Реферат на тему: Астероиды
Астероиды (малые планеты). Эти космические тела отличаются от планет прежде всего своими размерами. Так, самая большая из маленьких планет Церера имеет в поперечнике 995 км; следующая за ней (по размеру): Палада-560 км, Хигея — 380 км, Психея — 240 км и т.д. Для сравнения можно указать, что наименьшая из больших планет Меркурий имеет диаметр 4878 км, т.е. в 5 раз превосходит - поперечник Цереры, а массы их различаются во многие сотни раз.
Общее число малых планет, доступных наблюдению современными телескопами, определяется в 40 тыс., но общая их масса в 1 тыс. раз меньше массы Земли.
Движение малых планет вокруг Солнца происходит по эллиптическим орбитам, но более вытянутым (средний эксцентриситет орбит у них 0,51), чем у больших планет, а наклон орбитальных плоскостей к эклептике у них больше, чем у больших планет (средний угол 9,54). Основная масса планет вращается вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера, образуя так называемый пояс астероидов. Но имеются и малые планеты, орбиты которых располагаются ближе к Солнцу, чем орбита Меркурия. Самые же далекие находятся за Юпитером и даже за Сатурном.
Исследователи космоса высказывают различные соображения о причине большой концентрации астероидов в сравнительно узком пространстве межпланетной среды между орбитами Марса и Юпитера. Одной из наиболее распространенных гипотез происхождения тел пояса астероидов является представление о разрушении мифической планеты Фаэтон. Сама по себе идея о существовании планеты поддерживается многими учеными и даже как будто подкреплена математическими расчетами. Однако необъяснимой остается причина разрушения планеты. Высказываются различные предположения. Одни исследователи считают, что разрушение Фаэтона произошло вследствие его столкновения с каким-то крупным телом. По мнению других, причинами распада планеты были взрывные процессы в ее недрах. В настоящее время проблема происхождения тел астероидного пояса входит составным элементом в обширную программу исследований космоса на международном и национальных уровнях.
Среди малых планет выделяется своеобразная группа тел, орбиты которых пересекаются с орбитой Земли, а следовательно, имеется потенциальная возможность их столкновения с нею. Планеты этой группы стали называть Apollo object, или просто Apollo (Wetherill, 1979). Впервые о существовании Apollo стало известно с 30-х годов текущего столетия. В 1932 г. был обнаружен астероид. Его назвали
Apollo 1932 HA. Но он не возбудил особого интереса, хотя его название стало нарицательным для всех астероидов, пересекающих земную орбиту.
В 1937 г. космическое тело с поперечником приблизительно в 1 км прошло в 800 тыс. км от Земли и в двукратном расстоянии от Луны. Впоследствии его назвали Гермес. На сегодняшний день выявлено 31 такое тело, и каждое из них получило собственное название. Размеры их поперечников колеблются от 1 до 8 км, а наклон орбитальных плоскостей к эклиптике находиться в пределах от 1 до 68. Пять из них вращаются на орбитах между Землей и Марсом, а остальные 26 — между Марсом и Юпитером (Wetherill, 1979). Полагают, что из 40 тыс. Малых планет астероидного пояса с поперечником более 1 км может оказаться несколько сот Apollo. Поэтому столкновение таких небесных тел с Землей вполне вероятно, но через весьма длительные интервалы времени.
Можно полагать, что раз в столетие одно из таких космических тел может пройти вблизи Земли на расстоянии меньше, чем от нас до Луны, а раз за 250 тыс. лет может произойти столкновение его с нашей планетой. Удар такого тела выделяет энергию равную 10 тыс. Водородных бомб каждая мощностью 10 Мт. При этом должен образоваться кратер диаметром около 20 км. Но такие случаи редки и за человеческую историю неизвестны. Гермес относится к астероидам III класса, а ведь много таких тел и более крупного размера — II и I классов. Удар при столкновении их с Землей, естественно, будет еще более значительным.
Когда в 1781 г. был открыт Уран его средняя гелиоцентричекое расстояние оказалось соответствующим правилу Тициуса — Бодэ, то с 1789 г. начались поиски планеты, которая, согласно этому правилу, должна была находиться между орбитами Марса и Юпитера, на среднем расстоянии а=2,8 а.е. от солнца. Но разрозненные обзоры неба не приносили успеха, и поэтому 21 сентября 1800 г. несколько немецких астрономов во главе с К. Цахом решили организовать коллективные поиски. Они разделили весь поиск зодиакальных созвездий на 24 участка и распределили между собой для тщательных исследований. Но не успели они поступить к систематическим розыскам, как 1-го января 1871г. итальянский астроном Дж. Пиации (1746-1826) обнаружил в телескоп звездообразный объект седьмой звездной величины, медленно перемещавшийся по созвездию Тельца. Вычисленная К. Гаусом (1777-1855) орбита объекта оказалась планетой, соответствующей правилу Тициуса-Бодэ: большая полуось а=2,77 а.е. и эксцентриситет е=0,080. Вновь открытую планету Пиации назвал Церерой.
28 марта 1802 г. немецкий врач и астроном В.Ольберс (1758-1840) обнаружил вблизи Цереры еще одну планету (8m) , названную Палладой (а=2,77 а.е., е=0,235). 2-го сентября 1804 г. была открыта третья планета, Юнона (а=2,67 а.е.), а 29 марта 1807 г.- 4, Веста (а=2,36 а.е.). Все вновь открытые планеты имели звездообразный вид, без дисков, свидетельствующий об их небольших геометрических размерах. Поэтому эти небесные тела назвали малыми планетами или, по предложению В. Гершеля , астероидами ( от греч. «астр» — звездный и «еидос»- вид).
К 1891 г. визуальными методами было обнаружено около 320 астероидов. В конце 1891 г. немецкий астроном М. Вольф (1863-1932) предложил фотографический метод поисков: при 2-3- часовой экспозиции изображения звезд на фотопластинке получались точечные, а след движущегося астероида — в виде небольшой черточки. Фотографические методы привели к резкому увеличению открытий астероидов. Особенно интенсивные исследования малых планет проводятся сейчас в Институте теоретической астрономии ( в Петербурге ) и в Крымской астрофизической обсерватории Академии наук России.
Астероидам, орбиты которых надежно определены, присваивают имя и порядковый номер. Таких астероидов сейчас известно свыше 3500, но в Солнечной системе значительно больше.
Из указанного числа известных астероидов астрономы Крымской астрофизической обсерватории открыли около 550, увековечив в их названиях имена известных людей.
Подавляющее большинство (до 98%) известных астероидов движется между орбитами Марса и Юпитера, на средних расстояниях от Солнца от 2,06 до 4,30 а.е. (периоды обращения от 2,96 до 8,92 года). Однако встречаются астероиды с уникальными орбитами, и им присваиваются мужские имена, как правило из греческой мифологии.
Первые три из этих малых планет движутся вне пояса астероидов, причем в перигелии Икар подходит к Солнцу вдвое ближе Меркурия, а Гермес и Адонис — ближе Венеры. Они могут сближаться с Землейна расстоянии от 6 млн. до 23 млн. км, а Гермес в 1937 г. прошел вблизи Земли даже на расстоянии 580 тыс. км, т.е. всего лишь в полтора раза дальше Луны. Гидальго же в афелии уходит за орбиту Сатурна. Но Гидальго не является исключением. За последние годы открыто около 10 астероидов, перигелии которых расположены вблизи орбит планет земной группы, а афелии — вблизи орбит Юпитера. Такие орбиты характерны для комет семейства Юпитера и указывают на возможное общее происхождение астероидов и комет.
В 1977 г. обнаружен уникальный астероид, который обращается вокруг Солнца по орбите с большой полуосью а=13,70 а.е. и эксцентриситетом е=0,38, так что в перигелии (q=8,49 а.е.) он заходит внутрь орбиты Сатурна, а в афелии (Q=18,91 а.е.) приближается к орбите Урана. Он назван Хироном. По-видимому, существуют и другие подобные далекие астероиды, поиски которых продолжаются.
Блеск большинства известных астероидов во время противостояния от 7m до 16m, но есть и более слабые объекты. Самым ярким (до 6m) является Веста.
Поперечники астероидов вычисляются по их блеску и отражательной способности в визуальных и инфракрасных лучах. Оказалось, что крупных астероидов не так уж много. Наиболее крупные — это Церера (поперечник 1000 км), Паллада (610 км), Веста (540 км) и Гигия (450 км). Только у 14 астероидов поперечники более 250 км, а у остальных меньше, вплоть до 0,7 км. У тел таких малых размеров не может быть сфероидальной формы, и все астероиды (кроме, может быть, наиболее крупных) представляют собой бесформенные глыбы.
Массы астероидов крайне различные: наибольшей, близкой к 1,5.1021 кг (т.е. в 4 тыс. раз меньше массы земли), обладает Церера. Суммарная масса всех астероидов не превышает 0,001 массы Земли. Конечно, все эти небесные тела лишены атмосферы. У многих астероидов по регулярному изменению их блеска обнаружено осевое вращение.
В частности, период вращения Цереры равен 9,1 ч, а Паллады — 7,9ч.
Быстрее всех вращается Икар, за 2ч 16м.
Изучение отражательной способности многих астероидов позволило объединить их в три основные группы: темные, светлые и металлические. Поверхность темных астероидов отражает всего лишь до 5% падающего на нее солнечного света и состоит из веществ, сходными с черными базальтовыми и углистыми породами. Эти астероиды часто называют углистыми. Светлые астероиды отражают от 10% до 25% солнечного света, что роднит их поверхность с кремниевыми соединениями — это каменные астероиды. Металлические астероиды (их абсолютное меньшинство) тоже светлые, но по своим отражательным свойствам их поверхность похожа на железоникелевые сплавы. Такое подразделение астероидов подтверждается и химическим составом выпадающих на Землю метеоритов. Незначительное число изученных астероидов не относится ни к одной из трех основных групп.
Показательно, что в спектрах углистых астероидов обнаружена полоса поглощения воды (l= 3мкм). В частности, поверхность астероида Цереры состоит из минералов, похожих на земные глины и содержащих около 10% воды.
При небольших размерах и массах астероидов давление в их недрах невелико: даже у самых крупных астероидов оно не превышает 7 105
8 10 5 Гпа (700 — 800 атм) и не может вызвать разогрева их твердых холодных недр. Лишь поверхность астероидов очень слабо нагревается далеким от них Солнцем, но и эта незначительная энергия излучается в межпланетное пространство. Вычисленная по законам физики температура поверхности подавляющего большинства астероидов оказалась близкой к 150 — 170 К (-120…-100°С).
И только у немногих астероидов, которые проходят вблизи Солнца, поверхность в такие периоды сильно нагревается . Так, температура поверхности Икара повышается почти до 1000 К (+730°С), а при удалении от Солнца снова резко понижается.
Орбиты остальных астероидов подвержены значительным возмущениям от гравитационного воздействия больших планет, главным образом Юпитера. Особенно сильные возмущения испытывают небольшие астероиды, что приводит к столкновениям этих тел и их дроблению на осколки самых разнообразных размеров от сотен метров в поперечнике до пылинок.
В настоящее время физическая природа астероидов изучается, потому что по ней можно проследить эволюцию (развитие) вещества, из которого сформировалась Солнечная система.
Список использованной литературы:
1. М.М. Дагаев, В.М. Чаругин «Астрофизика», Москва «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1988.
2. А.Е. Криволуцкий «Голубая планета», Москва «Мысль» 1985.
3. Большая Советская Энциклопедия.
referati-besplatno.ru
Реферат по астрономии. Тема: “Астероиды“.
Выполнил ученик 11 Э класса
Галичин Сергей.
Руководитель: Оноприенко О.В.
Санкт-Петербург
2001 г.
Оглавление:
1.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Открытие астероидов.2.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Имена астероидов.3.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Общие представления.4.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Как мог возникнуть главный пояс астероидов?5.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Орбиты астероидов.6.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Спутники астероидов.7.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Астероиды, сближающиеся с Землей.8.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
О других астероидных поясах.9.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Методы исследования астероидов.10.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Спектральные типы астероидов.11.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
О том, чего мы пока не знаем.
Открытие астероидов.
Поиски большой планеты между 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.
Имена астероидов.
Астероидам сначала давали имена героев римской и греческой мифологии, а потом открыватель получал право назвать его как угодно, хоть своим именем. Поначалу, имена давали только женские. Лишь астероиды, имеющие необычные орбиты, получали мужские (к примеру, Икар, приближающийся к Солнцу ближе Меркурия). После, и это правило перестало соблюдаться.
Получить имена могут не все астероиды, а только те, для которых имеются более или менее надежно высчитанные орбиты. Бывали случаи, когда астероид получал имя спустя десятки лет после открытия. До тех пор, пока орбита не рассчитана, астероиду приписывается порядковый номер, отражающий дату его открытия, например, 1950 DA. Цифры означают год. Первая буква — номер полумесяца в году, в котором был открыт астероид, всего их, следовательно, 24. В приведенном примере, это вторая половина февраля. Вторая буква обозначает порядковый номер астероида в указанном полумесяце, в нашем примере, астероид был открыт первым. В обозначении не используются буквы I и Z, так как полумесяцев 24, а букв — 26. Буква I не используется из-за сходства с единицей. Если же количество астероидов, открытых в течение полумесяца, превысит 24, вновь возвращаются к началу алфавита, приписывая второй букве индекс 2, при следующем возвращении — 3, и т.д. Астероиды иногда открываются сотнями в год. Сведения о ярких астероидах и об условиях их наблюдения можно найти в астрономических календарях.
Общие представления.
Астероиды — это твердые каменистые тела, которые подобно планетам движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам. Но размеры этих тел намного меньше, чем у обычных планет, поэтому их еще называют малыми планетами. Диаметры астероидов находятся в пределах от нескольких десятков метров (условно) до 1000 км (размер наибольшего астероида Цереры). Термин «астероид» (или «звездоподобный») был введен известным астрономом XVIII века Уильямом Гершелем для характеристики вида этих объектов при наблюдениях в телескоп. Даже с помощью самых крупных наземных телескопов невозможно различить видимые диски у наибольших астероидов. Они наблюдаются как точечные источники света, хотя, как и другие планеты, в видимом диапазоне сами ничего не излучают, а лишь отражают падающий солнечный свет. Диаметры некоторых астероидов были измерены с помощью метода «покрытия звезд», в те удачные моменты, когда они оказывались на одном луче зрения с достаточно яркими звездами. В большинстве же случаев их размеры оцениваются с помощью специальных астрофизических измерений и расчетов. Основная масса известных на сегодняшний день астероидов движется между орбитами Марса и Юпитера на расстояниях от Солнца 2,2-3,2 астрономических единиц (далее — а. е.). Всего на сегодняшний день открыто примерно 20000 астероидов, из которых около 10000 зарегистрированы, то есть им присвоены номера или даже имена собственные, а орбиты рассчитаны с большой точностью. Кольцевая область пространства, которую занимают эти тела, называется главным поясом астероидов. При средней линейной орбитальной скорости около 20 км/с астероиды главного пояса затрачивают на один оборот вокруг Солнца от 3 до 9 земных лет в зависимости от удаленности от него. Наклоны плоскостей их орбит по отношению к плоскости эклиптики иногда достигают 70°, но в основном находятся в диапазоне 5-10°. На этом основании все известные астероиды главного пояса делят примерно поровну на плоскую (с наклонами орбит до 8° ) и сферическую подсистемы.
При телескопических наблюдениях астероидов было обнаружено, что яркость абсолютного большинства их меняется за короткое время (от нескольких часов до нескольких дней). Астрономы уже давно предполагали, что эти изменения блеска астероидов связаны с их вращением и определяются, в первую очередь, их неправильной формой. Первые же снимки астероидов, полученные с помощью космических аппаратов, это подтвердили и еще показали, что поверхности этих тел изрыты кратерами или воронками разных размеров. Очевидно, что такие формы и поверхности малых планет образовались при их многочисленных столкновениях с другими твердыми небесными телами. В общем случае, когда форма наблюдаемого с Земли астероида неизвестна (поскольку он виден как точечный объект), то ее стараются аппроксимировать с помощью трехосного эллипсоида.
Как мог возникнуть главный пояс астероидов?
Орбиты тел, сосредоточенных в главном поясе, являются устойчивыми и имеют близкую к круговой или слабо эксцентричную форму. Здесь они движутся в «безопасной» зоне, где минимально гравитационное влияние на них больших планет, и в первую очередь, Юпитера. Имеющиеся на сегодняшний день научные факты показывают, что именно Юпитер сыграл главную роль в том, что на месте главного пояса астероидов в период зарождения Солнечной системы не смогла возникнуть еще одна планета. Но даже в начале нашего века многие ученые еще были уверены в том, что между Юпитером и Марсом раньше существовала еще одна большая планета, которая по каким-то причинам разрушилась. Первым высказал такую гипотезу еще Ольберс, сразу после своего открытия Паллады. Он же придумал и название этой гипотетической планете — Фаэтон. Сделаем небольшое отступление и опишем один эпизод из истории Солнечной системы — той истории, которая основывается на современных научных фактах. Это необходимо, в частности, для понимания происхождения астероидов главного пояса. Большой вклад в формирование современной теории происхождения Солнечной системы сделали советские ученые О.Ю. Шмидт и В.С. Сафронов.
