Астероиды

Астероиды - небольшие небесные тела, размером от нескольких метров до тысячи километров. Вообще, между ними и метеорными телами нет четкого различия. Количество подобных тел в Солнечной системе тем больше, чем они сами меньше. Многие ученые полагают, что большинство метеорных тел являются осколками астероидов. Астероиды, как и метеориты, состоят из железа, никеля и различных каменистых пород. По составу они близки к планетам земной группы.

Свое название астероиды получили за сходство со звездами при наблюдении в телескоп. Будучи крохотными, астероиды кажутся, как и звезды, точками. Астероид означает "звездоподобный".

Большинство астероидов движутся в так называемом поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Юпитер возмущает их движения. В результате этого, астероиды сталкиваются друг с другом, меняют свои орбиты. Некоторые из них могут подходить ближе к Солнцу или, наоборот, забираться дальше от него, нежели большая часть малых планет.

Астероиды изредка сталкиваются с большими планетами. Многими учеными считается, что причиной резкого изменения климата, повлекшего вымирание динозавров миллионы лет назад, послужил астероид, врезавшийся в Землю. На Земле даже обнаружили кратер, который мог образоваться от такого удара. Надо сказать, что Земля пережила несколько подобных "странных" вымираний животных. К примеру, за долго до динозавров так же внезапно вымерли трилобиты.

За орбитой Нептуна обнаружено несколько небесных тел с размерами 100-200 км. Видимо, там тоже располагается пояс астероидов. Он назван поясом Койпера. Объекты пояса имеют более схожий состав с кометами, чем с самими астероидами. Орбита Плутона проходит уже внутри этого пояса.

В феврале 1997-го года было высказано предположение, что за орбитой Плутона, на расстоянии в 50 а.е., существует еще один пояс астероидов. В нем, как и в поясе между орбитами Марса и Юпитера, как и в поясе Койпера, как и в Облаке Оорта, находится неизрасходованный при строительстве крупных тел Солнечной системы материал. Именно наличием этого пояса предложено объяснить образование двойной планеты Плутон-Харон, которые, по-видимому, ранее являлись самостоятельными телами. Возможно, что в этом поясе есть тела крупнее Плутона. Внутренние области этого пояса расчистил своим тяготением Нептун. Вероятно даже, что этот пояс малых тел не стоит различать с поясом Койпера.

Возможно, на месте пояса астероидов между Марсом и Юпитером вращалась большая планета, которую принято называть Фаэтон. Приливные силы Юпитера или катастрофическое столкновение с большим небесным телом разорвали ее на отдельные маленькие куски. Большинство же ученых думает, что никакой планеты не было, что Юпитер своим воздействием просто не дал собраться воедино множеству планетезималей - зародышам планет - в начале истории Солнечной системы. Как бы то ни было, а суммарная масса всех тел пояса астероидов не превышает массы Луны. Очень большой планеты из всех астероидов бы не вышло. Предполагается, что существует около ста тысяч астероидов внутри орбиты Юпитера, доступных наблюдениям.

Состав и строение

Оптические исследования. Поскольку астероиды очень малы и далеки от Земли, с помощью крупных телескопов удается измерять лишь переменность отраженного ими солнечного света и его спектральные характеристики. Примерно у 2000 астероидов измерены оптические свойства поверхности и период вращения вокруг оси, оценены размер и форма. Крупнейший из астероидов Церера чуть менее 1000 км диаметром, несколько десятков имеют диаметр более 100 км, размеры остальных лежат в широком диапазоне, вероятно, вплоть до размеров метеоритов. В последнее время создаются автоматизированные телескопы для непрерывного поиска астероидов, которые позволят в начале 21 в. обнаружить все астероиды диаметром более 1 км.

По спектральным характеристикам отраженного света астероиды объединяют в несколько типов, близких к типам метеоритов, что неудивительно, ибо происхождение почти всех метеоритов связано с астероидами (за исключением немногих, прилетевших с Луны и Марса). Однако нет астероидов типа обыкновенных хондритов – наиболее многочисленных метеоритов, близких по составу к планетам земной группы. Вероятная причина этого в том, что под влиянием солнечного излучения и микрометеоритной бомбардировки поверхность астероидов, близких по структуре и составу к обыкновенным хондритам, изменила цвет и стала умеренно отражающей свет поверхностью типа S, в спектре которой присутствуют полосы поглощения силикатных минералов оливина и пироксена.

Радиолокационные исследования. Радиолокационные измерения очень полезны для определения орбит астероидов и их физической природы. Например, они показали, что приближавшиеся к Земле мелкие астероиды иногда представляют собой двойные (или более сложные) объекты, что объясняет существование двойных кратеров на Марсе, Земле и других крупных небесных телах. Поскольку металлы особенно хорошо отражают радиоволны, с помощью радиолокаторов удалось обнаружить несколько астероидов железо-никелевого состава. См. также МЕТЕОРИТ.

