероїди - це тверді кам'янисті тіла, які подібно до планет рухаються навколосонячними еліптичними орбітами. Але розміри цих тіл набагато менші, ніж у звичайних планет, тому їх ще називають малими планетами. Діаметри астероїдів знаходяться в межах від кількох десятків метрів (умовно) до 1000 км (розмір найбільшого астероїда Церери). Термін "астероїд" (або "зіркоподібний") був запроваджений відомим астрономом XVIII століття Вільямом Гершелем для характеристики виду цих об'єктів під час спостережень у телескоп. Навіть за допомогою найбільших наземних телескопів неможливо розрізнити видимі диски найбільших астероїдів. Вони спостерігаються як точкові джерела світла, хоча, як і інші планети, у видимому діапазоні самі нічого не випромінюють, а лише відображають сонячне світло. Діаметри деяких астероїдів були виміряні за допомогою методу "покриття зірок", у ті вдалі моменти, коли вони опинялися на одному промені зору з яскравими зірками. У більшості випадків їх розміри оцінюються за допомогою спеціальних астрофізичних вимірів та розрахунків. Основна маса відомих на сьогоднішній день астероїдів рухається між орбітами Марса та Юпітера на відстанях від Сонця 2,2-3,2 астрономічних одиниць (далі – а. е.). Всього на сьогоднішній день відкрито приблизно 20 000 астероїдів, з яких близько 10 000 зареєстровані, тобто їм присвоєні номери або навіть власні імена, а орбіти розраховані з великою точністю. Власні імена астероїдам, зазвичай присвоюють їх першовідкривачі, але відповідно до встановлених міжнародних правил. Спочатку, коли малих планет було відомо ще трохи, їх імена брали, як і інших планет, з давньогрецької міфології. Кільцева область простору, яку займають ці тіла, називається головним поясом астероїдів. При середній лінійної орбітальної швидкості близько 20 км/с астероїди головного поясу витрачають однією оберт навколо Сонця від 3 до 9 земних років залежно від віддаленості від цього. Нахили площин їх орбіт по відношенню до площини екліптики іноді досягають 70 °, але в основному знаходяться в діапазоні 5-10 °. На цій підставі всі відомі астероїди головного поясу ділять приблизно порівну на плоску (з нахилами орбіт до 8 °) і сферичну підсистему.
При телескопічних спостереженнях астероїдів було виявлено, що яскравість абсолютної більшості змінюється за короткий час (від кількох годин за кілька днів). Астрономи вже давно припускали, що ці зміни блиску астероїдів пов'язані з їх обертанням і визначаються насамперед їх неправильною формою. Перші ж знімки астероїдів, отримані за допомогою космічних апаратів, це підтвердили і показали, що поверхні цих тіл пориті кратерами або воронками різних розмірів. На рисунках 1-3 показано перші космічні зображення астероїдів, отримані з допомогою різних космічних апаратів. Очевидно, що такі форми та поверхні малих планет утворилися при їх численних зіткненнях з іншими твердими небесними тілами. У загальному випадку, коли форма астероїда, що спостерігається з Землі, невідома (оскільки він видно як точковий об'єкт), то її намагаються апроксимувати за допомогою тривісного еліпсоїда.
У таблиці 1 наведена основна інформація про найбільші або просто цікаві астероїди.
| N | Астероїд Назва Рус./Лат. |
Діаметр (Км) |
Маса (10 15 кг) |
Період обертання (година) |
Орбіталь. період (Рік) |
Спектр. клас |
Велика п/вісь орб. (А.Є.) |
Ексцентриситет орбіти |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Церера/ Ceres |
960 х 932 | 87000 | 9,1 | 4,6 | З | 2,766 | 0,078 |
| 2 | Паллада/ Pallas |
570 х 525х 482 | 318000 | 7,8 | 4,6 | U | 2,776 | 0,231 |
| 3 | Юнона/ Juno |
240 | 20000 | 7,2 | 4,4 | S | 2,669 | 0,258 |
| 4 | Веста/ Vesta |
530 | 300000 | 5,3 | 3,6 | U | 2,361 | 0,090 |
| 8 | Флора/ Flora |
141 | 13,6 | 3,3 | S | 0,141 | ||
| 243 | Іда/Ida | 58 х 23 | 100 | 4,6 | 4,8 | S | 2,861 | 0,045 |
| 253 | Матильда/ Mathilde |
66 х 48 х 46 | 103 | 417,7 | 4,3 | C | 2,646 | 0,266 |
| 433 | Ерос/Eros | 33 х 13 х 13 | 7 | 5,3 | 1,7 | S | 1,458 | 0,223 |
| 951 | Гаспра/ Gaspra |
19 х 12 х 11 | 10 | 7,0 | 3,3 | S | 2,209 | 0,174 |
| 1566 | Ікарус/ Icarus |
1,4 | 0,001 | 2,3 | 1,1 | U | 1,078 | 0,827 |
| 1620 | Географ/ Geographos |
2,0 | 0,004 | 5,2 | 1,4 | S | 1,246 | 0,335 |
| 1862 | Аполлон/ Apollo |
1,6 | 0,002 | 3,1 | 1,8 | S | 1,471 | 0,560 |
| 2060 | Хірон/ Chiron |
180 | 4000 | 5,9 | 50,7 | B | 13,633 | 0,380 |
| 4179 | Тоутатіс/ Toutatis |
4,6 х 2,4 х 1,9 | 0,05 | 130 | 1,1 | S | 2,512 | 0,634 |
| 4769 | Касталія/ Castalia |
1,8 х 0,8 | 0,0005 | 0,4 | 1,063 | 0,483 |
Пояснення до таблиці.