Одно из самых крупных тел, образовавшееся на орбите Юпитера (на расстоянии 5 а.е. от Солнца) около 4,5 млрд. лет назад, стало увеличиваться в размерах быстрее других. Находясь на границе конденсации летучих соединений (Н2, Н2О, Nh4, CO2, СН4 и др.), которые вытекали из более близкой к Солнцу и более разогретой зоны протопланетного диска, это тело стало центром аккумуляции вещества, состоящего в основном из замерзших газовых конденсатов. При достижении достаточно большой массы, оно стало захватывать своим гравитационным полем ранее сконденсированное вещество, находящееся ближе к Солнцу, в зоне родительских тел астероидов, и таким образом тормозить рост последних. С другой стороны, более мелкие тела, не захваченные прото-Юпитером по каким-либо причинам, но находящиеся в сфере его гравитационного влияния, эффективно разбрасывались в разные стороны. Аналогичным образом, вероятно, происходил выброс тел из зоны формирования Сатурна, хотя и не так интенсивно. Эти тела пронизывали и пояс родительских тел астероидов или планетезималей, возникших ранее между орбитами Марса и Юпитера, «выметая» их из этой зоны или подвергая дроблению. Причем до этого постепенный рост родительских тел астероидов был возможен благодаря их небольшим относительным скоростям (примерно до 0,5 км/с), когда столкновения каких-либо объектов заканчивались их объединением, а не дроблением. Увеличение же потока тел, вбрасываемых в пояс астероидов Юпитером (и Сатурном) в ходе его роста, привело к тому, что относительные скорости родительских тел астероидов значительно возросли (до 3-5 км/с) и стали более хаотическими. В конечном итоге процесс аккумуляции родительских тел астероидов сменился процессом их фрагментации при взаимных столкновениях, а потенциальная возможность формирования достаточно большой планеты на данном расстоянии от Солнца исчезла навсегда.
Орбиты астероидов.
Возвращаясь к современному состоянию пояса астероидов, следует подчеркнуть, что Юпитер по-прежнему продолжает играть первостепенную роль в эволюции орбит астероидов. Длительное гравитационное влияние (более 4 млрд. лет) этой планеты-гиганта на астероиды главного пояса привело к тому, что имеется целый ряд «запретных» орбит или даже зон на которых малых планет практически нет, а если они туда и попадают, то не могут находиться там продолжительное время. Их называют пробелами или люками Кирквуда — по имени Дэниэла Кирквуда, ученого, впервые их обнаружившего. Такие орбиты являются резонансными, поскольку движущиеся по ним астероиды испытывают сильное гравитационное воздействие со стороны Юпитера. Периоды обращения, соответствующие этим орбитам, находятся в простых отношениях с периодом обращения Юпитера (например, 1:2; 3:7; 2:5; 1:3 и др.). Если какой-либо астероид или его фрагмент в результате столкновения с другим телом попадает на резонансную или близкую к ней орбиту, то большая полуось и эксцентриситет его орбиты достаточно быстро меняются под влиянием юпитерианского гравитационного поля. Все кончается тем, что астероид либо уходит с резонансной орбиты и может даже покинуть главный пояс астероидов, либо оказывается обреченным на новые столкновения с соседними телами. Таким образом соответствующий пробел Кирквуда «очищается» от любых объектов. Однако следует подчеркнуть, что в главном поясе астероидов нет никаких щелей или пустых промежутков, если представить себе мгновенное распределение всех входящих в него тел. Все астероиды, в любой момент времени достаточно равномерно заполняют пояс астероидов, так как, двигаясь по эллиптическим орбитам, большую часть времени проводят в «чужой» зоне. Еще один, «противоположный» пример гравитационного влияния Юпитера: у внешней границы главного пояса астероидов есть два узких дополнительных «колечка», наоборот, составленные из орбит астероидов, периоды обращения которых находятся в пропорциях 2:3 и 1:1 по отношению к периоду обращения Юпитера. Очевидно, что астероиды с периодом обращения, соответствующим отношению 1:1, находятся прямо на орбите Юпитера. Но они движутся на удалении от него, равном радиусу юпитерианской орбиты, с опережением или отставанием. Те астероиды, которые в своем движении опережают Юпитер, называют «греками», а те, что следуют за ним — «троянцами» (так они названы в честь героев Троянской войны). Первые опережают планету на 60o, вторые — на столько же отстают. Движение этих малых планет является достаточно устойчивым, так как они находятся в так называемых «точках Лагранжа», где уравниваются действующие на них гравитационные силы. Общее же название этой группы астероидов — «троянцы». В отличие от троянцев, которые могли постепенно накопиться в окрестностях точек Лагранжа в течение длительной столкновительной эволюции разных астероидов, есть семейства астероидов с очень близкими орбитами входящих в них тел, которые образовались, скорее всего, в результате относительно недавних распадов соответствующих им родительских тел. Это, например, семейство астероида Флора, насчитывающее уже около 60 членов, и ряд других. В последнее время ученые пытаются определить общее число таких семейств астероидов для того, чтобы таким образом оценить первоначальное количество их родительских тел.
Спутники астероидов.
Однако совершенно ошеломляющим оказалось открытие у астероидов собственных спутников. Нельзя сказать, что оно было таким уж неожиданным. Некоторые косвенные признаки давно указывали на сложное строение астероидов. Во время пролета некоторых из них на фоне звезд (так называемого покрытия звезды астероидом) были замечены сдвоенные ослабления блеска звезды. Наконец, чешский астроном П.Правец (1991) и немецкий Г.Хан (1994) обратили внимание на странный характер переменности блеска двух небольших астероидов, пролетавших вблизи Земли, как бы указывающий на двойственность каждого из них. Но все эти наблюдения невозможно было повторить, а потому проблема оставалась открытой.
Доказательство сложной природы астероидов пришло издалека: пролетая в 1993 г. мимо астероида Ида (243), межпланетный аппарат «Галилео» обнаружил малый спутник диаметром 1.5 км, получивший название Дактиль, который обращается вокруг Иды на расстоянии около 100 км. Это был первый случай открытия спутника у астероида. Недавно пришло сообщение о нахождении второго спутника, на этот раз у астероида Дионис (3671). Это удалось сделать группе «наземных» астрономов из Южной европейской обсерватории в Ла-Силья (Чили).
Наблюдения проводились на телескопе диаметром 60 см с помощью ПЗС-матрицы; этот инструмент регулярно используется для измерения колебаний блеска астероидов, на основании чего астрономы определяют периоды их вращения, оценивают форму и состав поверхности. Дионис попал в список кандидатов на исследование, поскольку принадлежит к особой группе малых планет, периодически пересекающих орбиту Земли и имеющих шанс столкнуться с нашей планетой. Прототипом этой группы стал открытый в 1934 г. астероид Аполлон (1862), поэтому все астероиды с такими орбитами относят теперь к группе Аполлона. Дионис сближается с Землей один раз в 13 лет. Как раз это и произошло 6 июля 1997 г., когда он прошел на расстоянии 17 млн км от Земли.
Однако наблюдать его начали раньше, еще на подходе к Земле. В конце мая 1997 г. он показывал нормальное изменение блеска — два максимума и два минимума, характерные для тела неправильной формы, вращающегося с периодом 2.7 ч. Но астрономов насторожило то, что при сравнении кривых блеска, полученных за две ночи подряд, одна деталь, указывающая на непродолжительное понижение яркости, изменила свое место. Возникло подозрение, что перед астероидом регулярно проходит некий затмевающий его объект. Чтобы не пропустить следующих возможных затмений, которые могли оказаться вне поля наблюдений из обсерватории в Чили, астрономы сообщили о своем предположении коллегам во всем мире. В результате с 3 по 9 июня 1997 г. были проведены тщательные наблюдения в содружестве с П.Правецом и Л.Сароуновой (обсерватория Ондржеев под Прагой). Подозрение подтвердилось: затмения происходили регулярно, с периодом 1.155 сут.
Тем временем на Гавайях с помощью крупнейшего в мире инфракрасного телескопа Великобритании диаметром 3.8 м, установленного на вершине Мауна-Кеа, А.Харрис (Организация аэрокосмических исследований Германии, Берлин) и Дж.Девис (Объединенный астрономический центр, Хило, Гавайи) измерили тепловой поток, идущий от Диониса. Подобные измерения, но в более широком диапазоне спектра были проведены с помощью европейского спутника «ISO» Европейским космическим агентством. По тепловому излучению Диониса астрономы определили, что его поверхность очень светлая, хорошо отражающая солнечные лучи, а диаметр около 1 км. Напомним, что астероид Ида, у которого впервые был обнаружен спутник, имеет диаметр 50 км.
После этого к наблюдениям Диониса подключились астрономы многих стран, чтобы, используя период его хорошей видимости (до октября 1997 г.), определить размер и орбиту спутника. В конце этой «вакханалии» (другие имена Диониса — Бахус, Вакх) астрономы узнают параметры второй микропланетной системы и, что особенно ценно, массу и среднюю плотность Диониса, которые отражают его внутреннее строение и состав.
Пока рано рассуждать о происхождении двойных, а возможно, и более сложных астероидов. Необходимо накопить наблюдательные данные. Но ясно одно: чем сложнее космическая система, тем более ценную информацию несет она о своем происхождении и эволюции.
Астероиды, сближающиеся с Землей.
Вблизи внутреннего края главного пояса астероидов существуют и другие группы тел, орбиты которых далеко выходят за пределы главного пояса и могут даже пересекаться с орбитами Марса, Земли, Венеры и даже Меркурия. В первую очередь, это группы астероидов Амура, Аполлона и Атона (по названиям крупнейших представителей, входящих в эти группы). Орбиты таких астероидов уже не являются такими стабильными, как у тел главного пояса, а относительно быстро эволюционируют под действием гравитационных полей не только Юпитера, но и планет земной группы. По этой причине такие астероиды могут переходить из одной группы в другую, а само деление астероидов на вышеназванные группы является условным, основанным на данных о современных орбитах астероидов. В частности амурцы движутся по эллиптическим орбитам, перигелийное расстояние (минимальное расстояние до Солнца) которых не превышает 1,3 а.е. Аполлонцы движутся по орбитам с перигелийным расстоянием меньшим 1 а.е. (напомним, что это среднее удаление Земли от Солнца) и проникают внутрь земной орбиты. Если у амурцев и аполлонцев большая полуось орбиты превосходит 1 а.е., то у атонцев она менее или порядка этой величины и эти астероиды, следовательно, движутся в основном внутри земной орбиты. Очевидно, что аполлонцы и атонцы, пересекая орбиту Земли могут создавать угрозу столкновения с ней. Существует даже общее определение этой группы малых планет как «астероиды, сближающиеся с Землей» — это тела, размеры орбит которых не превосходят 1,3 а.е. На сегодняшний день таких объектов обнаружено около 800. Но их общее количество может быть значительно большим — до 1500-2000 с размерами более 1 км и до 135000 с размерами более 100 м. Существующая угроза Земле со стороны астероидов и других космических тел, которые находятся или могут оказаться в земных окрестностях, широко обсуждается в научных и общественных кругах.
О других астероидных поясах.
За орбитой Юпитера также существуют астероидоподобные тела. Более того, по последним данным оказалось, что таких тел очень много на периферии Солнечной системы. Впервые предположение об этом было высказано американским астрономом Джерардом Койпером еще в 1951 г. Он сформулировал гипотезу о том, что за орбитой Нептуна, на расстояниях около 30-50 а.е. может быть целый пояс тел, который служит источником короткопериодических комет. И действительно, с начала 90-х годов (с введением в действие самых крупных телескопов с диаметром до 10 м на Гавайских островах ) за орбитой Нептуна было обнаружено более сотни астероидоподобных объектов с диаметрами примерно от 100 до 800 км. Совокупность этих тел была названа «поясом Койпера», хотя их пока и недостаточно для «полноценного» пояса. Тем не менее, по некоторым оценкам количество тел в нем может быть не меньше (если не больше), чем в главном поясе астероидов. По параметрам орбит вновь открытые тела разделили на два класса. К первому, так называемому «классу Плутино» отнесли примерно треть всех транснептуновых объектов. Они движутся в резонансе 3:2 с Нептуном по достаточно эллиптичным орбитам (большие полуоси около 39 а.е.; эксцетриситеты 0,11-0,35; наклоны орбит к эклиптике 0-20гр.), похожим на орбиту Плутона, откуда и возникло название этого класса. В настоящее время между учеными даже идут дискуссии о том, считать ли Плутон полноправной планетой или только одним из объектов вышеназванного класса. Однако, скорее всего, статус Плутона не изменится, поскольку его средний диаметр (2390 км) значительно больше, чем диаметры известных транснептуновых объектов, и кроме того, как и у большинства других планет Солнечной системы, у него есть большой спутник (Харон) и атмосфера. Во второй класс вошли так называемые «типичные объекты пояса Койпера», поскольку их большинство (оставшиеся 2/3) из числа известных и движутся они по орбитам, близким к круговым с большими полуосями в диапазоне 40-48 а.е. и различными наклонами (0-40° ). Пока что большая удаленность и относительно малые размеры препятствуют обнаружению новых подобных тел с более высокими темпами, хотя для этого используются самые крупные телескопы и самая современная техника. На основе сравнения этих тел с известными астероидами по оптическим характеристикам сейчас полагают, что первые являются самыми примитивными в нашей планетной системе. Имеется ввиду, что их вещество с момента своей конденсации из протопланетной туманности испытало совсем небольшие изменения по сравнению, например, с веществом планет земной группы. Фактически, абсолютное большинство этих тел по своему составу могут быть ядрами комет.
Обнаружен ряд астероидных тел (со временем это число, вероятно, будет увеличиваться) между поясом Койпера и главным поясом астероидов — это «класс Кентавров» — по аналогии с древнегреческими мифологическими кентаврами (получеловеками-полулошадями). Один из их представителей — это астероид Хирон, который было бы более правильным назвать астероидом-кометой, поскольку он периодически проявляет кометную активность в виде возникающей газовой атмосферы (комы) и хвоста. Они образуются из летучих соединений, входящих в состав вещества этого тела, при прохождении им перигелийных участков орбиты. Хирон является одним из наглядных примеров отсутствия резкой границы между астероидами и кометами по составу вещества а, возможно, и по происхождению. Он имеет размер около 200 км, а его орбита перекрывается с орбитами Сатурна и Урана. Другое название объектов этого класса — «пояс Казимирчак-Полонской» — по имени Е.И. Полонской, доказавшей существование астероидных тел между планетами-гигантами.
Немного о методах исследований астероидов.
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.
Наше понимание природы астероидов сейчас основывается на трех основных источниках информации: наземных телескопических наблюдениях (оптических и радиолокационных), изображениях, полученных со сближающихся с астероидами космических аппаратов, и лабораторного анализа известных земных горных пород и минералов, а также упавших на Землю метеоритов, которые в основном считаются осколками астероидов, ядер комет и поверхностей планет земной группы. Но наибольший объем информации о малых планетах все же мы получаем с помощью наземных телескопических измерений. Поэтому астероиды делятся на так называемые «спектральные типы» или классы в соответствии, в первую очередь, с их наблюдаемыми оптическими характеристиками. В первую очередь это альбедо (доля отражаемого телом света от количества падающего на него солнечного света в единицу времени, если считать направления падающих и отраженных лучей совпадающими) и общая форма спектра отражения тела в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах (который получается путем простого деления на каждой длине световой волны спектральной яркости поверхности наблюдаемого тела на спектральную яркость на той же длине волны самого Солнца). Эти оптические характеристики используются для оценки химико-минералогического состава вещества, слагающего астероиды. Иногда принимаются во внимание и дополнительные данные (если они есть), например, о радиолокационной отражательной способности астероида, о скорости его вращения вокруг собственной оси и т. д.
Стремление поделить астероиды на классы объясняется желанием ученых упростить или схематизировать описание огромного количества малых планет, хотя, как показывают более тщательные исследования, это не всегда удается. В последнее время уже возникает необходимость введения подклассов и более мелких делений спектральных типов астероидов для характеристики каких-то общих особенностей их отдельных групп. Прежде чем дать общую характеристику астероидов разных спектральных типов, поясним как можно оценить состав астероидного вещества с помощью дистанционных измерений. Как уже отмечалось, считается, что астероиды какого-то одного типа имеют примерно одинаковые значения альбедо и близкие по форме спектры отражения, которые можно заменить на средние (для данного типа) величины или характеристики. Эти средние величины для определенного типа астероидов сравниваются с аналогичными величинами для земных горных пород и минералов, а также тех метеоритов, образцы которых имеются в земных коллекциях. Химический и минеральный составы образцов, которые называются «образцами-аналогами», вместе с их спектральными и другими физическими свойствами, как правило, уже хорошо изучены в земных лабораториях. На основе такого сравнения и подбора образцов-аналогов и определяется в первом приближении некоторый средний химический и минеральный состав вещества для астероидов данного типа. Оказалось, что в отличие от земных горных пород вещество астероидов в целом является значительно более простым или даже примитивным. Это говорит о том, что физические и химические процессы, в которые было вовлечено астероидное вещество в течение всей истории существования Солнечной системы, были не такими разнообразными и сложными, как на планетах земной группы. Если на Земле сейчас надежно установленными считаются около 4000 минеральных видов, то на астероидах их может быть всего лишь несколько сотен. Об этом можно судить по количеству минеральных видов (около 300), обнаруженному в упавших на земную поверхность метеоритах, которые могут быть обломками астероидов. Большое разнообразие минералов на Земле возникло не только потому, что образование нашей планеты (как и других планет земной группы) проходило в протопланетном облаке значительно ближе к Солнцу, а значит, и при более высоких температурах. Кроме того, что силикатное вещество, металлы и их соединения, находясь в жидком или пластичном состоянии при таких температурах, разделились или дифференцировали по удельному весу в гравитационном поле Земли, сложившиеся температурные условия оказались благоприятными для возникновения постоянной газовой или жидкой окислительной среды, основными компонентами которой были кислород и вода. Их длительное и постоянное взаимодействие с первичными минералами и породами земной коры и привело к тому богатству минералов, которое мы наблюдаем. Возвращаясь к астероидам, следует отметить, что по дистанционным данным они в основном состоят из более простых силикатных соединений. В первую очередь — это безводные силикаты, такие как пироксены (их обобщенная формула ABZ2O6, где позиции «A» и «B» занимают катионы разных металлов, а «Z» — Al или Si), оливины (A2+2SiO4, где A2+ = Fe, Mg, Mn, Ni) и иногда плагиоклазы (с общей формулой (Na,Ca)Al(Al,Si)Si2O8). Их называют породообразующими минералами, поскольку они составляют основу большинства горных пород. Силикатные соединения другого типа, широко представленные на астероидах, — это гидросиликаты или слоистые силикаты. К ним принадлежат серпентины (с общей формулой A3Si2O5? (OH), где A = Mg, Fe2+, Ni), хлориты (A4-6Z4O10(OH,O)8, где A и Z — это в основном катионы разных металлов) и ряд других минералов, которые содержат в своем составе гидроксил (ОН). Можно предполагать, что на астероидах встречаются не только простые окислы, соединения (например, сернистые) и сплавы железа и других металлов (в частности FeNi), углеродные (органические) соединения, но даже металлы и углерод в свободном состоянии. Об этом свидетельствуют результаты исследования метеоритного вещества, постоянно выпадающего на Землю.
