- «Подібні зірок»
- мисливський сезон
- класи астероїдів
- головний пояс
- троянці
- навколоземні астероїди
- Незавершені планети
- Залізо-нікелевий лихоманка
На вересень 2017 року відомо 503 850 нумерованих малих планет з обчисленими орбітами і ще 245 833 ненумерованих.
У 1596 році Іоганн Кеплер помітив, що обчислені Коперником середні радіуси планетних орбіт від Меркурія до Сатурна відносяться як 0,38: 0,72: 1,00: 1,52: 5,2: 9,2. Пролом між Марсом і Юпітером здалася Кеплеру занадто широкою, і він припустив, що там знаходиться ще одна планета. Ця гіпотеза підтвердилася в новорічну ніч 1801 року, коли директор Палермською обсерваторії Джузеппе Піацца вгледів в сузір'ї Тельця тьмяну зірочку, зміщується по відношенню до сусідніх світилам. Він прийняв її за комету, але незабаром засумнівався в цьому. Німецький астроном Йоганн Боде, з яким Пиацци поділився своїми спостереженнями, вважав це тіло нової планетою, про що й оголосив в щомісячному журналі, що видавався директором Готської обсерваторії бароном Францем фон Захом. Боде і Зах і раніше були впевнені, що простір між Марсом і Юпітером приховує невідому планету; більш того, у вересні 1800 року Зах переконав кількох німецьких астрономів взяти участь в її колективному пошуку. Пізніше до цієї групи (яка називала себе «небесної поліцією») приєдналися і інші вчені, в тому числі і Пиацци.
Крім восьми планет, в сонячну свиту входять безліч тел меншої маси і розміру. Частина з них складається з пилу і замерзлого газу (це комети), інші складені з твердої речовини (малі планети, або планетоїди). Одні з них, за дуже рідкісним винятком, не йдуть від Сонця далі орбіти Юпітера, інші, навпаки, гуляють по периферії Сонячної системи. В силу традиції малі планети першої групи називають астероїдами.
Пиацци не встиг зібрати достатньо даних, щоб обчислити орбіту передбачуваної планети, яка до осені 1801 року покинула європейський небосхил. Проте замітка Боде спонукала великого математика Карла Фрідріха Гаусса почати роботу над методом обчислень, який вимагав менше спостережних даних, ніж загальноприйняті розрахунки. Він послав свої результати фон Заху, який з їх допомогою знову виявив втікачку 1 січня 1802 року, рівно через рік після Пиацци. В ту ж ніч її спостерігав інший учасник «небесної поліції» Генріх Ольберс. За бажанням Пиацци нове небесне тіло назвали ім'ям римської богині родючості Церери, яка вважалася покровителькою Сицилії.
Ольберс продовжував спостерігати за Церерой і 28 березня 1802 року помітив по сусідству іншу рухому точку. Вона отримала ім'я Паллади, грецької богині мудрості. Коли Гаусс обчислив елементи її орбіти, стало очевидним, що Ольберс фантастично пощастило. Паллада обертається навколо Сонця практично за такий же час, що і Церера (4,6 земного року), але її траєкторія нахилена до площини екліптики на 34 градуси. Якщо не знайдеться вона під час спостережень Ольберса поблизу Церери, її змогли б виявити лише через кілька десятиліть. Протягом п'яти років було відкрито ще два подібних небесних тіла. Але після цього «небесна поліція» розпалася. Ольберс тримався довше інших, але і він в 1816 році залишив полювання за астероїдами. Вона відновилася тільки в середині XIX століття, коли першовідкривачів вже не було в живих.
«Подібні зірок»
У листі до Вільяма Гершеля він припустив, що Церера і Паллада - осколки планети, яка загинула від вибуху або від зіткнення з кометою. Звідси випливало, що між Марсом і Юпітером знайдуться і інші сонячні супутники. Гершель запропонував назвати їх астероїдами, що в перекладі з давньогрецької означає «подібні зіркам» (він мав на увазі, що ці тіла сильно поступаються планет в яскравості і тому їх важко відрізнити від більшості зірок). Цей неологізм увійшов в мову астрономії.
Гіпотеза Ольберса передбачала існування нових астероїдів, тому Небесна Поліція продовжувала пошуки. Учасники цього колективного дослідницького проекту (до речі, першого в історії астрономії) виявили ще два астероїда, які теж отримали імена римських богинь. 1 вересня 1804 Карл Гардінг відкрив Юнону, а 29 березня 1807 року Ольберс відловив Весту. Право вибрати ім'я четвертого астероїда надали Гауса, обчислити його орбіту всього за кілька годин (в такий термін непросто вкластися навіть за допомогою сучасного калькулятора!).
мисливський сезон
У 1830 році математик і астроном Фрідріх Вільгельм Бессель звернувся до німецьких обсерваторіям із закликом приступити до картування небосхилу з метою пошуку астероїдів. Дещо в цьому напрямку було зроблено, але перша знахідка дісталася не професіоналу, а любителю, поштмейстера Карлу Хенке. 8 грудня 1845 року, після 15 років безплідних спостережень, він відкрив п'ятий астероїд, Астрею. У 1847 році той же Хенке вгледів астероїд № 6 - Гебу, а незабаром молодий англійський астроном Джон Рассел Хінд виявив астероїди Ірис і Флору. Після цього пошук малих планет швидко набрав обертів. Перший американський мисливець за цими тілами Християн Петерс з 1861 по 1889 рік відкрив 48 астероїдів, а німецький астроном Карл Лютер - 24. До 1890 року в астрономічні каталоги було внесено близько трьохсот мешканців простору між Марсом і Юпітером.