1 Церера – найбільший астероїд, який був виявлений першим. Він був відкритий італійським астрономом Джузеппе Піацці 1 січня 1801 і названий на честь римської богині родючості.
2 Паллада - другий за величиною астероїд, виявлений також другим. Це було зроблено німецьким астрономом Генріхом Ольберсом 28 березня 1802 року.
3 Юнона - відкритий К. Гардінг в 1804 р.
4 Веста - третій за величиною астероїд, відкритий також Г. Ольберсом в 1807 р. У цього тіла є наглядові ознаки базальтової кори, що покриває олівінову мантію, що може бути наслідком плавлення і диференціації його речовини. Зображення видимого диска цього астероїда вперше отримано в 1995 р. за допомогою американського Космічного телескопа ім. Хаббла, що працює на навколоземній орбіті.
8 Флора - найбільший астероїд великого сімейства астероїдів, названого тим самим ім'ям, що налічує кілька сотень членів, яке вперше було охарактеризовано японським астрономом К. Хіраям. Астероїди цього сімейства мають дуже близькі орбіти, що, ймовірно, підтверджує їхнє спільне походження від загального батьківського тіла, зруйнованого при зіткненні з якимось іншим тілом.
243 Іда - астероїд головного пояса, зображення якого отримані за допомогою космічного апарату "Галілео" 28 серпня 1993 р. Ці зображення дозволили виявити маленький супутник Іди, згодом названий Дактилем. (Див. малюнки 2 та 3).
253 Матильда - астероїд, зображення якого отримані за допомогою космічного апарату "НІАР" у червні 1997 (див. рис. 4).
433 Ерос - астероїд, що зближується з Землею, зображення якого були отримані за допомогою космічного апарату "НІАР" у лютому 1999 р.
951 Гаспра - астероїд головного поясу, зображення якого вперше були отримані за допомогою міжпланетного апарату "Галілео" 29 жовтня 1991 (див. рис. 1).
1566 Ікарус - астероїд, що зближується з Землею і перетинає її орбіту, має дуже великий ексцентриситет орбіти (0,8268).
1620 Географ - астероїд, що зближується з Землею, є або подвійним об'єктом, або має дуже нерегулярну форму. Це випливає із залежності його блиску від фази обертання навколо власної осі, а також його радіолокаційних зображень.
1862 Аполлон - найбільший астероїд однойменного сімейства тіл, що зближуються із Землею і перетинають її орбіту. Ексцентриситет орбіти Аполлона досить великий – 0,56.
2060 Хірон - астероїд-комета, що виявляє періодично кометну активність (регулярні збільшення яскравості поблизу перигелію орбіти, тобто на мінімальній відстані від Сонця, що можна пояснити випаром входять до складу астероїду летких сполук), що рухається ексцентричною0 орбітами Сатурна та Урану.
4179 Тоутатіс - подвійний астероїд, компоненти якого, ймовірно, в контакті і мають розміри приблизно 2,5 км і 1,5 км. Зображення цього астероїда були отримані за допомогою радіолокаторів, розташованих в Аресібо та Голдстоуні. З усіх відомих на сьогоднішній день астероїдів, що зближуються із Землею в XXI столітті, Тоутатіс має бути на найближчій відстані (близько 1,5 млн. км, 29 вересня 2004 р.).
4769 Касталію - подвійний астероїд з приблизно однаковими (по 0,75 км в діаметрі) компонентами, що знаходяться в контакті. Його радіо-зображення було отримано за допомогою радіолокатора в Аресібо.
Зображення астероїда 951 Гаспра
Мал. 1. Зображення астероїда 951 Гаспра, отримане за допомогою космічного апарату "Галілео", у псевдоцвітах, тобто як комбінація зображень через фіолетовий, зелений та червоний світлофільтри. Результуючі кольори спеціально посилені для того, щоб наголосити на слабких відмінностях у поверхневих деталях. Блакитний відтінок мають області оголення гірських порід, тоді як червоний колір мають області, вкриті реголітом (роздробленим матеріалом). Просторова роздільна здатність у кожній точці знімка становить 163 м. Гаспра має неправильну форму та зразкові розміри вздовж 3-х осей 19 х 12 х 11 км. Сонце висвітлює астероїд праворуч.
Знімок NASA GAL-09.
Зображення астероїда 243 Іди
Мал. 2 Зображення астероїда 243 Іди та її маленького супутника Дактіля у псевдоцвітах, отримане за допомогою космічного апарату "Галілео". Вихідні зображення, використані для отримання знімка, були отримані приблизно з відстані 10500 км. Відмінності кольору можуть вказувати на варіації у складі поверхневої речовини. Яскраво-блакитні ділянки, можливо, покриті речовиною, що складається із залізовмісних мінералів. Розмір Іди завдовжки становить 58 км, та її вісь обертання орієнтована вертикально з невеликим нахилом вправо.
Знімок NASA GAL-11.