Спектральные типы астероидов.
На сегодняшний день выделены следующие основные спектральные классы или типы малых планет, обозначаемые латинскими буквами: A, B, C, F, G, D, P, E, M, Q, R, S, V и T. Дадим их краткую характеристику.
Астероиды типа A имеют достаточно высокое альбедо и самый красный цвет, что определяется значительным ростом к длинным волнам их отражательной способности. Они могут состоять из высокотемпературных оливинов (имеющих температуру плавления в пределах 1100-1900° С) или смеси оливина с металлами, которые соответствуют спектральным характеристикам этих астероидов. Напротив, у малых планет типов B, C, F, и G — низкое альбедо (тела B-типа несколько светлее) и почти плоский (или бесцветный) в видимом диапазоне, но резко спадающий на коротких волнах спектр отражения. Поэтому считается, что эти астероиды в основном сложены из низкотемпературных гидратированны
www.ronl.ru
Реферат на тему:
Сравнительные размеры астероида 4 Веста, карликовой планеты Церера и Луны. Разрешение 20 км/пиксель.
Астеро́ид — небольшое планетоподобное небесное тело Солнечной системы, движущееся по орбите вокруг Солнца. Астероиды значительно уступают по размерам планетам, хотя при этом у них могут быть спутники.
Термин астероид (от др.-греч. ἀστεροειδής — «подобный звезде», из ἀστήρ — «звезда» и εῖ̓δος — «вид, наружность, качество») был введён Уильямом Гершелем на основании того, что эти объекты при наблюдении в телескоп выглядели как точки звёзд — в отличие от планет, которые при наблюдении в телескоп выглядят дисками. Точное определение термина «астероид» до сих пор не является установившимся. До 2006 года астероиды также называли малыми планетами.
Одним из способов классификации астероидов является определение размера. Действующая классификация определяет астероиды, как объекты с диаметром более 10 м, отделяя их от метеорных тел[1], которые выглядят как крупные камни, или могут быть ещё меньше.
Главный пояс астероидов (белый цвет) и троянские астероиды (зелёный цвет)
В настоящий момент в Солнечной системе обнаружены сотни тысяч астероидов. По состоянию на 10 января 2010 в базах данных насчитывалось 540 573 объектов, у 257 455 точно определены орбиты и им присвоен официальный номер.[2] 15615 из них на этот момент имели официально утверждённые наименования.[3] Предполагается, что в Солнечной системе может находиться от 1.1 до 1.9 миллиона объектов, имеющих размеры более 1 км.[4] Большинство известных на данный момент астероидов сосредоточено в пределах пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера.
Самым крупным астероидом в Солнечной системе считалась Церера, имеющая размеры приблизительно 975×909 км, однако с 24 августа 2006 года она получила статус карликовой планеты. Два других крупнейших астероида 2 Паллада и 4 Веста имеют диаметр ~500 км. 4 Веста является единственным объектом пояса астероидов, который можно наблюдать невооружённым глазом. Астероиды, движущиеся по другим орбитам, также могут быть наблюдаемы в период прохождения вблизи Земли (см. например 99942 Апофис).
Общая масса всех астероидов главного пояса оценивается в 3.0-3.6×1021 кг,[5] что составляет всего около 4 % от массы Луны. Масса Цереры — 0.95×1021 кг, то есть около 32 % от общей, а вместе с тремя крупнейшими астероидами 4 Веста (9 %), 2 Паллада (7 %), 10 Гигея (3 %) — 51 %, то есть абсолютное большинство астероидов имеют ничтожную, по астрономическим меркам, массу.
Изучение астероидов началось после открытия в 1781 Уильямом Гершелем планеты Уран. Его среднее гелиоцентрическое расстояние оказалось соответствующим правилу Тициуса-Боде.
В конце XVIII века Франц Ксавер (Franz Xaver von Zach) организовал группу, включавшую 24 астрономов. С 1789 эта группа занималась поисками планеты, которая, согласно правилу Тициуса-Боде, должна была находиться на расстоянии около 2,8 астрономических единиц от Солнца — между орбитами Марса и Юпитера. Задача состояла в описании координат всех звёзд в области зодиакальных созвездий на определённый момент. В последующие ночи координаты проверялись, и выделялись объекты, которые смещались на большее расстояние. Предполагаемое смещение искомой планеты должно было составлять около 30 угловых секунд в час, что должно было быть легко замечено.
По иронии судьбы первый астероид, 1 Церера, был обнаружен итальянцем Пиацци, не участвовавшим в этом проекте, случайно, в 1801, в первую же ночь столетия. Три других — 2 Паллада, 3 Юнона и 4 Веста были обнаружены в последующие несколько лет — последний, Веста, в 1807. Ещё через 8 лет бесплодных поисков большинство астрономов решило, что там больше ничего нет, и прекратило исследования.
Однако, Карл Людвиг Хенке проявил настойчивость, и в 1830 возобновил поиск новых астероидов. Пятнадцать лет спустя он обнаружил Астрею, первый новый астероид за 38 лет. Он также обнаружил Гебу менее чем через два года. После этого другие астрономы подключились к поискам, и далее обнаруживалось не менее одного нового астероида в год (за исключением 1945).
В 1891 Макс Вольф впервые использовал для поиска астероидов метод астрофотографии, при котором на фотографиях с длинным периодом экспонирования астероиды оставляли короткие светлые линии. Этот метод значительно ускорил обнаружение новых астероидов по сравнению с ранее использовавшимися методами визуального наблюдения: Макс Вольф в одиночку обнаружил 248 астероидов, начиная с (323) Брюсия, тогда как до него было обнаружено немногим более 300. Сейчас, век спустя, только несколько тысяч астероидов идентифицировано, пронумеровано и проименовано. Известно об их гораздо большем количестве, однако учёные не очень беспокоятся об их изучении, называя астероиды «космическим сбродом» («vermin of the skies»).
Сначала астероидам давали имена героев римской и греческой мифологии, позднее открыватели получили право называть их как угодно, например — своим именем. Вначале астероидам давались преимущественно женские имена, мужские имена получали только астероиды, имеющие необычные орбиты (например, Икар, приближающийся к Солнцу ближе Меркурия). Позднее и это правило перестало соблюдаться.
Получить имя может не любой астероид, а лишь тот, орбита которого более или менее надёжно вычислена. Были случаи, когда астероид получал имя спустя десятки лет после открытия. До тех пор, пока орбита не вычислена, астероиду даётся порядковый номер, отражающий дату его открытия, например, 1950 DA. Цифры обозначают год, первая буква — номер полумесяца в году, в котором астероид был открыт (в приведённом примере это вторая половина февраля). Вторая буква обозначает порядковый номер астероида в указанном полумесяце, в нашем примере астероид был открыт первым. Так как полумесяцев 24, а английских букв — 26, в обозначении не используются две буквы: I (из-за сходства с единицей) и Z. Если количество астероидов, открытых в течение полумесяца, превысит 24, вновь возвращаются к началу алфавита, приписывая второй букве индекс 2, при следующем возвращении — 3, и т. д.
После получения имени официальное именование астероида состоит из числа (порядкового номера) и названия — 1 Церера, 8 Флора и т. д.
Общая классификация астероидов основана на характеристиках их орбит и описании видимого спектра солнечного света, отражаемого их поверхностью.
Астероиды объединяют в группы и семейства на основе характеристик их орбит. Обычно группа получает название по имени первого астероида, который был обнаружен на данной орбите. Группы — относительно свободные образования, тогда как семейства — более плотные, образованные в прошлом при разрушении крупных астероидов от столкновений с другими объектами.
В 1975 Кларк Р. Чапмен (Clark R. Chapman), Дэвид Моррисон (David Morrison) и Бен Целлнер (Ben Zellner) разработали систему классификации астероидов, опирающуюся на показатели цветности, альбедо и характеристики спектра отражённого солнечного света.[6] Изначально эта классификация определяла только три типа астероидов:[7]
Этот список был позже расширен и число типов продолжает расти по мере того, как детально изучается все больше астероидов:
Следует учитывать, что количество известных астероидов, отнесённых к какому-либо типу, не обязательно соответствует действительности. Некоторые типы достаточно сложны для определения, и тип определённого астероида может быть изменён при более тщательных исследованиях.
Изначально спектральная классификация основывалась на трёх типах материала, составляющего астероиды:
Однако существуют сомнения в том, что такая классификация однозначно определяет состав астероида. В то время, как различный спектральный класс астероидов указывает на их различный состав, нет никаких доказательств того, что астероиды одного спектрального класса состоят из одинаковых материалов. В результате, учёные не приняли новую систему, и внедрение спектральной классификации остановилось.
В настоящий момент не существует астероидов, которые могли бы существенно угрожать Земле.
Чем больше и тяжелее астероид, тем большую опасность он представляет, однако и обнаружить его в этом случае гораздо легче. Наиболее опасным на данный момент считается астероид Апофис, диаметром около 300 метров, при столкновении с которым, в случае точного попадания, может быть уничтожен большой город, однако никакой угрозы человечеству в целом такое столкновение не несет. Представлять глобальную опасность могут астероиды более 10 км в поперечнике. Все астероиды такого размера известны астрономам и находятся на орбитах, которые не могут привести к столкновению с Землей.
wreferat.baza-referat.ru
Реферат по астрономии. Тема: “Астероиды“.
Выполнил ученик 11 Э класса
Галичин Сергей.
Руководитель: Оноприенко О.В.
Санкт-Петербург
2001 г.
Оглавление:
1.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Открытие астероидов.2.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Имена астероидов.3.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Общие представления.4.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Как мог возникнуть главный пояс астероидов?5.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Орбиты астероидов.6.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Спутники астероидов.7.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Астероиды, сближающиеся с Землей.8.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
О других астероидных поясах.9.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Методы исследования астероидов.10.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Спектральные типы астероидов.11.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
О том, чего мы пока не знаем.
Открытие астероидов.
Поиски большой планеты между 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.
Имена астероидов.
Астероидам сначала давали имена героев римской и греческой мифологии, а потом открыватель получал право назвать его как угодно, хоть своим именем. Поначалу, имена давали только женские. Лишь астероиды, имеющие необычные орбиты, получали мужские (к примеру, Икар, приближающийся к Солнцу ближе Меркурия). После, и это правило перестало соблюдаться.
Получить имена могут не все астероиды, а только те, для которых имеются более или менее надежно высчитанные орбиты. Бывали случаи, когда астероид получал имя спустя десятки лет после открытия. До тех пор, пока орбита не рассчитана, астероиду приписывается порядковый номер, отражающий дату его открытия, например, 1950 DA. Цифры означают год. Первая буква — номер полумесяца в году, в котором был открыт астероид, всего их, следовательно, 24. В приведенном примере, это вторая половина февраля. Вторая буква обозначает порядковый номер астероида в указанном полумесяце, в нашем примере, астероид был открыт первым. В обозначении не используются буквы I и Z, так как полумесяцев 24, а букв — 26. Буква I не используется из-за сходства с единицей. Если же количество астероидов, открытых в течение полумесяца, превысит 24, вновь возвращаются к началу алфавита, приписывая второй букве индекс 2, при следующем возвращении — 3, и т.д. Астероиды иногда открываются сотнями в год. Сведения о ярких астероидах и об условиях их наблюдения можно найти в астрономических календарях.
Общие представления.
Астероиды — это твердые каменистые тела, которые подобно планетам движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам. Но размеры этих тел намного меньше, чем у обычных планет, поэтому их еще называют малыми планетами. Диаметры астероидов находятся в пределах от нескольких десятков метров (условно) до 1000 км (размер наибольшего астероида Цереры). Термин «астероид» (или «звездоподобный») был введен известным астрономом XVIII века Уильямом Гершелем для характеристики вида этих объектов при наблюдениях в телескоп. Даже с помощью самых крупных наземных телескопов невозможно различить видимые диски у наибольших астероидов. Они наблюдаются как точечные источники света, хотя, как и другие планеты, в видимом диапазоне сами ничего не излучают, а лишь отражают падающий солнечный свет. Диаметры некоторых астероидов были измерены с помощью метода «покрытия звезд», в те удачные моменты, когда они оказывались на одном луче зрения с достаточно яркими звездами. В большинстве же случаев их размеры оцениваются с помощью специальных астрофизических измерений и расчетов. Основная масса известных на сегодняшний день астероидов движется между орбитами Марса и Юпитера на расстояниях от Солнца 2,2-3,2 астрономических единиц (далее — а. е.). Всего на сегодняшний день открыто примерно 20000 астероидов, из которых около 10000 зарегистрированы, то есть им присвоены номера или даже имена собственные, а орбиты рассчитаны с большой точностью. Кольцевая область пространства, которую занимают эти тела, называется главным поясом астероидов. При средней линейной орбитальной скорости около 20 км/с астероиды главного пояса затрачивают на один оборот вокруг Солнца от 3 до 9 земных лет в зависимости от удаленности от него. Наклоны плоскостей их орбит по отношению к плоскости эклиптики иногда достигают 70°, но в основном находятся в диапазоне 5-10°. На этом основании все известные астероиды главного пояса делят примерно поровну на плоскую (с наклонами орбит до 8° ) и сферическую подсистемы.
При телескопических наблюдениях астероидов было обнаружено, что яркость абсолютного большинства их меняется за короткое время (от нескольких часов до нескольких дней). Астрономы уже давно предполагали, что эти изменения блеска астероидов связаны с их вращением и определяются, в первую очередь, их неправильной формой. Первые же снимки астероидов, полученные с помощью космических аппаратов, это подтвердили и еще показали, что поверхности этих тел изрыты кратерами или воронками разных размеров. Очевидно, что такие формы и поверхности малых планет образовались при их многочисленных столкновениях с другими твердыми небесными телами. В общем случае, когда форма наблюдаемого с Земли астероида неизвестна (поскольку он виден как точечный объект), то ее стараются аппроксимировать с помощью трехосного эллипсоида.
Как мог возникнуть главный пояс астероидов?
Орбиты тел, сосредоточенных в главном поясе, являются устойчивыми и имеют близкую к круговой или слабо эксцентричную форму. Здесь они движутся в «безопасной» зоне, где минимально гравитационное влияние на них больших планет, и в первую очередь, Юпитера. Имеющиеся на сегодняшний день научные факты показывают, что именно Юпитер сыграл главную роль в том, что на месте главного пояса астероидов в период зарождения Солнечной системы не смогла возникнуть еще одна планета. Но даже в начале нашего века многие ученые еще были уверены в том, что между Юпитером и Марсом раньше существовала еще одна большая планета, которая по каким-то причинам разрушилась. Первым высказал такую гипотезу еще Ольберс, сразу после своего открытия Паллады. Он же придумал и название этой гипотетической планете — Фаэтон. Сделаем небольшое отступление и опишем один эпизод из истории Солнечной системы — той истории, которая основывается на современных научных фактах. Это необходимо, в частности, для понимания происхождения астероидов главного пояса. Большой вклад в формирование современной теории происхождения Солнечной системы сделали советские ученые О.Ю. Шмидт и В.С. Сафронов.
Одно из самых крупных тел, образовавшееся на орбите Юпитера (на расстоянии 5 а.е. от Солнца) около 4,5 млрд. лет назад, стало увеличиваться в размерах быстрее других. Находясь на границе конденсации летучих соединений (Н2, Н2О, Nh4, CO2, СН4 и др.), которые вытекали из более близкой к Солнцу и более разогретой зоны протопланетного диска, это тело стало центром аккумуляции вещества, состоящего в основном из замерзших газовых конденсатов. При достижении достаточно большой массы, оно стало захватывать своим гравитационным полем ранее сконденсированное вещество, находящееся ближе к Солнцу, в зоне родительских тел астероидов, и таким образом тормозить рост последних. С другой стороны, более мелкие тела, не захваченные прото-Юпитером по каким-либо причинам, но находящиеся в сфере его гравитационного влияния, эффективно разбрасывались в разные стороны. Аналогичным образом, вероятно, происходил выброс тел из зоны формирования Сатурна, хотя и не так интенсивно. Эти тела пронизывали и пояс родительских тел астероидов или планетезималей, возникших ранее между орбитами Марса и Юпитера, «выметая» их из этой зоны или подвергая дроблению. Причем до этого постепенный рост родительских тел астероидов был возможен благодаря их небольшим относительным скоростям (примерно до 0,5 км/с), когда столкновения каких-либо объектов заканчивались их объединением, а не дроблением. Увеличение же потока тел, вбрасываемых в пояс астероидов Юпитером (и Сатурном) в ходе его роста, привело к тому, что относительные скорости родительских тел астероидов значительно возросли (до 3-5 км/с) и стали более хаотическими. В конечном итоге процесс аккумуляции родительских тел астероидов сменился процессом их фрагментации при взаимных столкновениях, а потенциальная возможность формирования достаточно большой планеты на данном расстоянии от Солнца исчезла навсегда.
Орбиты астероидов.
