Где находятся пояса астероидов?

Понятие пояса астероидов между Марсом и Юпитером известно ученым и любителям астрономии не один десяток лет. Современный каталог содержит сведения о 300 тысячах космических тел, приходящихся на эту область.

Пояс астероидов. История

Ученый из Восточной Пруссии И. Тициус в 1766 году сформулировал эмпирическое правило увеличения радиусов орбит известных планет Солнечной системы. Астроном Берлинской академии наук И. Боде разместил его в своем "Астрономическом ежегоднике". Согласно выводам немецких ученых, на расстоянии в 2,8 а. е. (астрономических единиц) от Солнца между орбитами Марса и Юпитера должна вращаться еще одна планета.

Спустя несколько лет группа европейских ученых организовала специальный клуб "Небесная полиция" в попытке систематизировать поиски "неуловимой" планеты. Каждый из 24 исследователей отвечал за свою зону наблюдения в области эклиптики. Поиск сводился к ежедневной фиксации небесных координат всех звезд и выявлению суточного смещения какого-либо объекта. Этот "путешественник" и был бы искомой планетой.

Пропавшая планета

Вопреки всем усилиям клуба, теоретически предсказанное космическое тело на самой заре 19 века (01.01.1801 г) в одиночку, обнаружил астроном Д. Пиацци (Италия). Планете дали имя Церера (богиня урожая из древнеримской мифологии). Чуть более года спустя бременский астроном Генрих Ольберс объявил об обнаружении в той же области еще одной планеты, впоследствии названной Палладой. Диски открытых планет рассмотреть было невозможно и они даже в самом мощном телескопе ничем не отличались от окружающих звезд. По предложению У. Гершеля открытые объекты назвали астероидами (от греч. звездоподобные). Кстати, более информативное, но не получившее распространение название предложил директор Венской обсерватории Й. Литров - зенареиды (Зевс и Арей - греческие имена Юпитера и Марса).

В течение следующих лет на той же орбите были открыты: Юнона (К. Хардинг, 1804 г) и Веста (Г. Ольберс, 1807 г), Астрея и Геба (К. Хенке, 1845 и 1847 гг). Термин "пояс астероидов" впервые сформулировал в своем научно-философском труде "Космос" в начале 50-х годов немецкий ученый Александр фон Гумбольд. К 1868 году была зафиксирована первая сотня малых тел. Предложенный немецким астрономом Максимилианом Вольфом в 1891 году метод астрофотографии (фотосъемка участков неба с длинной выдержкой), существенно упростил поиски астероидов. В первой половине прошлого столетия их счет уже перевалил за тысячу. На сегодняшний день поиски и открытия новых тел ведутся автоматически. В каталоге астероидов их уже более 300 тысяч.

Сколько поясов у Солнечной системы?

Пояс астероидов между Марсом и Юпитером называют Главным. Так уж сложилось исторически. Хотя в свете последних достижений астрономии это звучит несколько некорректно. Открытые в конце 20-го века пояс астероидов между орбитальными траекториями Юпитера и Нептуна (Кентавры), пояс Койпера и прочие транснептуновые образования значительно превосходят Главный по общей массе и числу небесных тел.

И еще о формулировках. 26-я Ассамблея Международного астрономического союза (2006 г) предложила следующую классификацию тел, вращающихся вокруг Солнца:

• Планета - достаточно массивный объект, способный очистить свою орбиту от более мелких тел.
• Карликовая планета - объект (не являющийся спутником планеты), имеющий достаточную массу, для того, чтобы гравитационные силы придали ему сферическую форму, но не достаточную для расчистки орбиты.
• Астероид - тела с массой не достаточной для обретения гидростатического равновесия.

Таким образом, из всего множества космических тел, входящих в пояс астероидов между Марсом и Юпитером, к планетам (карликовым) следует относить только Цереру. Итак, с терминами определились, продолжим!

Главный пояс астероидов

Суммарная масса тел, входящих в состав этой области, составляет всего 1/25 часть массы Луны. Более половины этой величины приходится на четыре космических объекта:

• Церера - самая близкая к Земле карликовая планета. Экваториальный диаметр - 950 км. Имеет сферическую форму. Судя по плотности, на треть состоит из водяного льда. Период обращения вокруг своей оси - чуть более 9 часов, вокруг Солнца - 4,6 года.
• Веста - крупнейший и самый яркий астероид в Главном поясе. Имеет ассиметричную форму (578×560×468 км). Имеет сложную геологическую структуру. Мантия и кора астероида богата минералами. Сутки на Весте длятся 5,3 часа, год в 3,6 раза продолжительнее земного.
• Паллада - астероид, незначительно уступающий Весте по размерам. Средний диаметр около 512 км. Поверхность содержит гидратированные минералы. Оборот вокруг своей оси длится 7,8 часа, вокруг Солнца - 4,6 года. Для Паллады характерен довольно большой наклон орбиты (34,8˚).
• Гигея - астероид, четвертое по размерам тело. Диаметр около 400 км. Имеет неправильную форму и углеродистый состав. Средняя плотность - 2,56 г/см3. Продолжительность года - 5,6 земных лет.