Мал. 3. Зображення Дактіля, маленького супутника 243 Іди. Поки невідомо, чи є він шматком Іди, відколотим від неї при якомусь зіткненні, чи стороннім об'єктом, захопленим її гравітаційним полем, що рухається круговою орбітою. Це знімок був отриманий 28 серпня 1993 через нейтральний світлофільтр з відстані приблизно 4000 км, за 4 хвилини до найбільш тісного зближення з астероїдом. Розміри Дактіля становлять приблизно 1,2 х 1,4 х 1,6 км. Знімок NASA GAL-04
Астероїд 253 Матильда
Мал. 4. Астероїд 253 Матільда. Знімок NASA, космічний апарат NEAR
2. Як міг виникнути головний пояс астероїдів?
Орбіти тіл, зосереджених у головному поясі, є стійкими та мають близьку до кругової або слабко ексцентричну форму. Тут вони рухаються в "безпечній" зоні, де мінімально гравітаційний вплив на них великих планет, і насамперед Юпітера. Наявні на сьогодні наукові факти показують, що саме Юпітер зіграв головну роль у тому, що на місці головного поясу астероїдів у період зародження Сонячної системи не змогла виникнути ще одна планета. Але навіть на початку нашого століття багато вчених ще були впевнені в тому, що між Юпітером і Марсом раніше існувала ще одна велика планета, яка з якихось причин зруйнувалася. Першим висловив таку гіпотезу ще Ольберс, відразу після відкриття Палади. Він же вигадав і назву цієї гіпотетичної планети - Фаетон. Зробимо невеликий відступ і опишемо один епізод з історії Сонячної системи – тієї історії, яка ґрунтується на сучасних наукових фактах. Це необхідно, зокрема, розуміння походження астероїдів головного пояса. Великий внесок у формування сучасної теорії походження Сонячної системи зробили радянські вчені О.Ю. Шмідт та В.С. Сафронов.
Одне з найбільших тіл, що утворилося на орбіті Юпітера (на відстані 5 а. е. від Сонця) близько 4,5 млрд. років тому, стало збільшуватися в розмірах швидше за інших. Перебуваючи на межі конденсації летких сполук (Н 2 , Н 2 О, NH 3 , CO 2 , СН 4 та ін.), які витікали з ближчої до Сонця та більш розігрітої зони протопланетного диска, це тіло стало центром акумуляції речовини, що складається в переважно із замерзлих газових конденсатів. При досягненні досить великої маси, воно почало захоплювати своїм гравітаційним полем раніше сконденсовану речовину, що знаходиться ближче до Сонця, в зоні батьківських тіл астероїдів, і таким чином гальмувати зростання останніх. З іншого боку, дрібніші тіла, не захоплені прото-Юпітером з якихось причин, але які у сфері його гравітаційного впливу, ефективно розкидалися у різні боки. Аналогічним чином, ймовірно, відбувався викид тіл із зони формування Сатурна, хоч і не так інтенсивно. Ці тіла пронизували і пояс батьківських тіл астероїдів чи планетезималей, що виникли раніше між орбітами Марса і Юпітера, "вимітаючи" їх із цієї зони або піддаючи дробленню. Причому до цього поступове зростання батьківських тіл астероїдів було можливе завдяки їхнім невеликим відносним швидкостям (приблизно до 0,5 км/с), коли зіткнення будь-яких об'єктів закінчувалися об'єднанням, а не дробленням. Збільшення потоку тіл, вкиданих у пояс астероїдів Юпітером (і Сатурном) під час його зростання, призвело до того, що відносні швидкості батьківських тіл астероїдів значно зросли (до 3-5 км/с) і стали більш хаотичними. Зрештою, процес акумуляції батьківських тіл астероїдів змінився процесом їх фрагментації при взаємних зіткненнях, а потенційна можливість формування досить великої планети на даній відстані від Сонця зникла назавжди.