Возвращаясь к современному состоянию пояса астероидов, следует подчеркнуть, что Юпитер по-прежнему продолжает играть первостепенную роль в эволюции орбит астероидов. Длительное гравитационное влияние (более 4 млрд. лет) этой планеты-гиганта на астероиды главного пояса привело к тому, что имеется целый ряд «запретных» орбит или даже зон на которых малых планет практически нет, а если они туда и попадают, то не могут находиться там продолжительное время. Их называют пробелами или люками Кирквуда — по имени Дэниэла Кирквуда, ученого, впервые их обнаружившего. Такие орбиты являются резонансными, поскольку движущиеся по ним астероиды испытывают сильное гравитационное воздействие со стороны Юпитера. Периоды обращения, соответствующие этим орбитам, находятся в простых отношениях с периодом обращения Юпитера (например, 1:2; 3:7; 2:5; 1:3 и др.). Если какой-либо астероид или его фрагмент в результате столкновения с другим телом попадает на резонансную или близкую к ней орбиту, то большая полуось и эксцентриситет его орбиты достаточно быстро меняются под влиянием юпитерианского гравитационного поля. Все кончается тем, что астероид либо уходит с резонансной орбиты и может даже покинуть главный пояс астероидов, либо оказывается обреченным на новые столкновения с соседними телами. Таким образом соответствующий пробел Кирквуда «очищается» от любых объектов. Однако следует подчеркнуть, что в главном поясе астероидов нет никаких щелей или пустых промежутков, если представить себе мгновенное распределение всех входящих в него тел. Все астероиды, в любой момент времени достаточно равномерно заполняют пояс астероидов, так как, двигаясь по эллиптическим орбитам, большую часть времени проводят в «чужой» зоне. Еще один, «противоположный» пример гравитационного влияния Юпитера: у внешней границы главного пояса астероидов есть два узких дополнительных «колечка», наоборот, составленные из орбит астероидов, периоды обращения которых находятся в пропорциях 2:3 и 1:1 по отношению к периоду обращения Юпитера. Очевидно, что астероиды с периодом обращения, соответствующим отношению 1:1, находятся прямо на орбите Юпитера. Но они движутся на удалении от него, равном радиусу юпитерианской орбиты, с опережением или отставанием. Те астероиды, которые в своем движении опережают Юпитер, называют «греками», а те, что следуют за ним — «троянцами» (так они названы в честь героев Троянской войны). Первые опережают планету на 60o, вторые — на столько же отстают. Движение этих малых планет является достаточно устойчивым, так как они находятся в так называемых «точках Лагранжа», где уравниваются действующие на них гравитационные силы. Общее же название этой группы астероидов — «троянцы». В отличие от троянцев, которые могли постепенно накопиться в окрестностях точек Лагранжа в течение длительной столкновительной эволюции разных астероидов, есть семейства астероидов с очень близкими орбитами входящих в них тел, которые образовались, скорее всего, в результате относительно недавних распадов соответствующих им родительских тел. Это, например, семейство астероида Флора, насчитывающее уже около 60 членов, и ряд других. В последнее время ученые пытаются определить общее число таких семейств астероидов для того, чтобы таким образом оценить первоначальное количество их родительских тел.
Спутники астероидов.
Однако совершенно ошеломляющим оказалось открытие у астероидов собственных спутников. Нельзя сказать, что оно было таким уж неожиданным. Некоторые косвенные признаки давно указывали на сложное строение астероидов. Во время пролета некоторых из них на фоне звезд (так называемого покрытия звезды астероидом) были замечены сдвоенные ослабления блеска звезды. Наконец, чешский астроном П.Правец (1991) и немецкий Г.Хан (1994) обратили внимание на странный характер переменности блеска двух небольших астероидов, пролетавших вблизи Земли, как бы указывающий на двойственность каждого из них. Но все эти наблюдения невозможно было повторить, а потому проблема оставалась открытой.
Доказательство сложной природы астероидов пришло издалека: пролетая в 1993 г. мимо астероида Ида (243), межпланетный аппарат «Галилео» обнаружил малый спутник диаметром 1.5 км, получивший название Дактиль, который обращается вокруг Иды на расстоянии около 100 км. Это был первый случай открытия спутника у астероида. Недавно пришло сообщение о нахождении второго спутника, на этот раз у астероида Дионис (3671). Это удалось сделать группе «наземных» астрономов из Южной европейской обсерватории в Ла-Силья (Чили).
Наблюдения проводились на телескопе диаметром 60 см с помощью ПЗС-матрицы; этот инструмент регулярно используется для измерения колебаний блеска астероидов, на основании чего астрономы определяют периоды их вращения, оценивают форму и состав поверхности. Дионис попал в список кандидатов на исследование, поскольку принадлежит к особой группе малых планет, периодически пересекающих орбиту Земли и имеющих шанс столкнуться с нашей планетой. Прототипом этой группы стал открытый в 1934 г. астероид Аполлон (1862), поэтому все астероиды с такими орбитами относят теперь к группе Аполлона. Дионис сближается с Землей один раз в 13 лет. Как раз это и произошло 6 июля 1997 г., когда он прошел на расстоянии 17 млн км от Земли.
Однако наблюдать его начали раньше, еще на подходе к Земле. В конце мая 1997 г. он показывал нормальное изменение блеска — два максимума и два минимума, характерные для тела неправильной формы, вращающегося с периодом 2.7 ч. Но астрономов насторожило то, что при сравнении кривых блеска, полученных за две ночи подряд, одна деталь, указывающая на непродолжительное понижение яркости, изменила свое место. Возникло подозрение, что перед астероидом регулярно проходит некий затмевающий его объект. Чтобы не пропустить следующих возможных затмений, которые могли оказаться вне поля наблюдений из обсерватории в Чили, астрономы сообщили о своем предположении коллегам во всем мире. В результате с 3 по 9 июня 1997 г. были проведены тщательные наблюдения в содружестве с П.Правецом и Л.Сароуновой (обсерватория Ондржеев под Прагой). Подозрение подтвердилось: затмения происходили регулярно, с периодом 1.155 сут.
Тем временем на Гавайях с помощью крупнейшего в мире инфракрасного телескопа Великобритании диаметром 3.8 м, установленного на вершине Мауна-Кеа, А.Харрис (Организация аэрокосмических исследований Германии, Берлин) и Дж.Девис (Объединенный астрономический центр, Хило, Гавайи) измерили тепловой поток, идущий от Диониса. Подобные измерения, но в более широком диапазоне спектра были проведены с помощью европейского спутника «ISO» Европейским космическим агентством. По тепловому излучению Диониса астрономы определили, что его поверхность очень светлая, хорошо отражающая солнечные лучи, а диаметр около 1 км. Напомним, что астероид Ида, у которого впервые был обнаружен спутник, имеет диаметр 50 км.
После этого к наблюдениям Диониса подключились астрономы многих стран, чтобы, используя период его хорошей видимости (до октября 1997 г.), определить размер и орбиту спутника. В конце этой «вакханалии» (другие имена Диониса — Бахус, Вакх) астрономы узнают параметры второй микропланетной системы и, что особенно ценно, массу и среднюю плотность Диониса, которые отражают его внутреннее строение и состав.
Пока рано рассуждать о происхождении двойных, а возможно, и более сложных астероидов. Необходимо накопить наблюдательные данные. Но ясно одно: чем сложнее космическая система, тем более ценную информацию несет она о своем происхождении и эволюции.
Астероиды, сближающиеся с Землей.
Вблизи внутреннего края главного пояса астероидов существуют и другие группы тел, орбиты которых далеко выходят за пределы главного пояса и могут даже пересекаться с орбитами Марса, Земли, Венеры и даже Меркурия. В первую очередь, это группы астероидов Амура, Аполлона и Атона (по названиям крупнейших представителей, входящих в эти группы). Орбиты таких астероидов уже не являются такими стабильными, как у тел главного пояса, а относительно быстро эволюционируют под действием гравитационных полей не только Юпитера, но и планет земной группы. По этой причине такие астероиды могут переходить из одной группы в другую, а само деление астероидов на вышеназванные группы является условным, основанным на данных о современных орбитах астероидов. В частности амурцы движутся по эллиптическим орбитам, перигелийное расстояние (минимальное расстояние до Солнца) которых не превышает 1,3 а.е. Аполлонцы движутся по орбитам с перигелийным расстоянием меньшим 1 а.е. (напомним, что это среднее удаление Земли от Солнца) и проникают внутрь земной орбиты. Если у амурцев и аполлонцев большая полуось орбиты превосходит 1 а.е., то у атонцев она менее или порядка этой величины и эти астероиды, следовательно, движутся в основном внутри земной орбиты. Очевидно, что аполлонцы и атонцы, пересекая орбиту Земли могут создавать угрозу столкновения с ней. Существует даже общее определение этой группы малых планет как «астероиды, сближающиеся с Землей» — это тела, размеры орбит которых не превосходят 1,3 а.е. На сегодняшний день таких объектов обнаружено около 800. Но их общее количество может быть значительно большим — до 1500-2000 с размерами более 1 км и до 135000 с размерами более 100 м. Существующая угроза Земле со стороны астероидов и других космических тел, которые находятся или могут оказаться в земных окрестностях, широко обсуждается в научных и общественных кругах.
О других астероидных поясах.
За орбитой Юпитера также существуют астероидоподобные тела. Более того, по последним данным оказалось, что таких тел очень много на периферии Солнечной системы. Впервые предположение об этом было высказано американским астрономом Джерардом Койпером еще в 1951 г. Он сформулировал гипотезу о том, что за орбитой Нептуна, на расстояниях около 30-50 а.е. может быть целый пояс тел, который служит источником короткопериодических комет. И действительно, с начала 90-х годов (с введением в действие самых крупных телескопов с диаметром до 10 м на Гавайских островах ) за орбитой Нептуна было обнаружено более сотни астероидоподобных объектов с диаметрами примерно от 100 до 800 км. Совокупность этих тел была названа «поясом Койпера», хотя их пока и недостаточно для «полноценного» пояса. Тем не менее, по некоторым оценкам количество тел в нем может быть не меньше (если не больше), чем в главном поясе астероидов. По параметрам орбит вновь открытые тела разделили на два класса. К первому, так называемому «классу Плутино» отнесли примерно треть всех транснептуновых объектов. Они движутся в резонансе 3:2 с Нептуном по достаточно эллиптичным орбитам (большие полуоси около 39 а.е.; эксцетриситеты 0,11-0,35; наклоны орбит к эклиптике 0-20гр.), похожим на орбиту Плутона, откуда и возникло название этого класса. В настоящее время между учеными даже идут дискуссии о том, считать ли Плутон полноправной планетой или только одним из объектов вышеназванного класса. Однако, скорее всего, статус Плутона не изменится, поскольку его средний диаметр (2390 км) значительно больше, чем диаметры известных транснептуновых объектов, и кроме того, как и у большинства других планет Солнечной системы, у него есть большой спутник (Харон) и атмосфера. Во второй класс вошли так называемые «типичные объекты пояса Койпера», поскольку их большинство (оставшиеся 2/3) из числа известных и движутся они по орбитам, близким к круговым с большими полуосями в диапазоне 40-48 а.е. и различными наклонами (0-40° ). Пока что большая удаленность и относительно малые размеры препятствуют обнаружению новых подобных тел с более высокими темпами, хотя для этого используются самые крупные телескопы и самая современная техника. На основе сравнения этих тел с известными астероидами по оптическим характеристикам сейчас полагают, что первые являются самыми примитивными в нашей планетной системе. Имеется ввиду, что их вещество с момента своей конденсации из протопланетной туманности испытало совсем небольшие изменения по сравнению, например, с веществом планет земной группы. Фактически, абсолютное большинство этих тел по своему составу могут быть ядрами комет.
Обнаружен ряд астероидных тел (со временем это число, вероятно, будет увеличиваться) между поясом Койпера и главным поясом астероидов — это «класс Кентавров» — по аналогии с древнегреческими мифологическими кентаврами (получеловеками-полулошадями). Один из их представителей — это астероид Хирон, который было бы более правильным назвать астероидом-кометой, поскольку он периодически проявляет кометную активность в виде возникающей газовой атмосферы (комы) и хвоста. Они образуются из летучих соединений, входящих в состав вещества этого тела, при прохождении им перигелийных участков орбиты. Хирон является одним из наглядных примеров отсутствия резкой границы между астероидами и кометами по составу вещества а, возможно, и по происхождению. Он имеет размер около 200 км, а его орбита перекрывается с орбитами Сатурна и Урана. Другое название объектов этого класса — «пояс Казимирчак-Полонской» — по имени Е.И. Полонской, доказавшей существование астероидных тел между планетами-гигантами.
Немного о методах исследований астероидов.
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.
Наше понимание природы астероидов сейчас основывается на трех основных источниках информации: наземных телескопических наблюдениях (оптических и радиолокационных), изображениях, полученных со сближающихся с астероидами космических аппаратов, и лабораторного анализа известных земных горных пород и минералов, а также упавших на Землю метеоритов, которые в основном считаются осколками астероидов, ядер комет и поверхностей планет земной группы. Но наибольший объем информации о малых планетах все же мы получаем с помощью наземных телескопических измерений. Поэтому астероиды делятся на так называемые «спектральные типы» или классы в соответствии, в первую очередь, с их наблюдаемыми оптическими характеристиками. В первую очередь это альбедо (доля отражаемого телом света от количества падающего на него солнечного света в единицу времени, если считать направления падающих и отраженных лучей совпадающими) и общая форма спектра отражения тела в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах (который получается путем простого деления на каждой длине световой волны спектральной яркости поверхности наблюдаемого тела на спектральную яркость на той же длине волны самого Солнца). Эти оптические характеристики используются для оценки химико-минералогического состава вещества, слагающего астероиды. Иногда принимаются во внимание и дополнительные данные (если они есть), например, о радиолокационной отражательной способности астероида, о скорости его вращения вокруг собственной оси и т. д.
Стремление поделить астероиды на классы объясняется желанием ученых упростить или схематизировать описание огромного количества малых планет, хотя, как показывают более тщательные исследования, это не всегда удается. В последнее время уже возникает необходимость введения подклассов и более мелких делений спектральных типов астероидов для характеристики каких-то общих особенностей их отдельных групп. Прежде чем дать общую характеристику астероидов разных спектральных типов, поясним как можно оценить состав астероидного вещества с помощью дистанционных измерений. Как уже отмечалось, считается, что астероиды какого-то одного типа имеют примерно одинаковые значения альбедо и близкие по форме спектры отражения, которые можно заменить на средние (для данного типа) величины или характеристики. Эти средние величины для определенного типа астероидов сравниваются с аналогичными величинами для земных горных пород и минералов, а также тех метеоритов, образцы которых имеются в земных коллекциях. Химический и минеральный составы образцов, которые называются «образцами-аналогами», вместе с их спектральными и другими физическими свойствами, как правило, уже хорошо изучены в земных лабораториях. На основе такого сравнения и подбора образцов-аналогов и определяется в первом приближении некоторый средний химический и минеральный состав вещества для астероидов данного типа. Оказалось, что в отличие от земных горных пород вещество астероидов в целом является значительно более простым или даже примитивным. Это говорит о том, что физические и химические процессы, в которые было вовлечено астероидное вещество в течение всей истории существования Солнечной системы, были не такими разнообразными и сложными, как на планетах земной группы. Если на Земле сейчас надежно установленными считаются около 4000 минеральных видов, то на астероидах их может быть всего лишь несколько сотен. Об этом можно судить по количеству минеральных видов (около 300), обнаруженному в упавших на земную поверхность метеоритах, которые могут быть обломками астероидов. Большое разнообразие минералов на Земле возникло не только потому, что образование нашей планеты (как и других планет земной группы) проходило в протопланетном облаке значительно ближе к Солнцу, а значит, и при более высоких температурах. Кроме того, что силикатное вещество, металлы и их соединения, находясь в жидком или пластичном состоянии при таких температурах, разделились или дифференцировали по удельному весу в гравитационном поле Земли, сложившиеся температурные условия оказались благоприятными для возникновения постоянной газовой или жидкой окислительной среды, основными компонентами которой были кислород и вода. Их длительное и постоянное взаимодействие с первичными минералами и породами земной коры и привело к тому богатству минералов, которое мы наблюдаем. Возвращаясь к астероидам, следует отметить, что по дистанционным данным они в основном состоят из более простых силикатных соединений. В первую очередь — это безводные силикаты, такие как пироксены (их обобщенная формула ABZ2O6, где позиции «A» и «B» занимают катионы разных металлов, а «Z» — Al или Si), оливины (A2+2SiO4, где A2+ = Fe, Mg, Mn, Ni) и иногда плагиоклазы (с общей формулой (Na,Ca)Al(Al,Si)Si2O8). Их называют породообразующими минералами, поскольку они составляют основу большинства горных пород. Силикатные соединения другого типа, широко представленные на астероидах, — это гидросиликаты или слоистые силикаты. К ним принадлежат серпентины (с общей формулой A3Si2O5? (OH), где A = Mg, Fe2+, Ni), хлориты (A4-6Z4O10(OH,O)8, где A и Z — это в основном катионы разных металлов) и ряд других минералов, которые содержат в своем составе гидроксил (ОН). Можно предполагать, что на астероидах встречаются не только простые окислы, соединения (например, сернистые) и сплавы железа и других металлов (в частности FeNi), углеродные (органические) соединения, но даже металлы и углерод в свободном состоянии. Об этом свидетельствуют результаты исследования метеоритного вещества, постоянно выпадающего на Землю.
Спектральные типы астероидов.
На сегодняшний день выделены следующие основные спектральные классы или типы малых планет, обозначаемые латинскими буквами: A, B, C, F, G, D, P, E, M, Q, R, S, V и T. Дадим их краткую характеристику.
