Все про астероиды. Главный пояс астероидов

«Астероиды вращаются вокруг Солнца, двигаясь в ту же сторону, что и большие планеты, — против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса мира. Львиная доля их удалена от Солнца на расстояния от 2,3 до 3,3 астрономической единицы.

 

Таким образом, планеты-карлики образуют между орбитами Марса и Юпитера широкое кольцо, или, как его иначе называют, пояс астероидов.

 

А. А. Гурштейн. Извечные тайны неба

 

астероиды фото

Главный пояс Астероидов и  Юпитер (художественная реконструкция)

 

астероиды фото

Крупнейшая карликовая планета главного астероидного пояса — Церера (художественная реконструкция)

 

Оставив позади пыльные марсианские ураганы, до сих пор скрывающие тайну жизни на Красной планете, отправимся в одно из самых загадочных мест Солнечной системы, носящее название главного пояса астероидов. Этот термин ввел в середине XIX века выдающийся немецкий ученый-просветитель Александр фон Гумбольдт.

 

Суммарная масса этого скопления летающих скал диаметром от метра до сотен километров равна примерно 4 % лунной массы, причем больше ее половины заключено в четырех крупнейших телах: Церере, Палладе, Весте и Гигее. Их средний диаметр близок к 400 км, а самое огромное из них — Цереру — можно даже считать самой настоящей карликовой планетой

 

(диаметр ее более 950 км, а масса больше суммарной массы Паллады и Весты). Однако подавляющее большинство многих миллионов астероидов главного пояса значительно меньше по величине и они составляют в диаметре всего лишь десятки метров.

 

Астрономы-планетологи до сих пор спорят о причинах появления главного астероидного пояса, но в большинстве сходятся во мнении, что определяющую роль сыграло чудовищное тяготение Юпитера, то ли мешавшее образоваться полноценной планете, то ли, наоборот, разорвавшее ее на части, множественные столкновения которых и привели к сегодняшней картине этого орбитального роя астероидов.

 

В конечном итоге множество астероидов распались на более мелкие фрагменты. Большинство их было выброшено силами гравитации на окраины Солнечной системы либо перешло на очень вытянутые орбиты, двигаясь по которым (и возвращаясь во внутреннюю часть Солнечной системы), они сталкивались с планетами земной группы во время эпохи поздней тяжелой бомбардировки, около 3,5 млрд лет назад. Это объясняет низкую плотность сегодняшнего состояния пояса астероидов.

 

Столкновения между астероидами происходят постоянно даже с учетом разреженности современного астероидного пояса, что формирует множество астероидных семейств с похожими орбитами и химическим строением.

 

Крупнейшие представители главного пояса астероидов — Церера, Паллада, Юнона и Веста — были открыты в начале XIX века, а Астрея и Геба — в середине. В отличие от других планет, даже в самые сильные телескопы того времени все они выглядели как точки света, неотличимые от обычных звезд в отсутствие движения. Поэтому новые небесные тела стали считать отдельным классом звездоподобных объектов. Однако термин не вошел в широкое обращение, изредка встречается лишь в специальной астрономической литературе.

 

По мере развития методов наблюдения астероидов с помощью все более мощных телескопов их количество непрерывно возрастало и к концу XIX века уже превышало три сотни.

 

астероиды фото

Зенареиды — население главного пояса астероидов

 

В это же время возникла гипотеза, что когда-то миллионы или даже миллиарды лет назад на месте главного пояса астероидов находилась некая планета Фаэтон, которая либо была разорвана притяжением Юпитера и Марса, либо разрушилась в столкновении с каким-то иным массивным небесным телом. Впоследствии подобные гипотезы были признаны несостоятельными, поскольку поле притяжения Юпитера препятствовало бы образованию Фаэтона. С другой стороны, различный химический состав попадающих на землю из главного пояса метеоритов также противоречит версии их единого источника. Поэтому сегодня ученые сошлись на том, что главный пояс астероидов состоит из «строительного мусора», оставшегося от времени формирования планет Солнечной системы, то есть планеты, не сформировавшейся, скорее всего, из-за сильного тяготения Юпитера.