3. Орбіти астероїдів
Повертаючись до сучасного стану поясу астероїдів, слід наголосити, що Юпітер, як і раніше, продовжує відігравати першорядну роль в еволюції орбіт астероїдів. Тривалий гравітаційний вплив (понад 4 млрд. років) цієї планети-гіганта на астероїди головного поясу призвело до того, що є ціла низка "заборонених" орбіт або навіть зон на яких малих планет практично немає, а якщо вони туди і потрапляють, то не можуть перебувати там тривалий час. Їх називають пробілами або люками Кірквуда - на ім'я Деніела Кірквуда, вченого, який вперше їх виявив. Такі орбіти є резонансними, оскільки астероїди, що рухаються по них, зазнають сильного гравітаційного впливу з боку Юпітера. Періоди звернення, що відповідають цим орбітам, знаходяться у простих відносинах з періодом звернення Юпітера (наприклад, 1:2; 3:7; 2:5; 1:3 та ін.). Якщо будь-який астероїд чи його фрагмент у результаті зіткнення з іншим тілом потрапляє на резонансну чи близьку до неї орбіту, то велика піввісь та ексцентриситет його орбіти досить швидко змінюються під впливом юпітеріанського гравітаційного поля. Все закінчується тим, що астероїд або йде з резонансної орбіти і може навіть залишити головний пояс астероїдів, або виявляється приреченим на нові зіткнення із сусідніми тілами. Таким чином, відповідний пробіл Кірквуда "очищується" від будь-яких об'єктів. Однак слід підкреслити, що в головному поясі астероїдів немає жодних щілин або порожніх проміжків, якщо уявити миттєвий розподіл всіх тіл, що до нього входять. Всі астероїди, у будь-який момент часу досить рівномірно заповнюють пояс астероїдів, так як, рухаючись по еліптичних орбітах, більшу частину часу проводять у "чужій" зоні. Ще один, "протилежний" приклад гравітаційного впливу Юпітера: у зовнішньої межі головного поясу астероїдів є два вузькі додаткові "кільця", навпаки, складені з орбіт астероїдів, періоди обігу яких перебувають у пропорціях 2:3 і 1:1 по відношенню до періоду обігу. Юпітера. Очевидно, що астероїди з періодом поводження, що відповідає ставленню 1:1, знаходяться прямо на орбіті Юпітера. Але вони рухаються на віддаленні від нього, що дорівнює радіусу юпітеріанської орбіти, з випередженням або відставанням. Ті астероїди, які у своєму русі випереджають Юпітер, називають "греками", а ті, що йдуть за ним - "троянцями" (так вони названі на честь героїв Троянської війни). Рух цих малих планет є досить стійким, тому що вони знаходяться в так званих "точках Лагранжа", де зрівнюються гравітаційні сили, що діють на них. Загальна назва цієї групи астероїдів - "троянці". На відміну від троянців, які могли поступово накопичитися в околицях точок Лагранжа протягом тривалої сутичної еволюції різних астероїдів, є сімейства астероїдів з дуже близькими орбітами тіл, що входять до них, які утворилися, швидше за все, в результаті відносно недавніх розпадів відповідних їм батьківських тіл. Це, наприклад, сімейство астероїда Флора, що налічує вже близько 60 членів, та низку інших. Останнім часом вчені намагаються визначити загальну кількість таких сімейств астероїдів для того, щоб таким чином оцінити початкову кількість батьківських тіл.
4. Астероїди, що зближуються із Землею
Поблизу внутрішнього краю головного поясу астероїдів існують інші групи тіл, орбіти яких далеко за межі головного поясу і навіть перетинатися з орбітами Марса, Землі, Венери і навіть Меркурія. Насамперед, це групи астероїдів Амура, Аполлона та Атона (за назвами найбільших представників, що входять до цих груп). Орбіти таких астероїдів не є такими стабільними, як в тіл головного пояса, а щодо швидко еволюціонують під впливом гравітаційних полів як Юпітера, а й планет земної групи. Тому такі астероїди можуть переходити з однієї групи в іншу, а саме розподіл астероїдів на вищеназвані групи є умовним, заснованим на даних про сучасні орбіти астероїдів. Зокрема амурці рухаються еліптичними орбітами, перигелійна відстань (мінімальна відстань до Сонця) яких не перевищує 1,3 а.о. Аполлонці рухаються орбітами з перигелійною відстанню меншою 1 а.е. (нагадаємо, що це середнє віддалення Землі від Сонця) і проникають усередину земної орбіти. Якщо в амурців і аполлонців велика піввісь орбіти перевищує 1 а.е., то в атонців вона менша або порядку цієї величини і ці астероїди, отже, рухаються в основному всередині земної орбіти. Очевидно, що аполлонці та атонці, перетинаючи орбіту Землі, можуть створювати загрозу зіткнення з нею. Існує навіть загальне визначення цієї групи малих планет як "астероїди, що зближуються із Землею" - це тіла, розміри орбіт яких не перевищують 1,3 а. На сьогоднішній день таких об'єктів виявлено близько 800. Але їх загальна кількість може бути значно більшою - до 1500-2000 з розмірами понад 1 км і до 135000 з розмірами більше 100 м. можуть опинитися у земних околицях, широко обговорюється у наукових та громадських колах. Докладніше про це, а також про заходи, які пропонуються для захисту нашої планети, можна дізнатися в нещодавно опублікованій книзі за редакцією А.А. Боярчука.
5. Про інші астероїдні пояси
За орбітою Юпітера також існують астероїдоподібні тіла. Більше того, за останніми даними, виявилося, що таких тіл дуже багато на периферії Сонячної системи. Вперше припущення про це було висловлено американським астрономом Джерардом Койпером ще в 1951 р. Він сформулював гіпотезу про те, що за орбітою Нептуна, на відстанях близько 30-50 а. може бути цілий пояс тіл, який є джерелом короткоперіодичних комет. І справді, з початку 90-х років (із введенням у дію найбільших телескопів з діаметром до 10 м на Гавайських островах) за орбітою Нептуна було виявлено понад сотню астероїдоподібних об'єктів з діаметрами приблизно від 100 до 800 км. Сукупність цих тіл була названа "поясом Койпера", хоча їх поки що і недостатньо для "повноцінного" пояса. Тим не менш, за деякими оцінками кількість тіл у ньому може бути не меншою (якщо не більше), ніж у головному поясі астероїдів. За параметрами орбіт новостворені тіла розділили на два класи. До першого так званого "класу Плутіно" віднесли приблизно третину всіх транснептунових об'єктів. Вони рухаються в резонансі 3:2 з Нептуном по досить еліптичних орбітах (великі півосі близько 39 а.е.; ексцетриситети 0,11-0,35; нахили орбіт до екліптики 0-20гр.), схожим на орбіту Плутона, звідки назва цього класу. В даний час між вченими навіть точаться дискусії про те, чи вважати Плутон повноправною планетою або лише одним із об'єктів вищезгаданого класу. Однак, швидше за все, статус Плутона не зміниться, оскільки його середній діаметр (2390 км) значно більший, ніж діаметри відомих транснептунових об'єктів, і крім того, як і більшість інших планет Сонячної системи, у нього є великий супутник (Харон) і атмосфера . У другий клас увійшли так звані "типові об'єкти пояса Койпера", оскільки їх більшість (що залишилися 2/3) з числа відомих і рухаються вони по орбітах, близьких до кругових з великими півосями в діапазоні 40-48 а. та різними нахилами (0-40°). Поки що більша віддаленість і відносно малі розміри перешкоджають виявленню нових подібних тіл з вищими темпами, хоча для цього використовуються найбільші телескопи і найбільша сучасна техніка. На основі порівняння цих тіл з відомими астероїдами за оптичними характеристиками зараз вважають, що перші є найпримітивнішими в нашій планетній системі. Мається на увазі, що їхня речовина з моменту своєї конденсації з протопланетної туманності зазнала зовсім невеликі змінипорівняно, наприклад, із речовиною планет земної групи. Фактично, абсолютна більшість цих тіл за своїм складом можуть бути ядрами комет, про що йтиметься й у розділі "Комети".