Среди самых массивных астероидов Главного пояса стоит упомянуть Интерамнию (средний размер 326 км), тезку юпитерианского спутника - Европу (302 км), Давиду (размер нуждается в дополнительном уточнении, но, по мнению астрономов, лежит в пределах от 270 до 326 км), Сильвию (232 км) - тройной астероид с двумя спутниками, Гектора, имеющего сложную гантелеобразную форму и спутник, Ефросину (248-270 км).

Главный пояс астероидов в Солнечной системе, по оценкам ученых, может содержать до нескольких миллионов космических тел, размером более 30 м. В фантастических произведениях распространены эпизоды с критическими ситуациями, вызванными столкновениями звездолетов будущего с астероидами в этом "оживленном" районе. На самом деле, концентрация вещества здесь, вследствие огромных расстояний, не настолько плотная. Земные космические аппараты, пролетая Марс и пояс астероидов, не имели ни одного случая и даже угрозы столкновения.

Классификация и семейства

Астероиды - по сходным характеристикам орбит - объединяют в группы (или семейства) и классифицируют по химическому составу, определяемому изучением и анализом спектральных линий, отраженного телом, солнечного излучения. В состав пояса астероидов входят объекты трех видов:

1. С-класс. Содержат в составе высокий процент углеродных соединений. Видимый свет имеет красноватый оттенок. Обладают чрезвычайно низким альбедо (отражающей способностью). Предположительно, к этому классу принадлежит более 75% всех астероидов внешних областей. Велика вероятность существования, довольно крупных объектов, не обнаруженных из-за малой яркости. Наиболее известные представители - Паллада, Гигея.
2. S-класс. Силикатные или каменные астероиды (15%). Спектральный анализ показывает большое содержание металлов (магний, железо). Самые яркие и известные - Юнона, Ирида.
3. М-класс (в некоторых источниках Х-класс) - космические тела с высоким содержанием металлов (Никель, железо). Составляют десятую часть всех астероидов. Предположительно являются осколками ядер несформировавшихся протопланет. Есть несколько исключений. Например, астероид Каллиопа характеризуется спектральными данными, близкими к классу "М", но обладает крайне низкой плотностью.

Существуют несколько десятков базальтовых формирований. Ранее предполагалось, что эти астероиды - фрагменты, некогда принадлежавшие Весте (отсюда и литера для их обозначения - "класс V"), но обнаруженные позднее отличия в химическом составе, указывают на отдельное происхождение.

Наиболее известные семейства, входящие в Главный пояс астероидов в Солнечной системе, включают в себя от 1 до 6 процентов всех объектов. Среди них - семейство Весты (6%), Флоры (4%), Эвномии, Эос и т. д. Семейства, движущиеся в лагранжевых гравитационных точках орбиты Юпитера, получили названия Греков (опережают планету) и Троянцев.

Бывший или несостоявшийся Фаэтон?

Существует множество гипотез о происхождении многочисленных космических тел между орбитами Марса и Юпитера. Самое распространенное и красивое предположение, заключается в том, что пояс астероидов - бывшая планета Фаэтон. Причиной гибели могли послужить столкновение с другим крупным небесным телом, приливные гравитационные силы массивного газового гиганта и Марса. В романе советского фантаста А. Казанцева "Фаэты" планету разрушил термоядерный взрыв океанов в результате атомной войны, развязанной существующей на ней цивилизацией.

Но методы компьютерного моделирования и снимки других планетных систем на ранних стадиях развития позволили ученым сделать вывод, что элементы пояса астероидов - "строительный" материал несформировавшейся планеты. Зарождавшийся Юпитер сместился внутрь своей орбиты, и гравитационным воздействием увеличил скорости планетезималей своей "соседки". В результате вместо процессов слипания стали происходить упругие столкновения, приводящие еще к большему дроблению элементов.

Среди планет-гигантов

Между какими планетами пояс астероидов расположен? Еще полвека назад этот вопрос имел однозначный и определенный ответ. Обнаружение в 1977 году космического объекта Хирон и последующие открытия внесли сумятицу в существующую терминологию. В перигелии Хирон выглядит как типичная комета с характерной комой, значительно превосходя ее по размерам (экваториальный диаметр около 140 км). Это позволило классифицировать объект и как комету, и как астероид. К настоящему моменту их насчитывается более ста. Группа получила название "Кентавры", а космическим телам присваивают имена этих мифических существ.