Астероиды типа A имеют достаточно высокое альбедо и самый красный цвет, что определяется значительным ростом к длинным волнам их отражательной способности. Они могут состоять из высокотемпературных оливинов (имеющих температуру плавления в пределах 1100-1900° С) или смеси оливина с металлами, которые соответствуют спектральным характеристикам этих астероидов. Напротив, у малых планет типов B, C, F, и G — низкое альбедо (тела B-типа несколько светлее) и почти плоский (или бесцветный) в видимом диапазоне, но резко спадающий на коротких волнах спектр отражения. Поэтому считается, что эти астероиды в основном сложены из низкотемпературных гидратированны
www.ronl.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
Реферат
по курсу «Концепция современного естествознания»
на тему:
«Астероиды».
Выполнили:
Группа:
Руководитель: Мосин Ю. В.
Орёл, 2001 г.
Содержание.
Введение........................................................................................... 3
Астероиды вблизи Земли.............................................................. 4
Движение астероидов.................................................................... 5
Температура астероидов............................................................... 9
Состав астероидного вещества.................................................. 11
Формирование астероидов......................................................... 12
Заключение.................................................................................... 15
Литература..................................................................................... 16
О том, что в Солнечной системе между орбитами Марса и Юпитера движутся многочисленные мелкие тела, самые крупные из которых по сравнению с планетами всего лишь каменные глыбы, узнали менее 200 лет назад. Их открытие явилось закономерным шагом на пути познания окружающего нас мира. Путь этот не был легким и прямолинейным.
Кто в эпоху открытия первых астероидов мог предположить, что эти малые тела Солнечной системы, тела, о которых еще недавно нередко говорили с оттенком пренебрежения, станут объектом внимания специалистов самых различных областей: естествознания, космогонии, астрофизики, небесной механики, физики, химии, геологии, минералогии, газовой динамики и аэромеханики? Тогда до этого было еще очень далеко. Еще предстояло осознать, что стоит лишь наклониться, чтобы поднять с земли кусочек астероида - метеорит. Наука о метеоритах - метеоритика - зародилась в начала XIX века, когда были открыты и их родительские тела - астероиды. Но в дальнейшем она развивалась совершенно независимо. Метеориты изучались геологами, металлургами и минералогами, астероиды - астрономами, преимущественно небесными механиками.
Трудно привести другой пример столь абсурдной ситуации: две разные науки исследуют одни и те же объекты, а между ними практически не возникает никаких точек соприкосновения, не происходит обмена достижениями. Это отнюдь не способствует осмыслению получаемых результатов. Но сделать ничего нельзя, и так все и остается, пока новые методы исследований - экспериментальные и теоретические - не поднимут уровень исследований настолько, что создадут реальную основу для слияния обеих наук в одну.
Это произошло в начале 70-х годов XX в., и мы стали свидетелями нового качественного скачка в познании астероидов. Скачок этот произошел не без помощи космонавтики, хотя космические аппараты еще не опускались на астероиды и еще не получено даже космического снимка хотя бы одного из них. Это - дело будущего, по-видимому, уже недалекого. А пока перед нами встают новые вопросы и ждут своего решения.
Почти 3/4 века люди не подозревали, что не все астероиды движутся между орбитами Марса и Юпитера. Но вот ранним утром 14 июня 1873 г. Джеймс Уотсон на обсерватории Энн Арбор (США) открыл астероид «Аэрта». За этим объектом удалось следить всего три недели, а потом его потеряли. Однако результаты определения орбиты, хотя и неточной, убедительно свидетельствовали, что Аэрта движется внутри орбиты Марса.
Астероиды, которые бы приближались к орбите Земли, оставались неизвестны до конца XIX века. Теперь их число превышает 80.
Первый астероид вблизи Земли был открыт только 13 августа 1898 г. В этот день Густав Витт на обсерватории Урания в Берлине обнаружил слабый объект, быстро перемещающийся среди звезд. Большая скорость свидетельствовала о его необычайной близости к Земле, а слабый блеск близкого предмета - об исключительно малых размерах. Это был Эрос, первый астероид-малютка поперечником менее 25 км. В год его открытия он прошел на расстоянии 22 млн. км от Земли. Его орбита оказалась не похожа ни на одну до сих пор известную.
Далее были открыты астероиды Альберт, Алинда, Ганнимед, Ивар, Амур, которые проходили по астрономическим меркам очень близко от Земли.
Все открытые до сих пор астероиды обладают прямым движением: они движутся вокруг Солнца в ту же сторону, что и большие планеты. У подавляющего большинства астероидов орбиты не сильно отличаются друг от друга: они слабо эксцентричны и имеют малый или умеренный наклон. Поэтому почти все астероиды движутся, оставаясь в пределах тороидального кольца. Границы кольца несколько условны: пространственная плотность астероидов (число астероидов в единице объема) падает по мере удаления от центральной части. У немногих астероидов из-за значительного эксцентриситета и наклона орбиты петля, выходит за пределы этой области или даже целиком лежит вне неё. Поэтому астероиды встречаются и вдали за пределами кольца.
Объем пространства, занятого кольцом-тором, где движется 98% всех астероидов, огромен - около 1,61026 км3. Для сравнения укажем, что объем Земли составляет всего 1012 км3.
Если быть совсем строгими, то нужно сказать, что путь астероида в пространстве представляет собой не эллипсы, а незамкнутые квазиэллиптические витки, укладывающиеся рядом друг с другом. Лишь изредка - при сближении с планетой - витки заметно отклоняются один от другого. Планеты возмущают, конечно, движение не только астероидов, но и друг друга. Однако возмущения, испытываемые самими планетами, малы и не меняют структуры Солнечной системы. Они не могут привести к столкновению планет друг с другом. С астероидами дело обстоит иначе. Астероиды отклоняются со своего пути то в одну, то в другую сторону. Чем дальше, тем больше становятся эти отклонения: ведь планеты непрерывно "тянут" астероид, каждая к себе, но сильнее всех Юпитер. Наблюдения астероидов охватывают еще слишком малые промежутки времени, чтобы можно было выя-
вить существенные изменения орбит большинства астероидов, за исключением отдельных редких случаев. Поэтому наши представления об эволюции их орбит основаны на теоретических соображениях. Коротко они сводятся к следующему.
Орбита каждого астероида колеблется около своего среднего положения, затрачивая на каждое колебание несколько десятков или сотен лет. Синхронно меняются с небольшой амплитудой ее полуось, эксцентриситет и наклон. Перигелий и афелий то приближаются к Солнцу, то удаляются от него. Эти колебания включаются как составная часть в колебания большего периода - тысячи или десятки тысяч лет. Они имеют несколько другой характер. Большая полуось не испытывает дополнительных изменений. Зато амплитуды колебаний эксцентриситета и наклона могут быть намного больше. При таких масштабах времени можно уже не рассматривать мгновенных положений планет на орбитах: как в ускоренном фильме астероид и планета оказываются как бы размазанными по своим орбитам. Становится целесообразным рассматривать их как гравитирующие кольца. Наклон астероидного кольца к плоскости эклиптики, где находятся планетные кольца - источник возмущающих сил, - приводит к тому, что астероидное кольцо ведет себя подобно волчку. Только картина оказывается более сложной, потому что орбита астероида не является жесткой и ее форма меняется с течением времени.
Планетные возмущения приводят к непрерывному перемешиванию орбит астероидов, а стало быть, и к перемешиванию движущихся по ним объектов. Это делает возможным столкновения астероидов друг
с другом. За минувшие 4,5 млрд. лет, с тех пор как существуют астероиды, они испытали много столкновений друг с другом. Наклоны и эксцентриситеты орбит приводят к непараллельности их взаимных движений, и скорость, с которой астероиды проносятся один мимо другого, в среднем составляет около 5 км/с. Столкновения с такими скоростями ведут к разрушению тел.
Форма и вращение астероидов
Астероиды так малы, что сила тяжести на них ничтожна. Она не в состоянии придать им форму шара, какую придает планетам и их большим спутникам, сминая и утрамбовывая их вещество. Большую роль при этом играет явление текучести. Высокие горы на Земле у подошвы "расползаются", так как прочность пород оказывается недостаточной для того, чтобы выдержать нагрузки во многие тонны на 1 см3, и камень, не дробясь, не раскалываясь, течет, хотя и очень медленно.
На астероидах поперечником до 300-400 км из-за малого веса подобное явление текучести вовсе отсутствует, а на самых крупных
астероидах оно происходит чрезвычайно медленно, да и то лишь в их недрах. Поэтому "утрамбованы" силой тяжести могут быть лишь глубокие недра немногих крупных астероидов. Если вещество астероидов не проходило стадии плавления, то оно должно было остаться "плохо упакованным", примерно, каким возникло на стадии аккумуляции в протопланетном облаке. Только столкновения тел друг с другом могли привести к тому, что
вещество постепенно уминалось, становясь менее рыхлым. Впрочем, новые столкновения должны были дробить спрессованное вещество.
Малая сила тяжести позволяет разбитым астероидам существовать в виде агрегатов, состоящих из отдельных блоков, удерживающихся друг около друга силами тяготения, но не сливающихся друг с другом. По той же причине не сливаются с ними и опустившиеся на поверхность астероидов их спутники. Луна и Земля, соприкоснувшись друг с другом, слились бы, как сливаются (хотя и по другой причине) соприкоснувшиеся капли, и через некоторое время получилось бы одно, тоже шарообразное тело, по форме которого нельзя было бы догадаться, из чего оно получилось.
Впрочем, все планеты Солнечной системы на заключительном этапе формирования вбирали в себя довольно крупные тела, не сумевшие превратиться в самостоятельные планеты или спутники. Теперь их следов уже нет.
Лишь самые крупные астероиды могут сохранять свою шарообразную форму, приобретенную в период формирования, если им удастся избежать столкновения с немногочисленными телами сравнимых размеров. Столкновения с более мелкими телами не смогут существенно изменить ее. Мелкие же астероиды должны иметь и действительно имеют неправильную форму, сложившуюся в результате многих столкновений и не подвергавшуюся в дальнейшем выравниванию под действием силы тяжести. Кратеры, возникшие на поверхности даже самых крупных астероидов при столкновении с мелкими телами, "не заплывают" с течением времени. Они сохраняются до тех пор, пока не будут стерты при следующих ударах об астероид мелких тел или сразу уничтожены ударом крупного тела. Поэтому горы на астероидах могут быть гораздо выше, а впадины гораздо глубже, чем на Земле и других планетах: среднее отклонение от уровня сглаженной поверхности на крупных астроидах составляет 10 км и более, о чем свидетельствуют радиолокационные наблюдения астероидов.
Неправильная форма астероидов подтверждается и тем, что их блеск необычайно быстро падает с ростом фазового угла. У Луны и Меркурия аналогичное уменьшение блеска вполне объясняется только уменьшением видимой с Земли доли освещенной Солнцем поверхности: тени гор и впадин оказывают слабое влияние на общий блеск. Иначе обстоит дело с астероидами. Одним лишь изменением освещенной Солнцем доли поверхности астероида столь быстрое изменение их блеска, которое наблюдается, объяснить нельзя. Основная причина (особенно у астероидов малых размеров) такого характера изменения блеска заключается в их неправильной форме и крайней степени “изрытости”, из-за чего на освещенной Солнцем стороне одни участки поверхности экранируют другие от солнечных лучей.
Астероиды - насквозь холодные, безжизненные тела. В далеком прошлом их недра могли быть теплыми и даже горячими за счет радиоактивных или каких-то иных источников тепла. С тех пор они уже давно остыли. Впрочем, внутренний жар никогда не согревал поверхности: поток
тепла из недр был неощутимо мал. Поверхностные слои оставались холодными, и лишь столкновения время от времени вызывали кратковременный локальный разогрев.
Единственным постоянным источником тепла для астероидов остается Солнце, далекое и поэтому греющее очень плохо. Нагретый астероид излучает в космическое пространство тепловую энергию, причем тем интенсивнее, чем сильнее он нагрет. Потери покрываются поглощаемой частью солнечной энергии, падающей на астероид.
Если усреднить температуру по всей освещенной поверхности, получим, что у астероидов сферической формы средняя температура освещенной поверхности в 1,2 раза ниже, чем температура в подсолнечной точке.
Из-за вращения астероидов температура их поверхности быстро
меняется. Нагретые Солнцем участки поверхности быстро остывают из-за низкой теплоемкости и малой теплопроводности слагающего их вещества. В результате по поверхности астероида бежит тепловая волна. Она быстро затухает с глубиной, не проникая в глубину даже на несколько десятков сантиметров. Глубже температура вещества оказывается практически постоянной, такой же, как в недрах астероида - на несколько десятков градусов ниже средней температуры освещенной Солнцем поверхности. У тел, движущихся в кольце астероидов, ее грубо можно принять равной 100-150 К.
Как ни мала тепловая инерция поверхностных слоев астероида, все же, если быть совсем строгими, то следует сказать, что температура не успевает принимать равновесного значения с изменением условий освещения. Утренняя сторона, не успевая согреваться, всегда чуть-чуть холоднее, чем следовало бы, а вечерняя сторона оказывается чуть-чуть теплее, не успевая остывать. Относительно подсолнечной точки возникает легкая асимметрия в распределении температур.
Максимум теплового излучения астероидов лежит в области длин волн порядка 20 мкм. Поэтому их инфракрасные спектры должны выглядеть как непрерывное излучение с интенсивностью, монотонно убывающей в обе стороны от максимума. Это подтверждается наблюдениями, проведенными О. Хансеном в диапазоне 8-20 мкм. Однако, когда Хансен попытался на основании этих наблюдений определить
температуру астероидов, она оказалась выше расчетной (около 240К), и причина этого до сих пор не ясна.
Низкая температура тел, движущихся в кольце астероидов, означает, что диффузия в астероидном веществе "заморожена". Атомы не способны покидать свои места. Их взаимное расположение сохраняется неизменным на протяжении миллиардов лет. Изоляция способна вызвать к жизни диффузию только у тех астероидов, которые сильно приближаются к Солнцу, но лишь в поверхностных слоях и на короткое время.
Метеориты крайне разнообразны, как разнообразны и их родительские тела - астероиды. В то же время их минеральный состав очень скуден. Метеориты состоят, в основном, из железо-магниевых силикатов. Они присутствуют в виде мелких кристалликов или в виде стекла, обычно частично перекристаллизованного. Другой основной компонент - никелистое железо, которое представляет собой твердый раствор никеля в железе, и, как в любом растворе, содержание никеля в железе бывает различно - от 6-7% до 30-50%. Изредка встречается и безникелистое железо. Иногда в значительных количествах присутствуют сульфиды железа. Прочие же минералы находятся в малых количествах. Удалось выявить всего около 150 минералов, и, хотя даже теперь открывают все новые и новые, ясно, что число
минералов метеоритов очень мало по сравнению с обилием их в горных породах Земли, где их выявлено более 1000. Это свидетельствует о примитивном, неразвитом характере метеоритного вещества. Многие минералы присутствуют не во всех метеоритах, а лишь в некоторых из них.
Наиболее распространены среди метеоритов хондриты. Это каменные метеориты от светло-серой до очень темной окраски с удивительной структурой: они содержат округлые зерна - хондры, иногда хорошо видимые на поверхности разлома и легко выкрашивающиеся из метеорита. Размеры хондр различны - от микроскопических до сантиметровых. Они занимают значительный объем метеорита, иногда до половины его, и слабо сцементированы межхондровым веществом - матрицей. Состав матрицы обычно идентичен с составом хондр, а иногда и отличается от него. По поводу происхождения хондр существует много гипотез, но все они спорные.
В период формирования Солнца условия не были, конечно, одинаковыми на разных расстояниях от Солнца и менялись с течением времени. Вещество оставалось холодным только вдали от Солнца. Вблизи него было сильно прогрето и пыль подвергалась полному или частичному испарению. Лишь позднее, когда газ остыл, она сконденсировалась снова, но большая часть летучих веществ, содержащихся в межзвездных пылинках, оказалась потеряна и в новую пыль уже не вошла. Эволюция протопланетного диска привела к формированию в нем планетезималей, из которых потом выросли планеты. Состав планетезималей, формировавшихся на разных гелиоцентрических расстояниях, из-за разного состава пыли, пошедшей на их постройку, был различным.
Так уж случилось, что астероиды - это планетезимали, сформировавшиеся на границе горячей и холодной зоны протопланетного диска, сохранившиеся до наших дней.
Астероиды формировались в протопланетном облаке как рыхлые агрегаты. Малая сила тяжести не могла спрессовать сгустившиеся из пыли планетезимали. За счет радиоактивного тепла они разогревались. Этот разогрев, как показали расчеты Дж. Вуда, шел весьма эффективно: ведь рыхлые тела хорошо удерживают тепло. Разогрев начался еще на стадии роста астероидов. Их вещество в центральных частях грелось, спекалось,
и, может быть, даже плавилось, а на поверхности астероидов все еще продолжала высыпаться пыль, пополняя рыхлый, теплоизолирующий слой. Основным источником разогрева сейчас принято считать алюминий-26.
Столкновения астероидов между собой на первых порах тоже вели к уплотнению их вещества. Астероиды становились компактными телами. Но в дальнейшем возмущения от выросших планет привели к росту скоростей, с которыми происходили столкновения. В результате уже более или менее компактные тела были разбиты. Столкновения повторялись неоднократно, дробя, встряхивая, перемешивая, сваривая обломки, и снова дробя. Вот
почему современные астероиды представляют собой, скорее всего, плохо “упакованные” глыбы.
К земной орбите мелкие астероидные обломки, поступают, конечно, из кольца астероидов. Это происходит благодаря еще не вполне ясному в деталях механизму последовательной резонансной раскачки орбит под действием планетных возмущений. Но раскачка происходит лишь в некоторых зонах кольца. Астероиды из разных мест кольца поступают неодинаково эффективно, и обломки в окрестностях земной орбиты могут вовсе не быть представителями тех объектов, которые движутся за орбитой Марса.