 

Новый этап изучения астероидов начался с применения в 1891 году метода астрофотографии, заключающегося в фотографировании с долгой экспозицией, так что движущиеся, слабо видимые тела оставляют четкие светлые линии. С помощью астрофотографии за последующие три десятилетия было обнаружено свыше тысячи астероидов, а сегодня их число составляет около 300 тыс. и продолжает расти, причем современные системы поиска новых астероидов позволяют выявлять их автоматически, практически без участия человека. При этом самое пристальное внимание уделяется крупным объектам, способным вторгнуться в земную атмосферу вместе с некоторыми кометами и метеороидами.

 

астероиды фото

Газопылевое облако вокруг формирующейся звезды (художественная реконструкция)

 

Надо честно признать, что единого мнения относительно формирования группы землеподобных планет до сих пор не существует и этот этап развития Солнечной системы выглядит довольно загадочно. Дело в том, что соответствующие космогонические сценарии предсказывают образование еще как минимум десятка планет размером с Меркурий или Марс. Их отсутствие можно объяснить тем, что эти первичные планеты попросту рассыпались при взаимных соударениях и под действием гравитационных сил. После этого некоторая часть их вещества могла бы образовать пояса астероидов, а другая выпасть каменным дождем на уцелевших планетах, еще одна часть могла быть выброшена на периферию Солнечной системы под воздействием гравитации газовых гигантов и в первую очередь Юпитера. Подобные модели дают астрономам надежду открыть еще множество разнообразных тел, включая малые планеты, кружащиеся где-то на окраине Солнечной системы.

 

С современной точки зрения формирование больших и малых тел Солнечной  системы  началось где-то 4,5 млдр лет назад, когда из межзвездного  газопылевого облака возник под действием сил внутренней гравитации вращающийся диск с неоднородностями и уплотнениями. В центре облака самое крупное уплотнение превратилось в Солнце, а иные сгустки вещества, как снежные комья со все более возрастающим притяжением, составили зародыши будущих планет, которые планетологи называют планете зималями.

 

В протопланетном облаке по мере удаления от Солнца сильно изменялась средняя температура вещества, определяя существенные изменения и в его химическом составе. При этом в модели формирующейся Солнечной системы именно та часть протопланетного диска, на месте которой сегодня расположился главный пояс астероидов, оказалась в области конденсации разнообразных летучих соединений, в частности водяного пара. В то же время вблизи рос гигантский зародыш Юпитера, который в опережающем темпе аккумулировал водород, азот, углерод и всяческие соединения этих газов, приходивших из разогретой центральной части формирующейся Солнечной системы.

 

астероиды фото

Астероид Ида и его спутник Дактиль

 

Мощная гравитация гигантского зародыша Юпитера остановила развитие еще одной планеты Солнечной системы — и на ее орбите успели возникнуть только несколько десятков допланетных планете-зималей. Впоследствии гравитационные возмущения рассеяли большую часть первичного материала главного пояса, оставив лишь около 0,1 % вещества первоначальной массы. Между тем компьютерные модели показывают, что здесь действительно могла бы сформироваться планета земной массы. Может быть, некоторые крупные фрагменты этой несостоявшейся планеты до сих пор находятся на окраинах Солнечной системы.

 

Эволюция крупнейших астероидов пояса включала процесс гравитационного разделения, когда они испытывали нагревание, приводившее к плавлению их силикатного вещества с выделением металлических ядер и более легких силикатных оболочек. Так, у крупных астероидов возникла даже своеобразная базальтовая кора, совсем как у внутренних планет земной группы.

 

Теория возникновения главного пояса астероидов предполагает, что вначале население пояса должно было включать немало очень крупных объектов, в которых могла идти дифференциация внутреннего строения. Подобные астероиды могли бы иметь все признаки малых планет, включая кору и мантию из базальтовых пород. Соответственно, в последующем более половины фрагментов крупных тел должны были бы состоять из базальта. Тем не менее базальтовые тела практически не встречаются в главном поясе. Одно время даже считалось, что практически все базальтовые астероиды представляют собой осколки коры Весты, однако более подробные исследования показали различие в их химическом составе, что указывает на их отдельное происхождение.