Образуемый Кентаврами пояс астероидов находится между орбитальными траекториями Юпитера и Нептуна. По свойствам космических объектов занимает промежуточную позицию между астероидами Главного пояса и телами пояса Койпера. Орбиты Кентавров пересекают орбиты внешних планет Солнечной системы. Характеризуются стабильностью в течение нескольких миллионов лет.

Наиболее известные космические объекты этой области - это Фол (экваториальный диаметр 190 км), Несс (58 км), Асбол (66 км), Харикло (260 км). Цветовой спектр Кентавров очень разнообразен: от красного до голубого. В химическом составе, предположительно, водяной лед, оливин, аморфный углерод и кероген.

На окраинах Солнечной системы

На протяжении всего двадцатого века велись оживленные споры о наличии космических объектов за орбитой Плутона. Астроном Д. Койпер (Нидерланды, США) сделал предположение о возможности существования диска, состоящего из множества ледяных тел. В августе 1992 года Д. Джуит и Д. Лу (США) обнаружили первый, а спустя полгода и второй объект пояса Койпера (ОПК).

На сегодняшний день известно более тысячи тел, принадлежащих этой области. По заверениям ученых, велика вероятность существования более 70 тыс. ОПК, размером более 100 км. Исследования ведутся методом спектрального анализа. Химический состав тел весьма разнообразен и представлен льдами углекислоты, азота, метана, метанола, аммиака. воды. К самым известным объектам пояса Койпера причисляют:

• Плутон - крупнейшая карликовая планета. Экваториальный диаметр - 2374 км. Расстояние от Солнца в перигелии - 29,7 а. е., в афелии - 49,3 а. е. Период обращения вокруг своей оси - 6,4 суток, вокруг Солнца - 248 лет.
• Харон - образует с Плутоном двойную планетную систему. Диаметр - 1212 км.
• Эрида - карликовая планета, открытая в 2005 г. Диаметр - 1163 км. Среднее расстояние от Солнца - 68 а. е. Оборот вокруг Солнца занимает 558 лет.
• Квавар. Диаметр около 1300 км.
  

Следует выделить карликовую планету Седна, открытую в 2003 г. Это наиболее удаленный объект Солнечной системы, с периодом обращения 10,5 тысяч лет. Ученые считают, что она не принадлежит к числу ОПК. Изучение транснептуновых объектов, из-за огромного удаления и малых размеров, сопряжено с определенными трудностями, но обещает много интересных открытий.

Дар небес...

Факт на заметку. В июле 2015 года произошло сближение с нашей планетой астероида UW 158 семейства Аполлонов до расстояния в 2,5 млн км. Небесное тело, не имеющее даже собственного имени, размером 320×150 метров, по самым скромным подсчетам содержит несколько миллионов тонн платины (ориентировочная стоимость - 300 млрд - 5,4 трлн долларов).

Суммарный объем минералов и металлов на астероидах огромен. В США запущена космическая программа, предполагающая разработку полезных ископаемых на малых телах Солнечной системы уже в ближайшие десятилетия. Группа российских ученых (руководитель С. Антоненко, ГКНПЦ им. Хруничева) на Новосибирском форуме "Технопром-2013" представили проект освоения и колонизации астероидов, где предлагается использовать эти космические объекты в качестве базовых станций. Внутри астероида создается замкнутая экосистема с благоприятным микроклиматом и гравитацией для колонистов. Проект, безусловно, невероятный, но сто лет назад и полет на Луну считался фантастикой.

...или кара небесная?

По расчетам ученых (каких- не указывается), конец света земной цивилизации предстоит пережить 16 февраля 2017 года" - вовсю анонсируют интернет-ресурсы очередное сближение Матушки-Земли с космическим странником. На этот раз в качестве потенциальной угрозы выступает астероид WF9.

Астероидная и кометная опасность, безусловно, существует. Подтверждений тому на поверхности нашей планеты очень много (Аризонский кратер, кратер Чиксулуб (Юкатан) и т. д). Ученые Йельского университета (США, руководитель Д. Рабинович) утверждают, что угрозу для существования человечества представляют около тысячи астероидов, диаметром более 1 км. Эти объекты находятся под постоянным наблюдением. Опасность таится в другом. Гравитационные поля больших планет своим воздействием изменяют орбиты астероидов. Пояс астероидов является источником новых объектов, возникающих в результате столкновений малых тел. Так, 7 сентября 2016 года астероид RB1 (диаметр 16 м) прошел всего в 40 тыс. км от Земли, а о его существовании астрономы узнали только за два дня до сближения. Угрозы особой не было (диаметр "Челябинского" метеорита на момент вхождения в атмосферу планеты оценивался в 20 м и о нем вообще представления не имели), но факт показательный. Остается надеяться на совершенство астрономического оборудования и внимательность ученых, контролирующих частых "гостей" из пояса астероидов.

Кстати, специалисты NASA утверждают, что астероид WF9 пройдет на расстоянии в 51 млн км от Земли.