А в земной атмосфере выживают только самые медленные и самые прочные из них, что приводит к дальнейшему отбору. Поэтому в наших коллекциях, несомненно, отсутствуют многие разновидности астероидного вещества, и, возможно, что представление об астероидном веществе, как о веществе плотном и компактном, не что иное, как устаревшее, навеянное метеоритами заблуждение.
Как бы ни были велики успехи изучения астероидов сегодня, будущее принадлежит, вероятно, исследованиям с помощью космических аппаратов. Они могут снять многочисленные трудности, стоящие перед исследователями, но, можно не сомневаться, поставят перед ними и новые проблемы.
В настоящее время много внимания в обществе уделяется проблеме возможного столкновения астероидов различного размера с Землёй, необходимости построения глобальной системы слежения и оповещения об опасных астероидах, методах противодействия столкновениям. Действительно, удар о Землю астероида достаточно большого размера и массы вполне может привести к исчезновению человеческой цивилизации и природы в нынешнем её состоянии. Но вероятность такого столкновения, к счастью, очень мала.
1. Дагаев М. М., Чаругин В. М. Астрофизика. - М.: Просвещение, 1988.
2. Кабардин О.Ф. Физика. – М.: Просвещение, 1988.
3. Рябов Ю. А. Движение небесных тел. – М.: Наука, 1988.
4. Симоненко А. Н. Астероиды или тернистые пути исследований. – М.: Наука, 1985.
www.referatmix.ru
works.tarefer.ru
О том, что в Солнечной системе между орбитами Марса и Юпитера движутся многочисленные мелкие тела, самые крупные из которых по сравнению с планетами всего лишь каменные глыбы, узнали менее 200 лет назад. Их открытие явилось закономерным шагом на пути познания окружающего нас мира. Путь этот не был легким и прямолинейным, и лишь из дали сегодняшнего дня история открытия астероидов и их исследований, уже подернутая дымкой забвения, представляется довольно простой. Ушли в прошлое ошибки, сомнения, неудачи, отчаяние. Мы бережно храним кирпичики знания, добытого предками и позволяющего нам продвигаться вперед, но склонны забывать, каких усилий требовало приобретение того знания, которое досталось нам, и часто снисходительно смотрим на прошлое. А между тем человечеству постоянно требуется максимальное напряжение сил и способностей для разрешения клубка трудностей и противоречий.
Кто в эпоху открытия первых астероидов мог предположить, что эти малые тела Солнечной системы, тела, о которых еще недавно нередко говорили с оттенком пренебрежения, станут объектом внимания специалистов самых различных областей естествознания космогонии, астрофизики, небесной механики, физики, химии, геологии, минералогии, газовой динамики и аэромеханики ? Тогда до этого было еще очень далеко. Еще предстояло осознать, что стоит лишь наклониться, чтобы поднять с земли кусочек астероида - метеорит. Наука о метеоритах - метеоритика - зародилась в начала XIX в., когда были открыты и их родительские тела астероиды. Но в дальнейшем она развивалась совершенно независимо. Метеориты изучались геологами, металлургами и минералогами, астероиды астрономами, преимущественно небесными механиками. Трудно привести другой пример столь абсурдной ситуации : две разные науки исследуют одни и те же объекты, а между ними практически не возникает никаких точек соприкосновения, не происходит обмена достижениями. Это отнюдь не способствует осмыслению получаемых результатов. Но сделать ничего нельзя, и так все и остается, пока новые методы исследований - экспериментальные и теоретические - не поднимут уровень исследований настолько, что создадут реальную основу для слияния обеих наук в одну.
Это произошло в начале 70-х годов XX в., и мы стали свидетелями нового качественного скачка в познании астероидов. Об этом скачке и пути к нему я постарался наиболее понятным языком написать в этой работе. Скачок этот произошел не без помощи космонавтики, хотя космические аппараты еще не опускались на астероиды и еще не получено даже космического снимка хотя бы одного из них. Это - дело будущего, по-видимому, уже недалекого. А пока перед нами встают новые вопросы и ждут своего решения.
Давайте перенесемся во времена Кеплера. В поисках закономерности в распределении размеров орбит, уверенный в ее существовании, Кеплер не добился успеха. Трагическая смерть настигла его в 1630 г. в возрасте 59 лет. Но Кеплер успел прийти к выводу, что совершенству Солнечной системы мешает непомерно большой пустой промежуток между орбитами Марса и Юпитера и решил, что там должна находиться планета...
Cо времен Кеплера астрономы и философы не раз возвращались к той же теме - к поискам закономерностей в размерах планетных орбит и недостающих планет. Ни у сторонников Кеплера, ни у его противников (в числе которых был Кант) не было веских аргументов. Споры затягивались.
Наконец в 1766 г. скромный, мало известный профессор физики Иоганн Даниель Тициус фон Виттенберг впервые сформулировал найденный им закон планетных расстояний и привел его в переведенной им на немецкий язык книге "Созерцание природы" знаменитого в то время французского естествоиспытателя и философа Шарля Бонне. Но Тициус просто вставил его в подходящее место в текст Бонне, даже не указав рядом своей фамилии! Лишь во втором немецком издании книги Бонне, спустя шесть лет, он дал свой закон как примечание переводчика,
"Обратите внимание на расстояния между соседними планетами, -писал он,- и вы увидите, что почти все они возрастают пропорционально радиусам самих орбит. Примите расстояние от Солнца до Сатурна за 100 единиц, тогда Меркурий окажется удаленным от Солнца на 4 таких единицы; Венера - на 4+3=7 таких же единиц; Земля - на 4+6=10; Марс - на 4+12=16. Но смотрите, между Марсом и Юпитером происходит отклонение от этой, такой точной прогрессии. После Марса должно идти расстояние 4+24=28 единиц, на котором сейчас мы не видим ни планеты, ни спутника... Давайте твердо верить,- продолжал Тициус,- что это расстояние, без сомнения, принадлежит пока еще не открытым спутникам Марса... После этого неизвестного нам расстояния получается орбита Юпитера на расстоянии 4+48=52 единицы, а дальше расстояние самого Сатурна 4+69=100 таких единиц. Какое удивительное соотношение !"
К тому, что случилось в его законом дальше, Тициус уже не имел отношения. Долгое время за пределами Германии о законе ничего не было известно. А в самой Германии произошло следующее.
В том же 1772 г., когда вышло второе издание книги Бонне в переводе Тициуса, 25-летний немецкий астроном Иоганн Боде, ставший впоследствии широко известным ученым, прочитав "Созерцание природы", был потрясен тем, насколько точно истинные размеры планетных орбит описываются законом Тициуса. Боде сразу же поместил формулировку закона в своей книге "Руководство по изучению звездного неба", но забыл сослаться на Тициуса ! Правда, в отличие от Тициуса, Боде предсказывал на расстоянии 2,8 а .е. от Солнца существование не спутников Марса, а "большой планеты", которая должна совершать полный оборот вокруг Солнца за 4,5 года.
В Палермо, на о. Сицилия итальянский астроном директор обсерватории Джузеппе Пиацци уже много лет вел наблюдения положений звезд для составления звездного каталога. Работа близилась к концу. В первый вечер XIX в., 1 января 1801 г., Пиацци обнаружил в созвездии Близнецов слабую звездочку, с блеском около 7m, которой почему-то не оказалось ни в его собственном каталоге, ни в каталоге Христиана Майера, имевшегося в распоряжении Пиацци. На следующий вечер оказалось, что звездочка имеет не те координаты, что накануне : она сместилась на 4' по прямому восхождению и на 3',5 по склонению. На третью ночь выяснилось, что ошибки нет и что звездочка медленно перемещается по небу. Шесть недель следил Пиацци за странной звездой,. Ни диска, которым должна была обладать планета, ни туманного вида, характерного для комет ! Почти две недели движение объекта было попятным (он смещался среди звезд к западу), 12 января словно застыл на месте, а затем сменил движение на прямое (к востоку). Такое поведение характерно для планет. За шесть недель объект сместился в общей сложности на 4o, но вид его остался неизменным. Объект казался Пиацци все более интересным. Но наблюдения прервала болезнь. Поправившись, Пиацци уже не смог найти его. Непрерывно перемещаясь, объект затерялся среди слабых звезд...
В это время 23-летний, еще никому не известный, Карл Фридрих Гаусс увлекся созданием методов обработки астрономических наблюдений. Он решил попытаться определить эллиптическую орбиту новой планеты по имеющимся данным. Для этого ему пришлось разработать новый метод, который прославил Гаусса и известен теперь в небесной механике как метод определения эллиптической орбиты по трем наблюдениям. Объединив результаты всех наблюдений с помощью созданного им же несколько раньше метода наименьших квадратов, Гаусс определил, что орбита объекта лежит между орбитами Марса и Юпитера и что большая полуось ее (2,8 а. е.) точно совпадает со значением, предсказанным законом Тициуса-Боде. Сомнений не осталось : это была искомая планета. Теперь по известной орбите Гаусс вычислил дальнейший путь объекта на небу (эмефриду).
Новой планете нужно было дать название. Пиацци предложил название Церера Фердинанда, посвящая планету своему королю. Но не обошлось без споров. Наполеон считал, что планету нужно назвать Юноной. Лаланд, бывший, к стати, учителем Пиацци, предложил назвать ее именем своего достойного ученика. Сохранилось название Церера.
Новая планета заняла, как будто, равноправное положение среди остальных, к радости астрономов, заполнив брешь между Марсом и Юпитером. И все же было ясно, что Церера обманула надежды астрономов. Тех, кто надеялся найти между Юпитером и Марсом большую планету, постигло разочарование. Церера, как и остальные планеты, была холодной и светила отраженным солнечным светом. Но как же слаб был этот свет ! Венера и Юпитер светили в сотни раз ярче. Она была слабее более далекого Урана, а ее диск не удавалось рассмотреть в лучшие телескопы того времени рефлекторы Вильяма Гершеля. Это означало одно : Церера очень невелика по размерам. Между Марсом и Юпитером двигалась планета-крошка.
В Берлине Генрих Вильгельм Ольберс, немецкий врач и астроном, член Парижской Академии наук, член Лондонского королевского общества и руководитель Берлинской обсерваторией, внимательно следил за движением Цереры. 28 марта 1802 г. он неожиданно неподалеку от нее обнаружил еще одну, но более слабую планетку (около 9m). Ольберс дал ей название Паллада, в честь Афины Паллады. Мало того, что Паллада двигалась тоже на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца, уже занятом Церерой, ее орбита к тому же сильно отклонялась от плоскости эклиптики (на 35o). Почему же было две планеты-крошки, вместо одной большой, на расстоянии, предсказанном законом Тициуса-Боде ?
"Где тот прекрасный закономерный порядок, которому подчинялись планеты в своих расстояниях ? -сокрушался Ольберт в письме к Боде.Мне кажется, еще рано философствовать по этому поводу; мы должны сначала наблюдать и определять орбиты, чтобы иметь верные основания для наших предположений. Тогда, быть может, мы решим или по крайней мере приблизительно выясним, всегда ли Церера и Паллада пробегали свои орбиты в мирном соседстве, относительно одна от другой, или обе они являются только обломками, только кусками прежней большой планеты, которую взорвала какая-нибудь катастрофа. "
Место поисков новых астероидов было локализованно. Тертья планета между Марсом и Юпитером (около 8m) была открыта в созвездии Кита. ЕЕ обнаружил К. Гардинг в Лилиентале 1 сентября 1804 г. Ее посвятили, наконец, Юноне, снова римской богине. Далее 29 марта 1807 гю Ольберс открыл четвертую планету (около 6m), названную Вестой в честь римской богини домашнего очага и огня. Веста - единственный астероид, который иногда можно видеть невооруженным глазом.
Несмотря на малые размеры, Церера, Паллада, Юнона и Веста стали включаться в общий список планет, хотя потребность как-то выделить их ощущалась с самого начала. Пиацци предложил именовать новые члены Солнечной системы планетоидами (т.е. планетоподобными), а Гершель астероидами (звездоподобными) §а отсутствие у них видимого диска. Их называли и телескопическими планетами, так как они не были видны невооруженным глазом. В настоящее время используют термин "астероид", но наряду с ним существует и другой - "малая планета".
После открытия большой четверки астероидов в течение последующих 40 лет поиски новых астероидов оставались безуспешными. Ольберс так и не узнал, что между Марсом и Юпитером движется огромное множество астероидов, заполняющих толстый тор, именуемый кольцом астероидов. Он умер за пять лет до того, как началась вереница их открытий. Не дожили до этого ни Пиацци, ни Гардинг.
В конце 1845 года Карл Людвиг Генке открыл пятый астероид (9m,5), получивший название Астрея. Еще через полтора года - 1 июня 1847 г. - неутомимый Генке открывает шестой астероид, названный Гебой. В том же году американец Дж. Э. Хемд открывает Ирис и Флору, а чуть позже их же обнаруживает англичанин Д. Хтнд. Затем открытия следуют непрерывной чередой.
Четырнадцать астероидов за 9 лет (с 1852 по 1861 г.) открыл немецкий художник Герман Майер Соломон Гольдшмидт.
В 1860 г. было известно уже 62 астероида, к 1870 - 109, к 1880- 211. А затем новых астероидов стало появляться все меньше. Иссякли "запасы" крупных и довольно ярких объектов. Теперь открывали астероиды 13-14m, и лишь изредка попадался пропущенный ранее объект. Таким, к примеру, оказалась Папагена (около 8m), открытая лишь в 1901 г.
В сентябре-окрябре 1960 г. на обсерватории Маунт Паломар в США было проведено систематическое фотографирование небольшой области неба, размером 8 Х 12o, расположенной вблизи точки весеннего равноденствия. За два месяца было сфотографировано около 2200 астероидов вплоть до 20m, причем для 1811 из них удалось определить орбиты, хотя и не очень точные. Полагают, что общее число астероидов, движущихся в кольце, от крупнейших (1 Церера, диаметром около 1000 км) вплоть до тел поперечником 1 км достигает 1 млн.
Число астероидов быстро растет по мере уменьшения их размеров. В интервале от 1 до 100 км суммарное число тел, диаметр которых превышает D, оказывается обратно пропорционально квадрату диаметра : N~D-2. Именно такое распределения по размерам ожидается у осколков раздробленных тел, и, по-видимому, дробление астероидов во взаимных столкновениях уже давно и полностью завуалировало то распределение, которое было у молодых, едва успевших сфорироваться в протопланетном облаке первичных, небльших по размерам тел, называемых планетезималями.
В 1876 г., когда было известно всего около 150 астероидов, Д. Ктрквуд пытался разобраться в "хаосе" астероидных орбит и нашел около 10 групп астероидов, каждая из которых состояла всего из 2-3 членов, двигавшихся по сходным орбитам. Среди них оказались, например, 3 Юнона и 97 Клота.
Казалось, что такие группы можно рассматривать, как связанные общностью происхождения и что члены групп - обломки более крупных тел. Попытки Кирквуда продолжил Ф. Тиссеран, составивший в 1891 г. свой список из 417 астероидов. Число групп росло по мере роста числа открытых астероидов.
По существу, это был вариант гипотезы Ольберса, только родство распространялось не на все астероиды, а на некоторые группы. Но дело оказалось совсем не таким простым, а родство в группах сомнительным. Это стало ясно, когда японский астроном К. Хираяма в 1918-1919 гг. обратил внимание на то, что сходство орбит астероидов вовсе не означает, что эти астероиды в прошлом были частями одного, более крупного тела. При большом числе астероидов не исключено объединение астероидов в группы из-за случайного сходства их орбит. Но главная ошибка заключалась в том, что в поисках "родственников" сравнивались современные орбиты астероидов. Между тем возмущения со стороны планет, накапливаясь с течением времени, могли постепенно до неузнаваемости и по-разному изменить орбиты тех астероидов, которые действительно являлись обломками одного и того же тела и действительно двигались в прошлом по сходным орбитам. С другой стороны, сходство современных орбит еще не означает, что и в далеком прошлом астероиды двигались по сходным орбитам. Поэтому, используя методику Кирквуда, если и можно обнаружить реальные группы "родственников", то лишь образровавшиеся совсем недавно, скажем, 1000 лет назад.
Хираяма поставил вопрос : можно ли выявить группы астероидов, связанных давним родством, т.е. семейства астероидов (как он их назвал), и как это сделать ?
Теория движения спутников планет с учетом возмущений, разработанная еще раньше Лангражем, указывала, что эксцентриситеты и наклоны орбит спутников остаются почти неизменными на больших промежутках времени, в то время как долготы перицентра и узла орбиты непрерывно меняются. Это привело Хираяму к идее "инвариантных" )неизменных) жлементов астероидных орбит, которые тоже не менялись бы (или менялись медленно) под действием планетных возмущений. Такие элементы можно было использовать для поисков семейства астероидов. Хираяма нашел такие инвариантные элементы и назвал их собственными элементами орбиты, т. е. унаследованными астероидами от их "родителей". Конечно, при дроблении астероидов их обломки, получив разные, о малые добавки к орбитальной скорости, движутся по разным орбитам со слегка различными собственными элементами. Однако эти различия не настолько велики, чтобы помешать узнать члены семейства.
Вообще говоря, собственные элементы представляют собой кеплеровы элементы орбит астероидов, исправленные за вековые возмущения. У типичных орбит собственные наклоны и эксцентриситеты почти не подвержены вековым изменениям, и можно считать, что они оставались неизменными на протяжении миллиарда лет. Что касается долготы перигелия и долготы узла, то они меняются значительно быстрее. Сосбтвенная долгота перигелия очень медленно (со скоростью от десятков секунды до десятков минут дуги в год), но непрерывно растет, а собственная долгота узла убывает с той же скоростью. для тел в кольце астероидов периоды обращения перигелия и восходящего узла орбит вокруг Солнца порядка нескольких тысяч лет. Они возрастают с уменьшением размеров орбит.