 

Интересно, что, когда главный пояс находился в стадии формирования, в нем возникла так называемая снеговая линия, в пределах которой поверхность астероидов не нагревалась выше температуры таяния льда. Поэтому на астероидах, сформировавшихся вне этой линии, смог возникнуть водяной лед, что привело к появлению космических айсбергов с большим содержанием льда.

 

Эти соображения подтвердило открытие новых разновидностей обитателей главного пояса астероидов в виде сравнительно небольших комет, населяющих внешнюю часть пояса далеко за пределами снеговой линии. Может быть, именно эти «снежные астероиды» стали источниками воды (и следовательно, жизни) в земных океанах, попав на Землю во время кометной бомбардировки. Данную гипотезу косвенно подтверждает и разница в изотопном составе комет, прилетающих с далеких окраин Солнечной системы, с распределением изотопов в воде земной гидросферы. В то же время изотопный состав небольших комет, располагающихся во внешней части главного пояса астероидов, вполне схож с земным, и поэтому можно предположить, что эти астероиды были источниками земной воды.

 

При ближайшем рассмотрении главный пояс астероидов предстает довольно разряженным образованием с большими дистанциями между отдельными объектами. Сегодня известны сотни тысяч его обитателей, а общее количество оценивается в десятки миллионов, тем не менее занимаемый поясом объем пространства просто огромен, что и определяет крайне низкую плотность астероидного населения. Один из выводов — весьма незначительная опасность столкновения космического аппарата с каким-нибудь астероидом, достигающая по самым пессимистическим оценкам одного шанса на миллиард.

 

астероиды фото

 Комета из главного пояса астероидов (художественная реконструкция)

 

астероиды фото

Характерные размеры обитателей главного пояса астероидов

 

Между составом астероида и его расстоянием от Солнца можно проследить вполне определенную зависимость. Например, каменные силикатные астероиды расположены намного ближе к светилу, чем углеродно-глинистые, содержащие следы воды в связанном состоянии и даже обычный водяной лед. У близких к Солнцу астероидов также более высокая отражательная способность, чем у центральных и периферийных. Астрономы объясняют это воздействием солнечной радиации, «выдувавшей» более легкие элементы, такие как вода и газы, на периферию. Таким образом, водяной лед сконденсировался на астероидах внешней области главного пояса.

 

Среди астероидов главного пояса есть и те, у которых на определенном расстоянии от Солнца проявляются признаки комет и газового или пылевого хвоста. Поскольку появление обычных комет в главном поясе маловероятно, то считается, что подобные кометоподобные объекты образовались во внешней части самого пояса.

 

Из основных характеристик астероидов стоит упомянуть показатели их цветности, отражательной способности поверхности и характеристики спектра отраженного солнечного света. Изначально эта классификация определяла только три основных класса астероидов:

 

 класс С — углеродные, 75 % известных астероидов;

 класс S — силикатные, 17 % известных астероидов;

 класс М — металлические, большинство остальных.

Этот список был позже расширен, и число классов продолжает расти по мере изучения астероидов.

 

Относительно высокая концентрация крупных и средних тел в центральной области главного пояса предполагает возможность их довольно частых, по астрономическим меркам, сокрушительных столкновений, происходящих не реже чем раз в десятки миллионолетий. При этом идет их дробление на отдельные фрагменты различных размеров. Впрочем, если астероиды встречаются на сравнительно небольших скоростях, возможен обратный процесс их «слипания», когда они объединяются в одно более крупное тело. В современную астрономическую эпоху, несомненно, доминируют дробление и рассеивание частей астероидов, но 4 млрд лет назад именно процессы укрупнения привели к образованию планет Солнечной системы.