Исследования с помощью космических аппаратов. Американский межпланетный аппарат «Галилео», посланный к Юпитеру, пролетел вблизи двух астероидов типа S, получил их детальные изображения и данные о поверхности. 29 октября 1991 он сблизился с астероидом 951 Гаспра и обнаружил, что это тело неправильной формы размером 19ґ12 км с сильно кратерированной и изрезанной поверхностью. Пролетев 28 августа 1993 мимо астероида 243 Ида размером 58ґ23 км, аппарат открыл у него маленький спутник, названный Дактилем. Это первый случай обнаружения спутника у астероида.

Определив орбиту Дактиля, астрономы смогли на основании третьего закона Кеплера вычислить массу Иды и ее среднюю плотность, которая оказалась значительно меньше, чем у железо-каменных метеоритов, считающихся аналогами астероидов типа S, и даже меньше, чем у обычных каменных пород. Цвет различных участков Иды коррелирует с их относительным возрастом (чем старше поверхность, тем она краснее); это указывает, что Ида может иметь хондритный состав, но в результате эрозии ее поверхность покраснела и сделалась похожей на астероиды типа S. Дактиль и выбросы из молодых кратеров на Иде цветом больше похожи на обыкновенные хондриты, чем старая поверхность Иды.

Другие астероиды совсем не похожи на обыкновенные хондриты. Например, 4 Веста покрыта базальтовыми породами, т.е. застывшей лавой; значит, в ее эволюции была эпоха разогрева, плавления и дифференциации вещества (эпоха формирования ядра). Вдоль орбиты Весты движется множество мелких астероидов базальтового состава; вероятно, они были выброшены с нее в результате мощного удара. Железные, железо-каменные и дунитные метеориты представляют собой внутренние части расплавленного и подвергшегося дифференциации небесного тела, подобного Весте, но полностью разрушенного многочисленными ударами.

Большинство астероидов быстро вращается, с периодом в несколько часов. У некоторых периоды вращения измеряются неделями, причиной чему, вероятно, стало редкое сочетание взаимных ударов. Исследовать один из загадочных медленно вращающихся (период 17 сут) астероидов 253 Матильда с темной углистой поверхностью типа C удалось в 1997 аппарату NEAR (программа Near Earth Asteroid Rendezvous, Свидание с околоземным астероидом). На его борту есть рентгеновский и гамма спектрометры для изучения поверхности. В 1999 этот аппарат достиг астероида 433 Эрос типа S и стал его спутником.

Орбиты

Подавляющая часть астероидов населяет пояс астероидов, лежащий за орбитой Марса и образующий тор, плотность которого спадает за расстоянием от Солнца 3,2 астрономической единицы (а.е.), на котором орбитальный период вдвое меньше периода Юпитера. На некоторых расстояниях, где орбитальный период находится в простом отношении с периодом Юпитера, астероидов тоже почти нет: их движение там неустойчиво из-за регулярных возмущений, вызываемых Юпитером. Эти области называют окнами или люками Кирквуда. Обычно орбиты астероидов умеренно вытянуты и наклонены к плоскости эклиптики. По схожести орбит большинство астероидов распадается на две дюжины семейств, происхождение которых, вероятно, связано с соударением и дроблением крупных первобытных астероидов.

За пределом 3,2 а.е. астероиды также встречаются. Некоторые из них входят в группу Троянцев и движутся точно по орбите Юпитера двумя «стаями» – одна на 60° впереди по движению планеты, а другая на 60° позади. Точное количество этих астероидов неизвестно, поскольку они очень темны и удалены от Земли и Солнца; пока открыты немногие из них.

Мелкие астероиды удается заметить лишь вблизи Земли. Около 2000 из них размером более 1 км регулярно пересекают орбиту Земли. В прошлом им подобные наверняка соударялись с Землей. Подозревают, например, что падение на Землю 10-километрового астероида привело 65 млн. лет назад к катастрофе, закончившейся исчезновением более половины биологических видов, в том числе динозавров. Пролетающие мимо Земли астероиды являются обломками более крупных астероидов, населяющих основной пояс, либо ядрами комет после полного испарения льдов с их поверхности. Движение астероидов по траекториям, пересекающим орбиты планет, не может продолжаться долго: за время порядка 10–100 млн. лет они испытают сближение с планетой, в результате которого упадут на ее поверхность или на Солнце, либо будут выброшены на периферию Солнечной системы.