Таким образом, астероиды долго "помнят" лишь наклон орбиты и ее эксцентриситет, но быстро "забывают" свой узел и перигелий.
Хираяма решил воспользоваться собственным наклоном и эксцентриситетом орбит для поисков семейств. Сначала, чтобы упростить расчеты, он учитывал только возмущения от Юпитера, пренебрегая более слабым влиянием Сатурна и остальных планет. Ему удалось выявить три семейства (семейства Фемиды, Эос и Корониды, названные по одному из членов семейств), а затем еще четыре и, менее уверенно, еще шесть. Но скоро Хираяме стало ясно, что учитывать воздействие Сатурна и других планет все же необходимо. Сатурн, например, оказывал заметное воздействие на астероиды с малым средним суточным движением. Сделав это, Хираяма приешл к выводу о существовании пяти семкйств - Фемиды, Эос, Корониды, Марии и Флоры. К этим семействам он в 1923 г. отнес десятки известных астероидов. В дальнейшем они были пополнены астероидами, открытыми позднее.
Самым многочисленным оказалось семейство Флоры. Д. Бауэр, на основании уточненной им теории возмущений, разделил его на четыре отдельных семейства - I, II, III ии IV.
К 70-м годам стало ясно, что "семейственность" широко распространена среди астероидов : из 1697 нумерованных к этому времени астероидов 712 (или 42 %) были отнесены к 37 семействам. Они еще "помнят" орбиту родительского тела. Аналогичной оказалась ситуация у более мелких астероидов Паломар-Лейденского обозоения : из 980 новых астероидов 389 (40 %) вошли в то или иное семейство, уже известное или новое.
Семейство обнаруживает себя как область повышенной концентрации точек на распределениях собственных элементов орбит. Границы семейств проводятся не всегда уверенно, и отнесение астероида к тому или иному семейству иногда остается сомнительным. К тому же, когда разные исследователи учитывают возмущения от планет с разной степенью точности и отбирают члены семейства, пользуясь слегка разными критериями, они получают немного разные результаты. Однако эти различия не принципиальны и не позволяют сомневаться в самом существовании семейственности у астероидов. Японский исследователь И. Козаи к концу 70-х годов среди 2125 нумерованных астероидов около 3/4 отнес к 72 семействам. Американские исследователи Дж. Градье, К. Чепмен и Дж. Вильямс полагают, что число семейств превышает 100. Однако приходится быть внимательным, чтобы не принять за семейство случайную группу точек. Долгое время считали, что существует семейство Венгрии (a=1,8 a. e. ) и Фокен (a=2,4 a. e. ) на орбитах большого наклона (собственное наклонение 20-25O). Однако в действительности это лишь группы случайных астероидов, изолированные от остальной части кольца пустыми зонами вековых резонансов (рис. 26). Астероиды в них не связаны общностью происхождения точно так же, как члены групп Гильды, Аполлона, Амура или Атона. Они имеют лишь сходную динамическую эволюцию орбит.
Пока не ясно, существует ли семейство Паллады, или мы снова, как в случае с Венгрией и Фокеей, имеем дело с группой астероидов, изолированной вековыми резонансами.
Многие семейства насчитывают десятки и сотни известных членов. Предполагают, что истинное число членов семейств на один - два порядка больше.
В конце 60-х годов астрофизик Х.Альвен попытался выявить в кольце астероидов (точнее, в уже известных семействах) соколки недавнего происхождения. Для этого он выделил орбиты, сходные не по двум, а по четырем собственным элементам (не считая большой полуоси), в том числе по собственной долготе перигелия и собственной долготе узла. В семействе Флоры I Альвен нашел 13 таких астероидов (из 23), а в семействах Флоры II, III и IV он обнаружил еще две группы, состоящие из 20 и 28 астероидов. Аналогичные группы были выявлены и в других семействах. Альвен назвал их струйными потоками, или просто струями, или потоками.
Как бы тесно ни оказались расположенными узлы орбит в момент образования осколков при дроблении родительского тела семейства, из-за небольших различий в размерах орбит через несколько сотен тысяч лет осколки все равно распределятся более или менее равномерно по всем долготам. Поэтому струйные потоки можно рассматривать как молодые образования, свидетельствующие о недавних дроблениях, происшедших уже в эпоху существования на Земле человека. Правда, сам Альвен придерживается иного мнения: он считает, что струйные потоки представляют собой структурные образования тел, находящихся на пути к аккумуляции (объединению).
Попытки выделить струйные потоки предпринимали и другие исследователи. Пользуясь слегка различными критериями отбора, они получали довольно противоречивые резулльтаты: и сами потоки, и их члены оказывались разными. Это дает повод сомневаться как в возможности обнаружения, так и в самом существовании многих из них.
Советский астрофизик Б.Ю.Левин показал, что значительная часть семейств и струй содержит лишь один довольно крупный астероид, резко выделяющийся среди остальных более мелких членов семейства или струи. Из 54 рассмотренных им семейств и струй у 14 (26%) крупнейший член превосходит остальные по массе на порядок и более. В четырех случаях (7%) различия по массе оказываются просто колоссальным - в 1000 раз и более. Это означает, что глава семейства имеет поперечник более, чем в 10 раз превосходящий поперечники остальных астероидов. Главами подобных семейств являются Церера и Веста.
Возникновение подобного семейства или струйного потока может быть связано со столкновением астероидов, сильно различающихся по массе, когда больший астероид не разваливается нацело, а лишь теряет в виде осколков значительную часть массы, а также с косыми, почти касательными столкновениями астероидов со сравнимыми массами. в последнем случае возможно образование семейств с двумя крупными членами. Таким семейством является содержащее 19 Фортуну и 21 Лютецию.
Но большинство семейств образовалось, по-видимому, при катастрофических разрушениях астероидов, давших начало этим семействам, и не содержит подобных астероидов - великанов.
Обломки, образовавшиеся при лроблении астероида, из-за слегка разных у них гелиоцентрических скоростей обгоняют друг друга, оставаясь в окрестностях орбиты родительского тела. В течение нескольких лет или десятков лет они растягиваются вдоль всей орбиты, образуя рой. Забавно, что уцелевшие "родители" семейств не терпят своих "детей". Родительские астероиды вычерпывают их из роя, причем из-за малой относительной скорости (десятки или сотни метров в секунду) встреча астероида со своим обломком не приводит к дальнейшему дроблению: осколок просто зарывается в реголит своих родителей (под реголитом понимается поверхностный слой, перемолотый падениями многочисленных мелких астероидных осколков). Впрочем, такая участь постигант очень немногоих. Кроме того, путем гравитационного воздействия родители изгоняют свои обломки на периферию возникшего роя, снижая пространственную плотность тел в рое. Аналогичное действие оказывают на рой и планетные возмущения.
Однако с образованием семейств при дроблении астероидов дело обстоит совсем не так просто, как может показаться. Когда в 1982 году сотрудники Технологического института в Пасадене (США) Д.Дэвис, К.Чепмен, Р.Гринберг и С.Вайденшиллинг специально исследовали вопрос об образовании семейства Эос, то оказалось, что родительский астероид, размеры которого превышали, по-видимому, 180 км, прежде чем испытать катастрофическое столкновение с достаточно крупным объектом (в результате чего и должно было бы образоваться семейство), должен был столкнуться по крайней мере с десятком более мелких тел. Под действием их ударов родительский астероид должен был "развалиться" на блоки с характерными размерами порядка 10 км, которые удерживались друг около друга только силами тяготения. Между тем, сохранился объект поперечником в 98 км (это сам Эос). Можно предположить, что это сохранившийся 20-процентный остаток массы, состоящий из неразлетевшихся юлоков. Но тогда, как полагают исследователи, следующее по величине тело должно было бы иметь поперечник всего 5 км. Между тем второй по величине член семейчтва имеет поперечник 80 км. Лишь с помощью серии весьма искусственных предположений удается обойти эти трудности.
Почти 3/4 века не подозревали, что не все астероиды движуться между орбитами Марса и Юпитера. Но вот ранним утром 14 июня 1873 г. Джеймс Уотсон на обсерватории Энн Арбор (США) открыл астероид 132 Аэрту. За этим объектом удалось следить всего три недели, а потом его потеряли. Однако результаты определения орбиты, хотя и неточной, убедительно свидетельствовали, что перигелий Аэрты находится внутри орбиты Марса.
На астероиды, которые бы приближались к орбите Земли, оставались неизвестны до конца XIX в. Теперь их число превышает 80).
Первый астероид вблизи Земли был открыт только 13 августа 1898 г. В этот день Густав Витт на обсерватории Урания в Берлине обнаружил слабый объект, быстро перемещающийся среди звезд. Большая скорость свидетельствовала о его необычайной близости к Земле, а слабый блеск близкого предмета - об исключительно малых размерах. Это был 433 Эрос, первый астероид-малютка поперечником менее 25 км. В год его открытия он прошел на расстоянии 22 млн. км от Земли. Его орбита оказалась не похожа ни на одну до сих пор известную. Перигелием она почти касалась орбиты Земли (q=1,46 a. e.) и была так мала по размерам (a=1,46 a. e.), что афелий не достигал кольца астероидов (q'=1,78 a. e.) (рис. 1)
Через 13 лет, 3 октября 1911 г., Иоганн Пализа в Вене открыл 719 Альберт, который мог подходить к Земле почти так же близко, как Эрос (q=1,19 a. e.). Почти на такой же орбите Макс Вольф в Гейдельберге в 1918 г. открыл 887 Алинду, а Вальтер Бааде в Бергедорфе, в 1924 г., на орбите чуть больших размеров - 1036 ганнимед. В 1929 г. к этим астероидам добавился 1627 Ивар и перигелием более близким к Земле, чем у Эроса (q=1,12 a. e.), афелием, расположенным в середине кольца астероидов (q'=2,60 a. e.).
12 марта 1932 г. Эжен Дельпорт на обсерватории в Уккле (Бельгия) открыл уж совсем крошечный астероид на орбите с перигелийным расстоянием q=1,08 a. e. Это был 1221 Амур поперечником менее 1 км, прошедшем в год открытия на расстоянии 16,5 млн. км от Земли (рис. 2).
Через несколько лет после Эроса, в 1904 г., был открыт астреоид 588 Ахилл, движущийся по орбите больших размеров, далеко за пределами кольца астероидов, почти точно по орбите Юпитера. Затем было открыто еще около 20 астероидов до 14m, движущихся примерно по орбите Юпитера. Все они получили общее название троянцы, так как названы в честь героев Троянской войны - греков и торянцев. Астероиды-греки опережают Юпитер примерно на 60o, а астероиды-троянцы следуют на таком же угловом расстоянии позади него. Только Гектор и Патрокл находятся не в своих группахю Все они довольно крупные объекты - диаметром порядка 150 км - так долго оставались неоткрытыми из-за большой удаленности.
Немногочисленные объекты были открыты и между кольцом астероидов и орбитой Юпитера. Некоторые из них могут близко подходить к орбите Юпитера и даже выходить за ее пределы. Однако астероиды, орбиты которых целиком лежали бы за пределами орбиты Юпитера, не были известны до 1977 г., хотя на основании общих космогонических соображений неоднократно высказывались идеи о возможности существования крупных тел между орбитами Юпитера и Сатурна, являющихся, как и астероиды, сохранившимися остатками протопланетных тел.
В октябре 1977 г. Чарльз Ковал в США открыл небывало далекий объект : он двигался на расстоянии 16,7 а. е. от Солнца и получил предварительное обозначение 1977 UB. Из-за большого расстояния объект очень медленно перемещался на фоне звезд, и потребовалось бы очень долго следить за ним, чтобы определить его орбиту с большой точностью. Однако через несколько месяцев, после предварительного определения орбиты и расчетов прошлых эфемерид, изображение объекта удалось найти на старых снимках неба, сделанных в разных обсерваториях в 1976, 1969, 1962, 1941 гг. и даже в 1895 г. Объект получил название Хирон и номер 2060.
В настоящее время Хирон движется по орбите с большой полуосью a=13,70 a. e., затрачивая на одно обращение вокруг Солнца 50,7 года. Его орбита довольно эксцентрична (e=0,379), так что перигелий (рис. 3) находится слегка внутри орбиты Сатурна (q=8,51 a. e.), а афелий почти у самой орбиты Урана (q'=18,90 a. e.). Орбита Хирона наклонена к плоскости эклиптики всего на 6o,9. Размеры самого тела составляют 160-640 км.р
Все открытые до сих пор астероиды обладают прямым движением : они движуться вокруг Солнца в ту же сторону, что и большие планеты (i<90o). У подавляющего большинства астероидов орбиты не сильно отличаются друг от друга : они слабо эксцентричны и имеют малый или умеренный наклон. Поэтому-то почти все астероиды движуться, оставаясь в пределах тороидального кольца. Сечение этого кольца плоскостью zr, перпендикулярной плоскости эклиптики и проходящей через Солнце, показано на рис. 4. Границы кольца несколько условны : пространственная плотность астероидов (число астероидов в единице объема) падает по мере удаления от центральной части, что на рисунке отражено менее густой штриховкой периферических областей сечения. Если по мере движения астероида по орбите упомянутую плоскость zr вращать (вокруг оси, перпендикулярной плоскости эклиптики и проходящей через Солнце) вслед за астероидом (так, чтобы он все время оставался в этой плоскости), то астероид за один оборот опишет в этой плоскости некоторую петлю. Примеры таких петель показаны на рисунке. Большая часть подобных петель лежит в пределах заштрихованной области, как у Цереры и Весты, движущихся по малоэксцентричным и мало наклоненным орбитам. У немногих астероидов из-за значительного эксцентриситета и наклона орбиты петля, как у Паллады (i=35o), выходит за пределы этой области или даже целиком лежит вне ее, как у атонцев. Поэтому астероиды встречаются и вдали за пределами кольца.
Объем пространства, занятого кольцом-тором, где движется 98 % всех астероидов, огромен - около 1,6*1026 км3. Для сравнения укажем, что объем Земли составляет всего 1012 км3.
Большие полуоси орбит астероидов, принадлежащих кольцу, заключены в интервале от 2,2 од 3,2 а. е. Астероиды движуться по орбитам с линейной (гелиоцентрической) скоростью около 20 км/с, затрачивая на один оборот вокруг Солнца от 3 до 9 лет. Их среднесуточное движение заключено в пределах 400-1200'' (рис. 5).
Эксцентричность этих орбит невелики - от 0 до 0,2 и редко превышает 0,4. Но даже при очень малом эксцентриситете, всего в 0,1, гелиоцентрическое расстояние астероида во время движения по орбите меняется на несколько десятых долей астрономической единицы, а при e=0,4 на 1,5 - 3 а. е., в зависимости от размеров орбиты.
Наклон орбит к плоскости эклиптики составляют обычно от 5 до 10o. Но при наклоне в 10o астероид может отклониться от плоскости эклиптики примерно на 0,5 а. е., при наклоне 30o гходить от нее на 1,5 а.е.
По среднесуточному движению астероиды принято делить на пять групп (рис. 5). Многочисленные по составу группы I, II и III включают астероиды, движущиеся, соответственно, во внешней (наиболее удаленной от Солнца), центральной и внутренней зонах кольца. В центральной зоне преобладают астероиды сферической подсистемы, тогда как во внутренней зоне 3/4 астероидов являются членами плоской системы.
По мере перехода от внутренней зоны к внешней становиться все больше круговых орбит: в группе III эксцентриситет e<0,14 имеют всего 36% астероидов, в группе II таких 44%, а в группе III -60%. Вероятно, это объясняется тем, что Юпитер, движущийся за внешней окраиной кольца, "вычистил" свои окрестности : тела на больших эксцентричных орбитах могли, приближаясь к Юпитеру, испытывать сильные возмущения с его стороны и в результате выметались из кольца и даже из планетной системы. Сохранились лишь тела на менее эксцентричных орбитах, недостижимые для этого гиганта Солнечной системы.
Все астероиды кольца находятся, если так можно выразиться, в безопасной зоне. Но и они все время исаытывают возмущения со стороны планет. Самое сильное воздействие на них оказывает, конечно, Юпитер. Поэтому их орбиты непрерывно меняются. Если быть совсем строгими, то нужно сказать, что путь астероида в пространстве представляет собой не эллипсы, а незамкнутые квазиэллиптические витки, укладывающиеся радом друг с другом. Лишь изредка - при сближении с планетой - витки заметно отклоняются один от дргого. Планеты возмущают, конечно, движение не только астероидов, но и друг друга. Однако возмущения, испытываемые самими планетами, малы и не меняют структуры Солнечной системы. Они не могут привести к столкновению планет друг с другом. С астероидами дело обстоит иначе. Из-за больших эксцентриситетов и наклонов орбит астероидов под действием планетных возмущений меняются довольно сильно даже в том случае,если не происходит сближений с планетами. Астероиды отклоняются со своего пути то в одну, то в другую сторону. Чем дальше, тем больше становятся эти отклонения : ведь планеты непрерывно "тянут" астероид, каждая к себе, но сильнее всех Юпитер. Наблюдения астероидов охватывают еще слишком малые промежутки времени, чтобы можно было выявить существенные изменения орбит большинства астероидов, за исключением отдельных редких случаев. Поэтому наши представления об эволюции их орбит основаны на теоретических соображениях. Коротко они сводятя к следующему.
Орбита кажого астероида колеблется около своего среднего положения, затрачивая на каждое колебание несколько десятков или сотен лет. Синхронно меняются с небольшой амплитудой ее полуось, эксцентриситет и наклон. Перигелий и афелий то приближаются к Солнцу, то удаляются от него. Эти колебания включаются как составная часть в колебания большего периода - тысячи или десятки тысяч лет. Они имеют несколько другой характер. Большая полуось не испытывает дополнительных изменений. Зато амплитуды колебаний эксцентриситета и наклона могут быть намного больше. При таких масштабах времени можно уже не рассматривать мгновенных положений планет на орбитах : как в ускоренном фильме астероид и планета оказываются как бы размазанными по своим орбитам. Становится целесообразным рассматривать их как гравитирующие кольца. Наклон астероидного кольца к плоскости эклиптики, где находятся планетные кольца - источник возмущающих сил, - приводит к тому, что астероидное кольцо ведет себя подобно волчку или гироскопу. Только картина оказывается более сложной, потому что орбита астероида не является жесткой и ее форма меняется с течением времени.