 

астероиды фото

Углеродные астероиды класса С

 

астероиды фото

Церера — необычный силикатный астероид с углеродно-ледяной оболочкой

 

С тех пор дробление астероидных фрагментов с превращением их в метеороиды полностью изменило внешний вид главного пояса астероидов, наполнив его обширными шлейфами мелких крупинок и пыли из микрочастиц радиусом в несколько сотен микрометров. Последствия подобного дробления, «перемеливания» и перемешивания с добавками, кроме астероидной, еще и пыли, выбрасываемой кометами, вызывает явление зодиакального света (слабое послезакатное и предрассветное свечение, наблюдаемое в плоскости эклиптики, имеющее вид расплывчатого треугольника).

 

астероиды фото

Металлический метеороид

 

астероиды фото

 Зодиакальное свечение

 

Сравнительные размеры астероидов и Марса. Сегодня насчитываются десятки тысяч всяческих метеоритов, из которых практически все (99,8 %) прилетели из главного пояса астероидов.

 

Первой АМС, посетившей главный пояс астероидов, была «Пионер-10», вступившая во внешнюю область пояса 16 июля 1972 года. Так был развеян миф об опасности столкновения космических аппаратов с чем-нибудь из этой грандиозной «мусорной свалки», оставшейся от строительства Солнечной системы. С тех пор уже десяток АМС проследовали без каких-либо инцидентов к внешним планетам Солнечной системы через главный пояс астероидов. Космическая флотилия, состоящая из АМС «Пионер-11», «Вояджер-1», «Вояджер-2» и зонда «Улисс», свободно прошла сквозь астероидный пояс без случайных сближений или встреч с астероидами. А вот миссия «Галилео» сделала впервые фотоснимки астероидов Иды и Гаспры. После этого каждый космический аппарат, пролетающий через главный пояс астероидов, старается исследовать какое-либо тело. Так были получены изображения Матильды, Аннафранки, Штейнса, Лютеции.

 

27 сентября 2007 года к крупнейшим астероидам Весте и Церере была отправлена АМС «Рассвет».

 

В задачах колонизации Солнечной системы астероидам отводится важная роль источника сырья для строительства и промышленного производства. Предполагается даже организовать транспортировку наиболее ценных астероидов на земную орбиту, где к тому времени будут работать космические металлургические предприятия. Астероиды главного пояса могут быть ценными источниками водяного льда, из которого возможно получение кислорода для дыхания и водорода как топлива. Ну и конечно же, космические геологи будущего надеются найти под тонкой коркой спекшихся базальтов разные редкие минералы и металлы, включая никель, железо, кобальт, титан, платину, молибден, родий и др.

 

Астероиды — практически неисчерпаемые источники ресурсов, и всего лишь одно железоникелевое тело класса М километрового диаметра может содержать пару миллиардов тонн руды, в несколько раз превышая годовой объем добычи ископаемого на Земле. Еще более перспективно расположение металлургического производства в космосе с вакуумной плавкой и переплавом различной продукции космической инфраструктуры, необходимой для дальнейшего исследования и освоения ближнего и в перспективе дальнего космоса.

 

астероиды фото

 

астероиды фото

АМС «Рассвет» («Dawn»)

 

астероиды фото

Расположение астероидов и метероидов

 

Это интересно

 

Несколько десятилетий назад нидерландский астроном Ван Фландерн сделал сенсационное заявление. Из его расчетов кометных орбит следовало, что всего лишь 5 млн лет назад в Солнечной системе произошла ужасная катастрофа. Некая планета размером с Сатурн, вращаясь между орбитами Марса и Юпитера, попала в узел гравитационных сил и разорвалась на мириады осколков. Часть их образовала главный пояс астероидов, а часть была выброшена притяжением газовых гигантов далеко за пределы Солнечной системы. Так возникло загадочное облако Оорта, о котором астрономы заговорили еще в середине XX века.

 

Этот сатурноподобный Фаэтон создал далекий склад комет и астероидов. Камнепадом своих обломков он мог уничтожить марсианскую атмосферу, испарив водоемы. Может быть, именно так и погибли ростки жизни на Красной планете…

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.