Виявлено ряд астероїдних тіл (згодом це число, ймовірно, збільшуватиметься) між поясом Койпера і головним поясом астероїдів - це "клас Кентаврів" - за аналогією з давньогрецькими міфологічними кентаврами (напівкіловцями-напівлюдами). Один з їхніх представників - це астероїд Хірон, який було б правильнішим назвати астероїдом-кометою, оскільки він періодично проявляє кометну активність у вигляді газової атмосфери (коми) і хвоста, що виникає. Вони утворюються з летких сполук, що входять до складу речовини цього тіла при проходженні ним перигелійних ділянок орбіти. Хірон є одним із наочних прикладів відсутності різкої межі між астероїдами та кометами за складом речовини, а, можливо, і за походженням. Він має розмір близько 200 км, яке орбіта перекривається з орбітами Сатурна і Урана. Інша назва об'єктів цього класу – "пояс Казимирчак-Полонської" – на ім'я Є.І. Полонській, що довела існування астероїдних тіл між планетами-гігантами.
6. Трохи про методи досліджень астероїдів
Наше розуміння природи астероїдів зараз ґрунтується на трьох основних джерелах інформації: наземних телескопічних спостереженнях (оптичних та радіолокаційних), зображеннях, отриманих з космічних апаратів, що зближуються з астероїдами, і лабораторного аналізу відомих земних гірських порід і мінералів, а також впалих на Землю. про що йтиметься у розділі "Метеорити") в основному вважаються осколками астероїдів, ядер комет і поверхонь планет земної групи. Але найбільший обсяг інформації про малі планети все ж таки ми отримуємо за допомогою наземних телескопічних вимірів. Тому астероїди поділяються на так звані "спектральні типи" або класи відповідно, в першу чергу, з їх оптичними характеристиками, що спостерігаються. В першу чергу це альбедо (частка відбиваного тілом світла від кількості падаючого на нього сонячного світла в одиницю часу, якщо вважати напрямки падаючих та відбитих променів збігаються) і загальна форма спектру відображення тіла у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах (який виходить шляхом простого поділу на кожній довжині світлової хвилі спектральної яскравості поверхні тіла, що спостерігається на спектральну яскравість на тій же довжині хвилі самого Сонця). Ці оптичні характеристики використовуються з метою оцінки хіміко-мінералогічного складу речовини, що становить астероїди. Іноді беруться до уваги і додаткові дані (якщо вони є), наприклад, про відбивну здатність радіолокації астероїда, про швидкість його обертання навколо власної осі і т.д.