Орбита астероида вращается так, что нормаль к ее плоскости, восстановленная в том фокусе, где находится Солнце, описывает конус. При этом линия узлов вращается в плоскости эклиптики с более или менее постоянной скоростью по часовой стрелке. В течение одного оборота наклонение, эксцентриситет, перигелийное и афелийное расстояния испытывают два колебания. Когда линия узлов совпадает с линией аспид (а это случается дважды за один оборот), наклон оказывается максимальным, а эксцентриситет минимальным. Форма орбиты становится ближе к круговой, малая полуось орбиты увеличивается, перигелий максимально отодвинут от Солнца, а афелий приближен к нему (поскольку q+q'=2a=const). Затем линия узлов смещается, наклон уменьшается, перигелий движется к Солнцу, афелий - прочь от него, эксцентриситет растет, а малая полуось орбиты сокращается. Экстремальные значения достигаются, когда линия узлов оказывается перпендикулярной линии аспид. Теперь перигелий расположен ближе всего к Солнцу, афелий дальше всего от него, и обе эти точки сильнее всего отклоняются от эклиптики.
Исследования эволюции орбит на длительных промежутках времени показывают, что описанные изменения включаются в изменения еще большего периода, происходящие с еще большими амплитудами колебаний элементов, причем в движение включается и линия аспид.
Итак, каждая орбита непрерывно пульсирует, да и к тому же еще и вращается. При малых e и i их колебания происходят с малыми амплитудами. Почти круговые орбиты, лежащие к тому же вблизи плоскости эклиптики, меняются едва заметно. У них все сводится к легкой деформации и слабому отклонению то одной, то другой части орбиты от плоскости эклиптики. Но чем больше эксцентриситет и наклон орбиты, тем сильнее проявляются возмущения на больших промежутках времени.
Таким образом, планетные возмущения приводят к непрерывному перемешиванию орбит астероидов, а стало быть, и к перемешиванию движущихся по ним объектов. Это дает возможным столкновения астероидов друг с другом. За минувшие 4,5 млрд. лет, с тех пор как существуют астероиды, они испытали много столкновений друг с другом. Наклоны и эксцентриситеты орбит приводят к непараллельности их взаимных движений, и скорость, с которой астероиды проносятся один мимо другого (хаотичная компонента скорости), в среднем составляет около 5 км/с. Столкновения с такими скоростями ведут к разрушению тел.
Астероиды так малы, что сила тяжести на них ничтожна. Она не в состоянии придать им форму шара, какую придает планетам и их большим спутникам, сминая и утрамбовывая их вещество. Большую роль при этом играет явление текучести. Высокие горы на Земле у подошвы "расползаются", так как прочность пород оказывается недостаточной для того, чтобы выдержать нагрузки во многие тонны на 1 см3,и камень, не дробясь, не раскалываясь, течет, хотя и очень медленно.
На астероидах поперечником до 300-400 км из-за малого веса там пород подобное явление текучести вовсе отсутствует, а на самых крупных астероидах оно происходит чрезвычайно медленно, да и то лишь в их недрах. Поэтому "утрамбованы" силой тяжести могут быть лишь глубокие недра немногих крупных астероидов.Если вещество астероидов не проходило стадии плавления, то оно должно было остаться "плохо упакованным", примерно, каким возникло на стадии аккумуляции в протопланетном облаке. Только столкновения тел друг с другом могли привести к тому, что вещество постепенно уминалось, становясь менее рыхлым. Впрочем, новые столкновения должны были дробить спрессованное вещество.
Малая сила тяжести позволяет разбитым астероидам существовать в виде агрегатов, состоящих из отдельных блоков, удерживающихся друг около друга силами тяготения, но не сливающихся друг с другом. По той же причине не сливаются с ними и опустившиеся на поверхность астероидов их спутники. Луна и Земля, соприкоснувшись друг с другом, слслись бы, как сливаются (хотя и по другой причине) соприкоснувшиеся капли, и через некоторое время получилось бы одно, тоже шарообразное тело, по форме которого нельзя было бы догадаться, из чего оно получилось. Впрочем, все планеты Солнечной системы на закючительном этапе формирования вбирали в себя довольно крупные тела, не сумевшие превратиться в самостоятельные планеты или спутники. Теперь их следов уже нет.
Лишь самые крупные астероиды могут сохранять свою шарообразную форму, приобретенную в период формирования, если им удастся избежать столкновения с немногочисленными телами сравнимых размеров. Столкновения с более мелкими телами не смогут существенно изменить ее. Мелкие же астероиды должны иметь и действительно имеют неправильную форму, сложившуюся в результате многих столкновений и не подвергавшуюся в дальнейшем выравниванию под действием силы тяжести. Кратеры, возникшие на поверхности даже самых крупных астероидов при столкновении с мелкими телами, "не заплывают" с течением времени. Они сохраняются др тех пор, пока не будут стерты при следющих ударах об астероид мелких тел, или сразу уничтожены ударом крупного тела. Поэтому горы на астероидах могут быть гораздо выше, а впадины гораздо глубже, чем на Земле и других планетах : среднее отклонение от уровня сглаженной поверхности на крупных астроидах составляет 10 км и более, о чем свидетельствуют радиолокационные наблюдения астероидов.
Неправильная форма астероидов подтверждается и тем, что их блеск необычайно быстро падает с ростом фазового угла (рис. 6). У Луны и Меркурия аналогичное уменьшение блеска вполне объясняется только уменьшением видимой с Земли доли освещенной Солнцем поверхности : тени гор и впадин оказывают слабое влияние на общий блеск. Иначе обстоит дело с астероидами. Одним лишь изменением освещенной Солнцем доли поверхности астероида столь быстрое изменение их блеска, которое наблюдается, объяснить нельзя. Основная причина (особенно у астероидов малых размеров) такого характера изменения блеска заключается в их неправильной форме и крайней степени изрытости, из-за чего на освещенной Солнцем стороне одни участки поверхности экранируют другие от солнечных лучей.
Астероиды - насквозь холодные, безжизненные тела. В далеком пршлом их недра могли быть теплыми и даже горячими за счет радиоактивных или каких-то иных источников тепла. С тех пор они уже давно остыли. Впрочем, внутренний жар никогда не согревал поверхности : поток тепла из недр был неощутимо мал. Поверхностные слои оставались холодными, и лишь столкновения время от времени вызывали кратковременный локальный разогрев.
Единственным постоянным источником тепла для астероидов остается Солнце, далекое и поэтому греющее очень плохо. Нагретый астероид излучает в космическое пространство тепловую энергию, причем тем интенсивнее, чем сильнее от нагрет. Потери покрываются поглощаемой частью солнечной энергии, падающей на астероид, которая убывает обратно пропорционально квадрату гелиоцентрического расстояния. Опираясь на эти рассуждения и используя закон Стефана-Больцмана, получили, что у С-астероидов на расстоянии 2,76 а. е. от Солнца (среднее расстояние Цереры) максимальная температура в подсолнечной точке достигает 170 К, а на расстоянии 5,2 а. е. (среднее расстояние троянцев) - 125 К. Светлые S-астероиды согреваются хуже, потому что из-за большого альбедо они поглощают примарно на 10% меньше солнечной энергии. Такие светлые астероиды, как Веста, поглощают примерно на 20% меньше солнечной энергии (рис. 7).
Если усреднить температуру по всей освещенной поверхности, получим, что у астероидов сферической формы средняя температура освещенной поверхности в 1,2 раза ниже, чем температура в подсолнечной точке.
Из-за вращения астероидов температура их поверхности быстро меняется. Нагретые Солнцем участки поверхности быстро остывают из-за низкой теплоемкости и малой теплопроводности слагающего их вещества. В разультате по поверхности астероида бежит тепловая волна. Она быстро затухает с глубиной, не проникая в глубину даже на несколько десятков сантиметров. Глубже температура вещества оказывается практически постоянной, такой же, как в недрах астероида - на несколько десятков градусов ниже средней температуры освещенной Солнцем поверхности. У тел, движущихся в кольце астероидов, ее грубо можно принять равной 100-150 К.
Как ни мала тепловая инерция поверхностных слоев астероида, все же, если быть совсем строгими, то следует сказать, что температура не успевает принимать равновесного значения с изменением условий освещения. Утренняя сторона, не успевая согреваться, всешда чуть-чуть холоднее, чем следовало бы, а вечерняя сторона оказывается чуть-чуть теплее, не успевая остывать. Относительно подсолнечной точки возникает легкая асимметрия в распределении температур.
Максимум теплового излучения астероидов лежит в области длин волн порядка 20 мкм. Поэтому их инфракрасные спектры должны выглядеть как непрерывное излучение с интенсивностью, монотонно убывающей в обе стороны от максимума. Это подтверждается наблюдениями 10 Гигии, 39 Летиции и 40 Гармонии, проведенными О. Хансеном в диапазоне 8-20 мкм. Однако, когда Хансен попытался на основании этих наблюдений определить температуру астероидов, она оказалась выше расчетной (около 240 К), и причина этого до сих пор не ясна.
Низкая температура тел, движущихся в кольце астероидов, означает, что диффузия в астероидном веществе "заморожена". Атомы не способны покидать свои места. Их взаимное расположение сохраняется неизменным на протяжении миллиардов лет. Только благодаря этому мы можем изучать особенности расположения, возникшие в пылинках еще до вхождения в астероид, исследовать тонкие каналы - треки, пробитые частицами космических лучей в астероидом веществе, находившемся когда-то на повехности этих тел, а потом замурованном в метеоритах, обнаруживать на поверхности отдельных частиц, извлеченных из метеоритов, крошечные кратерочки микронных размеров, созданных столкнувшимися с ними пылинками. Изоляция способна вызвать к жизни диффузию только у тех астероидов, которые движутся по орбитам с малыми перигелийными расстояниями (благодаря чему сильно приближаются к Солнцу), но лишь в поверхностных слоях и на короткое время. Следы такой диффузии несомненно несет в себе приповерхностное вещество астероида Икар. Ведь в перигелии поверхность Икара нагревается примерно до 1000 К.
Вещество тех метеоритов, которые приближались к Солнцу, например, метеоритов Вашугал, Старое Песьяное и других (о чем можно судить, исследуя орбиты метеоритов), тоже должно носить следы такой диффузии следы кратковременного, но неоднократно повторяющегося нагрева. Эти следы пока не идентифицированы, но, может быть, размороженная на время диффузии явилась причиной аномально коротких (как бы отожженных) треков от космических лучей, обнаруженных в метеорите Марьялахти советскими исследователями В. П. Перелыгиным и другими.
Метеориты крайне разнообразны, как разнообразны и их родительские тела - астероиды. В то же время поражает убогость их минералогического состава. Метеориты состоят, в основном, из железо-магнезиальных силикатов - оливинов и пироксенов разного состава, от почти чистого фаялита и ферросилита, не содержащих магния, до почти чистого форстерита и энстанита, не содержащих железа. Они присутствуют в виде мелких кристалликов или в виде стекла, обычно частично перекристаллизованного. Другой основной компонент - никелистое железо, которое представляет собой твердый раствор никеля в железе, и, как в любом растворе, содержание никеля в железе бывает различно - от 6-7% до 30-50%. Изредка встречается и безникелистое железо. Иногда в значительных колличествах присутствуют сульфиды железа. Прочие же минералы находятся в малых количествах. Удалось выявить всего около 150 минералов, и, хотя даже теперь открывают все новые и новые, ясно, что число минералов метеоритов очень мало по стравнению с обилием их в горных породах Земли, где их выявлено более 1000. Это свидетельствует о примитивном, неразвитом характере метеоритного вещества. Многие минералы присутствуют не во всех метеоритах, а лишь в некоторых из них.
Наиболее распространены среди метеоритов хондриты. Это каменные метеориты от светлосерой до очень темной окраски с удивительной структурой : они содержат округлые зерна - хондры, иногда хорошо видимые на поверхности разлома и легко выкрашивающиеся из метеорита. Размеры хондр различны - от микроскопических до сантиметровых. Они занимают значительный объем метеорита, иногда до половины его, и слабо сцементированы междхондровым веществомматрицей. Состав матрицы бывает идентичен с составом хондр, а иногда и отличается от него. В межхондровом веществе нередко находят разбитые хондры и их обломки. Такая структура присуща только метеоритам (причем многим из них !) и не встречается больше нигде. Сложенные, в основном, железо-магнезиальными силикатами, хондриты содержат и мелкодисперсное никелистое железо, сульфиды и другие минералы.По поводу происхождения хондр существует много гипотез, но все они спорные. Короче говоря, происхождение хондр до сих пор не известно. Различают HH, H, L и LL-хондритыс очень высоким, низким и очень низким содержанием свободного металлического железа. Соответственно, при переходе от одного класса к другому убывает и общее содержание железа (свободного и входящего в силикаты). Кроме того, выделяют группу E-хондритов, в которых почти все железл находится в свободном состоянии, так что силикатам достается почти один магний, а также группу углистых С-хондритов, в которых очень мало железа, но почти все оно находится в силикатах.
В период формирования Солнца условия в протопланетом диске не были, конечно, одинаковыми на разных расстояниях от Солнца и менялись с течением времени. Вещество оставалось холодным только вдали от Солнца. Вблизи него было сильно прогрето и пыль подвергалась полному или частичному испарению. Лишь позднее, когда газ остыл, она сконденсировалась снова, но большая часть летучих веществ, содержащихся в межзвездных пылинках, оказалась потеряна и в новую пыль уже не вошла. Эволюция протопланетного диска привела к формированию в нем планетезималей, из которых потом выросли планеты. Состав планетезималей, формировавшихся на разных гелиоцентрических расстояниях, из-за разного состава пыли, пошедшей на их постройку, был различным.
Так уж случилось, что астероиды - это планетезимали, сформировавшиеся на границе горячей и холодной зоны протопланетного диска, сохранившиеся до наших дней. Хотя кольцо астероидов имеет небольшую протяженность (всего около 1 а. е.), различие условий в нем было, по-видимому, достаточным, чтобы сформировать непохожие друг на друга S- и С-астероиды. Вполне логично думать, что S-астероиды сформировались в более теплой зоне, на меньших гелиоцентрических расстояниях, чем С-астероиды, а теперь медленно перемешиваются. Однако, поскольку вообще сохранились лишь те тела, которые сформировались на наиболее усчтойчивых орбитах, полного перемешивания их за истекшие 4,5 млрд. лет не произошло. Поэтому-то до сих пор С-астероиды тяготеют к внешней часи кольца, а S-астероиды - к внктренней. Но, сталкиваясь друг с другом, они загрязняют поверхность друг друга своим веществом, и, вероятно, поэтому цвет S- и C-астероидов медленно меняется с гелиоцентрическим расстоянием.
Астероиды формировались в протопланетном облаке как рыхлые агрегаты. Малая сила тяжести не могла спрессовать сгустившиеся из пыли планетезимали. За счет радиоактивного тепла они разогревались. Этот разогрев, как показали расчеты Дж. Вуда, шел весьма эффективно : ведь рыхлые тела хорошо удерживают тепло. Разогрев начался еще на стадии роста астероидов. Их вещество в центральных частях грелось, спекалось, и, может быть, даже плавилось, а на поверхности астероидов все еще продолжала высыпаться пыль, пополняя рыхлый, теплоизолирующий слой. Основным источником разогрева сейчас принято считать алюминий-26, тот самый алюминий-26, который за миллион лет до формирования астероидов был впрыснут вместе с веществом сверхновой звезды в протосолнечную туманность.
Столкновения астероидов между собой на первых порах тоже вели к уплотнению их вещества. Астероиды становились компактными телами. Но в дальнейшем возмущения от выросших ланет привели к росту скоростей, с которыми происходили столкновения. В результате уже более или менее компактные тела были разбиты. Столкновения повторялись неоднократно, дробя, встряхивая, перемешивая, сваривая обломки, и снова дробя. Вот почему современные астероиды представляют собой, скорее всего, плохо упакованные глыбы.
К земной орбите мелкие астероидные обломки, поступают, конечно, из кольца астероидов. Это происходит благодаря еще не вполне ясному в деталях механизму последовательной резонансной раскачки орбит под действием планетных возмущений. Но раскачка происходит лишь в некоторых зонах кольца. Астероиды из разных мест кольца поступают неодинаково эффективно, и обломки в окрестностях земной орбиты могут вовсе не быть представителями тех объектов, которые движутся за орбитой Марса. А в земной атмосфере выживают только самые медленные и самые прочные из них, что приводит к дальнейшему отбору. Поэтому в наших коллекциях, несомненно, отсутствуют многие разновидности астероидного вещества, и, возможно, что представление об астероидном веществе, как о веществе плотном и компактном, не что иное, как устаревшее, навеянное метеоритами заблуждение.
Как бы ни были велики успехи изучения астероидов сегодня, будщее принадлежит, вероятно, исследованиям с помощью космических аппаратов. Они могут снять многочисленные трудности, стоящие перед исследователями, но, можно не сомневаться, поставят перед ними и новые проблемы.
Список литературы
1 А. Н. Симоненко "Астероиды или тернистые пути исследований" Москва "Наука", 1985 г.
2 Ю. А. Рябов "Движение небесных тел" Москва "Наука", 1988 г.
3 М. М. Дагаев, В.М. Чаругин "Астрофизика" Москва "Просвещение", 1988 г.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat2000.bizforum.ru/
alive-inter.net