Пояс астероидов

В конце XVIII века Тициус и Боде независимо друг от друга подметили закономерность в ряде чисел, выражающих средние расстояния планет от Солнца. Пятый член этого ряда не соответствовал никакой планете. 1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци случайно открыл звезду, прямое восхождение и склонение которой заметно изменялось за сутки наблюдений. Гаусс вычислил орбиту этого астрономического объекта, большая полуось которого оказалась равной 2,77 а.е.; стало понятно, что открыта планета между Марсом и Юпитером. Ее назвали Церера в честь древнеримской богини плодородия.

В 1802 году немецкий врач Ольберс, увлекавшийся астрономией, открыл неподалеку от Цереры новый астероид, который назвали Паллада. В 1804 году была открыта Юнона, в 1807 году – Веста. Гершель предложил назвать маленькие планеты астероидами. Астероид по-гречески означает «звездообразный».

В 1804 году Ольберс высказал знаменитую гипотезу о разрыве гипотетической планеты Фаэтон между Марсом и Юпитером и образования астероидов – ее обломков.

Закон Тициуса-Боде

Странно, но, по ничем физически необоснованному закону Тициуса-Боде, указывавшему на порядок расположения планет в Солнечной системе, на месте пояса астероидов действительно должна была быть планета.

a =0.4+0.3*2(n) где n принимает значения: минус бесконечность, 0, 1, 2 и т. д., а - расстояние от Солнца в астрономических единицах

По этому закону, сформулированному в середине 18-го века, большие полуоси орбит всех планет должны составлять возрастающую геометрическую прогрессию. Все известные на тот момент планеты (до Сатурна) укладывались в придуманную Тициусом прогрессию. Меркурий соответствовал значению минус бесконечность, Венера соответствовала нулю, Земля - единице, Марс - двойке, Юпитер - четверке, Сатурна - пятерке... И лишь в промежутке между Марсом и Юпитером не хватало одной планеты, определяемой числом n, равным трем. Позднее, Нептун не вписался в эту закономерность. Но открытый до того Уран только укрепил "вес" закона в сознании астрономов: под него подошло очередное число - шесть. Действительно, столько совпадений в расположении планет, вообще говоря, маловероятно. Сегодняшний день вновь ставит вопрос о законе Тициуса-Боде и его правомерности. Тициус, формулируя его, искал гармонию в расположении небесных тел и нашел ее. Современные астрономы пытаются добраться до знания о рождении всей Солнечной системы. Существующие модели этого действа не удовлетворяют всем проблемам, возникающими вокруг такого непростого вопроса. Может, закон Тициуса-Боде получит в будущем физическое и математическое обоснование?

Напомним, что это - не обоснованный научными методами закон, закон, который "просто подошел", такие законы называют эмпирическими. Эмпирическими, к примеру, являются законы Кеплера, известные всем из курса физики газовые законы: закон Шарля, закон Бойля-Мариотта, закон Гей-Люссака. Отличие всех этих законов от закономерности Тициуса-Боде заключается в том, что через какое-то время после их открытия они получили физическое обоснование. Законы Кеплера, к примеру, обосновал Ньютон. Открытие астероидов

Поиски большой планеты меду Марсом и Юпитером не привели в 18-м веке к успехам. В 1801-м году, в первую же ночь столетия, итальянец Пиацци открыл первый астероид - Цереру, самый большой из всех малых планет. За последующие шесть с небольшим лет были открыты Паллада, Юнона и Веста - самый яркий астероид, который иногда даже можно наблюдать невооруженным глазом, как, например, в июле 2000-го года. Орбиты всех эти малых планет пересекались дважды в двух противоположных точках небесной сферы. Из этого и был сделан вывод, что астероиды - осколки Фаэтона (Или планеты Ольберса, ученого, предложившего эту теорию).

Увы, на деле, вблизи тех двух точек пересечения орбит долгое время не удавалось открыть новых объектов. Возмущения больших планет сильно изменили орбиты астероидов, даже если они и являются осколками Фаэтона. Сейчас уже известно несколько тысяч астероидов, для многих из них рассчитаны точные орбиты.

Поиски астероидов в наше время ведутся, в основном, астрономами-любителями с помощью фотопластин. Астрофотографии делают двумя способами. Либо направляют телескоп на участок неба и следуют за его суточным движением (осуществляют гидирование телескопа) столько времени, сколько требуется для получения слабых объектов, какими и являются астероиды. Тогда звезды получаются точками, а успевший переместиться астероид - в виде черточки. Либо, наоборот, ведут телескоп во время экспозиции в направлении предполагаемого движения астероида. В этом случае, звезды выходят, как черточки, а астероид либо как точка, в идеале, либо как черточка, отличающаяся от звезд размерами и ориентацией.