Прагнення поділити астероїди на класи пояснюється бажанням вчених спростити або схематизувати опис величезної кількості малих планет, хоча, як показують ретельніші дослідження, це не завжди вдається. Останнім часом виникає необхідність введення підкласів і дрібніших поділів спектральних типів астероїдів для характеристики якихось загальних особливостей їх окремих груп. Перш ніж дати загальну характеристикуастероїдів різних спектральних типів, пояснимо як можна оцінити склад астероїдної речовини за допомогою дистанційних вимірів. Як зазначалося, вважається, що астероїди якогось одного типу мають приблизно однакові значення альбедо і близькі формою спектри відбиття, які можна замінити на середні (для цього типу) величини чи характеристики. Ці середні величини для певного типу астероїдів порівнюються з аналогічними величинами для гірських гірських порід і мінералів, а також тих метеоритів, зразки яких є в земних колекціях. Хімічний та мінеральний склади зразків, які називаються "зразками-аналогами", разом з їх спектральними та іншими фізичними властивостями, як правило, вже добре вивчені у земних лабораторіях. На основі такого порівняння та підбору зразків-аналогів і визначається у першому наближенні деякий середній хімічний та мінеральний склад речовини для астероїдів даного типу. Виявилося, що на відміну від земних гірських порід речовина астероїдів загалом є значно більш простою або навіть примітивною. Це говорить про те, що фізичні та хімічні процеси, до яких була залучена астероїдна речовина протягом усієї історії існування Сонячної системи, були не такими різноманітними та складними, як на планетах земної групи. Якщо на Землі зараз надійно встановленими вважаються близько 4000 мінеральних видів, то на астероїдах їх може бути лише кілька сотень. Про це можна судити за кількістю мінеральних видів (близько 300), виявленою в метеоритах, що впали на земну поверхню, які можуть бути уламками астероїдів. Велика різноманітність мінералів на Землі виникла не тільки тому, що освіта нашої планети (як і інших планет земної групи) проходила в протопланетній хмарі значно ближче до Сонця, а значить, і за більш високих температурах. Крім того, що силікатна речовина, метали та їх сполуки, перебуваючи в рідкому або пластичному стані при таких температурах, розділилися або диференціювали за питомою вагою в гравітаційному полі Землі, температурні умови, що склалися, виявилися сприятливими для виникнення постійного газового або рідкого окисного середовища, основними компонентами якої були кисень та вода. Їх тривала та постійна взаємодія з первинними мінералами та породами земної кори і призвела до того багатства мінералів, яке ми спостерігаємо. Повертаючись до астероїдів, слід зазначити, що за дистанційними даними вони здебільшого складаються з більш простих силікатних сполук. Насамперед - це безводні силікати, такі як піроксени (їх узагальнена формула ABZ 2 O 6 , де позиції "A" і "B" займають катіони різних металів, а "Z" - Al або Si), олівини (A 2+ 2 SiO 4 де A 2+ = Fe, Mg, Mn, Ni) і іноді плагіоклази (із загальною формулою (Na, Ca) Al (Al, Si) Si 2 O 8). Їх називають породоутворюючими мінералами, оскільки вони становлять основу більшості гірських порід. Силікатні сполуки іншого типу, широко представлені на астероїдах, – це гідросилікати або шаруваті силікати. До них належать серпентини (із загальною формулою A 3 Si 2 O 5? (OH), де A = Mg, Fe 2+ , Ni), хлорити (A 4-6 Z 4 O 10 (OH,O) 8 , де A і Z - це в основному катіони різних металів) та ряд інших мінералів, які містять у своєму складі гідроксил (ВІН). Можна припускати, що на астероїдах зустрічаються не тільки прості оксиди, сполуки (наприклад, сірчисті) та сплави заліза та інших металів (зокрема FeNi), вуглецеві (органічні) сполуки, але навіть метали та вуглець у вільному стані. Про це свідчать результати дослідження метеоритної речовини, яка постійно випадає на Землю (див. розділ "Метеорити").
7. Спектральні типи астероїдів
На сьогоднішній день виділені такі основні спектральні класи або типи малих планет, що позначаються латинськими літерами: A, B, C, F, G, D, P, E, M, Q, R, S, V і T. Дамо їх коротку характеристику.
Астероїди типу A мають досить високе альбедо і червоний колір, що визначається значним зростанням до довгих хвиль їх відбивної здатності. Вони можуть складатися з високотемпературних олівінів (яких мають температуру плавлення в межах 1100-1900° С) або суміші олівіну з металами, які відповідають спектральним характеристикам цих астероїдів. Навпаки, у малих планет типів B, C, F і G - низьке альбедо (тіла B-типу дещо світліше) і майже плоский (або безбарвний) у видимому діапазоні, але різко спадаючий на коротких хвилях спектр відображення. Тому вважається, що ці астероїди переважно складені з низькотемпературних гідратованих силікатів (які можуть розкладатися або плавитися при температурах 500-1500° С) з домішкою вуглецю або органічних сполук, що мають схожі спектральні характеристики. Астероїди з низьким альбедо та червонуватим кольором були віднесені до D- та P-типів (D-тіла більш червоні). Такі властивості мають силікати, багаті на вуглецю або органічні речовини. З них складаються, наприклад, частинки міжпланетного пилу, який, ймовірно, заповнював і навколосонячний протопланетний диск ще до утворення планет. На основі цієї подібності можна припускати, що D-і P-астероїди є найдавнішими, малозміненими тілами поясу астероїдів. Малі планети E-типу мають найвищі значення альбедо (їх поверхнева речовина може відображати до 50% світла, що падає на них) і злегка червонуватий колір. Такі ж спектральні характеристики має мінерал енстатит (це високотемпературний різновид піроксену) або інші силікати, що містять залізо у вільному (неокисленому) стані, які можуть входити до складу астероїдів E-типу. Астероїди, схожі за спектрами відбиття на тіла P- і E-типів, але за значенням альбедо, що знаходяться між ними, відносять до M-типу. Виявилося, що оптичні властивості цих об'єктів дуже схожі на властивості металів у вільному стані або металевих сполук, що перебувають у суміші з енстатитом чи іншими піроксенами. Таких астероїдів зараз налічується близько 30. За допомогою наземних спостережень останнім часом було встановлено такий цікавий фактяк присутність на значній частині цих тіл гідратованих силікатів. Хоча причина виникнення такої незвичайної комбінації високотемпературних і низькотемпературних матеріалів ще остаточно не встановлена, можна припускати, що гідросилікати могли бути привнесені на астероїди M-типів при зіткненнях з примітивними тілами. З спектральних класів, що залишилися, за альбедо і загальною формою спектрів відображення у видимому діапазоні астероїди Q-, R-, S- і V-типів досить схожі: у них відносно високе альбедо (у тіл S-типу дещо нижче) і червонуватий колір. Відмінності між ними зводяться до того, що присутня на їх спектрах відображення в ближньому інфрачервоному діапазоні широка смуга поглинання близько 1 мікрона має різну глибину. Ця смуга поглинання характерна для суміші піроксенів та олівінів та положення її центру та глибина залежать від пайового та загального вмісту цих мінералів у поверхневій речовині астероїдів. З іншого боку, глибина будь-якої смуги поглинання на спектрі відбиття силікатної речовини зменшується за наявності в ньому будь-яких непрозорих частинок (наприклад, вуглецю, металів або їх сполук), які екранують дифузно-відбитий (тобто пропускається через речовину та несе інформацію про неї) складі) світло. У даних астероїдів глибина смуги поглинання в 1 мкм збільшується від S-Q-, R- і V-типів. Відповідно до вищесказаного, тіла перерахованих типів (крім V) можуть складатися із суміші олівінів, піроксенів та металів. Речовина астероїдів V-типу може включати поряд з піроксенами і польові шпати, а за складом бути схожим на земні базальти. І, нарешті, до останнього, T-типу, відносять астероїди, що мають низьке альбедо і червоний спектр відображення, який схожий на спектри тіл P-і D-типів, але по нахилу проміжне положення, що займає між їх спектрами. Тому мінералогічний склад астероїдів T-, P- та D-типів вважається приблизно однаковим і відповідним силікатам, багатим вуглецем або органічними сполуками.
При вивченні розподілу астероїдів різних типів у просторі виявили явний зв'язок їх передбачуваного хіміко-мінерального складу з відстанню до Сонця. Виявилося, що простіший мінеральний склад речовини (що більше у ньому летких сполук) мають ті тіла, то далі, зазвичай, вони перебувають. Загалом понад 75% усіх астероїдів відносяться до C-типу та розташовуються переважно у периферійній частині поясу астероїдів. Приблизно 17% належать до S-типу та переважають у внутрішній частині пояса астероїдів. Більшість з астероїдів, що залишилися, відноситься до M-типу і також рухається головним чином в середній частині астероїдного кільця. Максимуми розподілів астероїдів цих трьох типів перебувають у межах головного пояса. Максимум загального розподілу астероїдів E- та R-типів дещо виходить за межі внутрішньої межі пояса у бік Сонця. Цікаво те, що сумарний розподіл астероїдів P- і D-типів прагне свого максимуму у напрямку до периферії головного поясу і виходить не тільки за межі астероїдного кільця, але і за межі орбіти Юпітера. Не виключено, що розподіл P- та D-астероїдів головного поясу перекривається з астероїдними поясами Казимирчак-Полонської, що знаходяться між орбітами планет-гігантів.
На закінчення огляду малих планет коротко викладемо сенс загальної гіпотези про походження астероїдів різних класів, що знаходить дедалі більше підтверджень.
8. Про походження малих планет
На зорі формування Сонячної системи, близько 4,5 млрд років тому, з навколишнього Сонця газо-пилового диска внаслідок турбулентних та інших нестаціонарних явищ виникли згустки речовини, які при взаємних непружних зіткненнях і гравітаційних взаємодіях об'єднувалися в планеті зималі. Зі збільшенням відстані від Сонця зменшувалася середня температура газопилової речовини і, відповідно, змінювався його загальний хімічний склад. Кільцева зона протопланетного диска, з якого згодом сформувався головний пояс астероїдів, виявилася поблизу межі конденсації летких сполук, зокрема водяної пари. По-перше, ця обставина призвела до випереджального зростання зародка Юпітера, що знаходився поруч із зазначеною кордоном і став центром акумуляції водню, азоту, вуглецю та їх сполук, що залишали розігріту центральну частину Сонячної системи. По-друге, газо-пилова речовина, з якої утворилися астероїди, виявилося дуже неоднорідним за складом залежно від відстані до Сонця: відносний вміст у ньому найпростіших силікатних сполук різко зменшувався, а вміст летких сполук наростало з віддаленням від Сонця в області від 2, 0 до 3,5 а. Як уже говорилося, потужні обурення з боку зародка Юпітера, що швидко зростає, на пояс астероїдів перешкодили утворенню в ньому досить великого прото-планетного тіла. Процес акумуляції речовини там було зупинено тоді, коли встигли сформуватися лише кілька десятків планетозималей допланетного розміру (близько 500-1000 км), які почали дробитися при зіткненнях внаслідок швидкого зростання їх відносних швидкостей (від 0,1 до 5 км/с). Однак у цей період деякі батьківські тіла астероїдів або, принаймні, ті з них, які містили високу частку силікатних з'єднань і були ближче до Сонця, вже були розігріті або навіть зазнали гравітаційної диференціації. Зараз розглядаються два можливі механізми розігріву надр таких протоастероїдів: як наслідок розпаду радіоактивних ізотопів, або внаслідок дії індукційних струмів, наведених у речовині цих тіл потужними потоками заряджених частинок з молодого та активного Сонця. Батьківськими тілами астероїдів, які збереглися з якихось причин до наших днів, як вважають вчені, є найбільші астероїди 1 Церера і 4 Веста, основні відомості про які дано в Табл. 1. У процесі гравітаційної диференціації прото-астероїдів, які зазнали достатнього нагрівання для плавлення їх силікатної речовини, виділилися металеві ядра та інші легші силікатні оболонки, а в деяких випадках навіть базальтова кора (наприклад, у 4 Вісти), як у планет земної групи . Але все ж таки, оскільки речовина в зоні астероїдів містила значну кількість летких сполук, її середня температура плавлення була відносно низькою. Як було показано за допомогою математичного моделювання та чисельних розрахунків, температура плавлення такої силікатної речовини могла бути в діапазоні 500-1000° C. Отже, після диференціації та охолодження батьківські тіла астероїдів зазнали численних зіткнень не тільки між собою та своїми уламками, але й з тілами , що вторглися в пояс астероїдів із зон Юпітера, Сатурна та більш далекої периферії Сонячної системи. В результаті тривалої ударної еволюції прото-астероїди були роздроблені на величезну кількість дрібніших тіл, що спостерігаються зараз як астероїди. При відносних швидкостях близько кількох кілометрів на секунду зіткнення тіл, що складалися з кількох силікатних оболонок з різною механічною міцністю (що більше в твердій речовині міститься металів, тим більше воно міцне), призводили до здирання з них і дроблення до дрібних фрагментів в першу чергу найменш міцних зовнішніх силікатних оболонок. Причому вважається, що астероїди спектральних типів, які відповідають високотемпературним силікатам, походять з різних силікатних оболонок їхніх батьківських тіл, що пройшли плавлення та диференціацію. Зокрема, астероїди M- і S-типів можуть бути цілком ядра батьківських тіл (як, наприклад, S-астероїд 15 Евномія і M-астероїд 16 Психея з діаметрами близько 270 км) або їх уламки через найвищий вміст у них металів . Астероїди A- та R-спектральних типів можуть бути осколками проміжних силікатних оболонок, а E- та V-типів - зовнішніх оболонок таких батьківських тіл. На основі аналізу розподілів у просторі астероїдів E-, V-, R-, A-, M- і S-типів можна також зробити висновок про те, що вони зазнали найбільш інтенсивної теплової та ударної переробки. Підтвердженням цьому, ймовірно, можна вважати збіг із внутрішньою межею головного поясу або близькість до неї максимумів розподілу астероїдів цих типів. Що ж до астероїдів інших спектральних типів, то вони вважаються або частково зміненими (метаморфічними) внаслідок зіткнень або локальних нагрівань, що не призвело до їх загального плавлення (T, B, G і F), або примітивними та мало зміненими (D, P, C та Q). Як зазначалося, кількість астероїдів зазначених типів зростає до периферії головного пояса. Безсумнівно те, що вони також відчували зіткнення і дроблення, але цей процес, мабуть, був настільки інтенсивним, щоб помітним чином вплинути з їхньої спостережувані характеристики і, відповідно, на хіміко-мінеральний склад. (Це питання також буде розглянуто у розділі "Метеорити"). Однак, як показує чисельне моделювання зіткнень силікатних тіл астероїдних розмірів, багато з існуючих зараз астероїдів після взаємних зіткнень могли реаккумулювати (тобто об'єднатися з фрагментів, що залишилися) і тому являють собою не монолітні тіла, а рухомі "груди каменів". Є численні спостережні підтвердження (за специфічними змінами блиску) наявності у ряду астероїдів гравітаційно пов'язаних з ними маленьких супутників, які, ймовірно, також виникли при ударних подіях як фрагменти тіл, що зіштовхувалися. Цей факт, хоч і викликав палкі дискусії серед вчених у минулому, був переконливо підтверджений на прикладі астероїда 243 Іда. За допомогою космічного апарату "Галілео" вдалося отримати зображення цього астероїда разом із його супутником (який пізніше назвали Дактилем), які представлені на рисунках 2 та 3.
9. Про те, чого ми поки що не знаємо
У дослідженнях астероїдів залишається багато неясного і навіть загадкового. По-перше, це загальні проблеми, що стосуються походження та еволюції твердої речовини в головному та інших астероїдних поясах та пов'язані з виникненням усієї Сонячної системи. Їхнє рішення має важливе значення не тільки для правильних уявлень про нашу систему, але й для розуміння причин і закономірностей виникнення планетних систем на околицях інших зірок. Завдяки можливостям сучасної спостережної техніки вдалося встановити, що ряд сусідніх зірок мають великі планети типу Юпітера. На черзі стоїть виявлення цих та інших зірок менших за розміром планет земного типу. Є також питання, куди можна відповісти лише за умови докладного вивчення окремих малих планет. Фактично, кожне з цих тіл унікальне, оскільки має власну, іноді специфічну, історію. Наприклад, астероїди-члени якихось динамічних сімейств (наприклад, Феміди, Флори, Гільди, Еос та інших), що мають, як говорилося, загальне походження, можуть помітно відрізнятися за оптичними характеристиками, що вказує на якісь їх особливості. З іншого боку очевидно, що для детального дослідження всіх досить великих астероїдів тільки в головному поясі потрібно дуже багато часу і сил. І все-таки, мабуть, лише шляхом збирання та накопичення докладної і точної інформації про кожному з астероїдів, та був з допомогою її узагальнення можливе поступове уточнення розуміння природи цих тіл і основних закономірностей їх еволюції.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:
1. Загроза з неба: рок чи випадковість? (Під ред. А.А. Боярчука). М: "Космосінформ", 1999, 218 с.
2. Флейшер М. Словник мінеральних видів. М: " Світ " , 1990, 204 з.