А потім настала нова ера. Приват-доцент Гейдельберзького університету Максиміліан Вольф першим в світі скористався фотозйомкою для пошуку малих планет. У грудні 1891 року він знайшов свій перший астероїд, а в наступному році - вже 13. У 1902 році Вольф очолив нову університетську обсерваторію і перетворив її на світовий центр «малої планетології». Його молодший колега Карл Рейнмут з 1912 по 1957 рік відкрив 389 астероїдів, і цей рекорд ніхто не зміг побити.
У період між двох світових воєн пошук астероїдів був надзвичайно інтенсивним, і за одні 1930-і роки приніс без малого чотири сотні відкриттів. Потім він загальмувався - надовго, років на тридцять. Його відродження сприяло оснащення телескопів напівпровідниковими фотометрами і іншими електронними приладами і поява потужних комп'ютерів, здатних швидко обчислювати астероїдні орбіти. Останнім часом для дослідження малих планет використовують наземні телескопи-роботи, орбітальні обсерваторії і далекі космічні зонди.
класи астероїдів
Відомості про будову астероїдів засновані на результатах спектрального аналізу відбитого ними сонячного світла, скоригованих по геохімічним даними про склад метеоритів (оскільки астероїди - їх основне джерело). За цим критерієм їх поділяють на три основні класи: С (тіла з високим вмістом вуглецю), S (силікати з домішкою металів) і M (здебільшого залізо-нікелеві астероїди). На частку класу С припадає три чверті астероїдів головного пояса, класу S - 17%. Однак є і більш детальні класифікації з куди більшим числом груп.
Всі без винятку астероїди обертаються, причому їхні осі орієнтовані в просторі цілком випадково. Зазвичай тривалість астероїдних діб становить від 6 до 13 годин, проте є й винятки. Так, крихітний (приблизно 30 метрів в поперечнику) астероїд тисяча дев'ятсот дев'яносто вісім KY26 здійснює повний оборот за 10 хвилин 42 секунди. Швидше за все, таку високу кутову швидкість він набрав в результаті множинних сутичок з найближчими родичами.
головний пояс
Орбіти майже всіх астероїдів лежать в межах кільця, внутрішній радіус якого дорівнює двом астрономічним одиницям, а зовнішній - трьом з половиною (строго кажучи, це не кільце, а бублик, оскільки шляхи безлічі астероїдів виходять за площину екліптики). Цю зону називають головним поясом астероїдів. У ньому міститься близько двохсот малих планет, середні діаметри яких більше 100 км. За приблизними оцінками, астероїдів розміром не менше кілометра там 1-2 млн. І при цьому загальна маса мешканців головного пояса приблизно в 25 разів менше маси Місяця!
Просторовий розподіл траєкторій астероїдів в головному поясі аж ніяк не рівномірно. По-перше, там є щілини, відкриті в 1860-х роках професором Університету Індіани Деніел Кірквуд. На підставі дослідження траєкторій 97 астероїдів Кірквуд з'ясував, що ці тіла уникають орбіт з періодами, порівнянними з періодом Юпітера (наприклад, якщо ці періоди відносяться як 1: 3). Кірквуд зрозумів і причину: такі тіла періодично зближуються з Юпітером на одному і тому ж ділянці своєї траєкторії і в результаті під дією його тяжіння збиваються з колишньої траєкторії (цей ефект, відзначений Лапласом на початку XIX століття на прикладі супутників Юпітера, називається орбітальним резонансом). У головному поясі є щілини Кірквуд (в російськомовній літературі їх також називають люками) і з іншими резонансами - 1: 2, 2: 5, 3: 5, 3: 7. По-друге, не менше третини тамтешніх астероїдів групуються за домами з близькими орбітальними елементами (такими як довжина великої півосі, ексцентриситет і нахил орбіти до площини екліптики). Перші з таких родин без малого сто років тому виділив професор Токійського університету Кіёцугу Хираяма. Хираяма вважав, що кожна родина складається з осколків більш великого астероїда, що розпався через зіткнення з тілом меншого розміру, і ця інтерпретація досі вважається найбільш правдоподібною.
Астероїди головного пояса напевно стикаються і зараз (правда, побачити це вживу поки не вдавалося), в минулому ж зіткнення були звичайною справою. Дуже багато (якщо практично не все) астероїди представляють собою осколки попередників. Це пояснює, чому в поясі не так вже й багато астероїдів, що володіють власними супутниками. Як розповів «ПМ» старший науковий співробітник Південно-західного дослідницького інституту в штаті Колорадо Кларк Чапмен, їх частка не перевищує 15% (проти 75% у планет). Швидше за все, астероїди втрачають свої місяця не тільки при прямих зіткненнях, але і внаслідок гравітаційних збурень, обумовлених появою сусідів. Хаотичне розподіл осей обертання астероїдів - теж результат зіткнень. Тільки Церера, Паллада і Веста мають пряму обертанням, успадкованим від первинного допланетного рою, з якого утворилися і астероїди, і планети. Таке обертання вони утримали завдяки значній масі, що забезпечує їм великий кутовий момент.
троянці
Майже всі астероїди, відкриті в XIX столітті, рухаються в межах головного пояса. Виняток становлять тільки Ефра і Ерос, які перетинають орбіту Марса. Інших прикладів втечі з внутріпоясного полону в той час не знали.
XX століття і тут приніс зміни. 23 лютого 1906 року Вольф сфотографував дуже тьмяний астероїд, який рухався майже по круговій орбіті такого ж радіуса, як і орбіта Юпітера, випереджаючи планету на 55,5 градуса. Він був названий Ахіллесом і отримав номер 588. Незабаром шведський астроном Карл Шарлье зрозумів, що Ахіллес в своєму русі прив'язаний до однієї з двох точок стійкої лібрації, передбачених в 1772 році Жозефом Луї Лагранжа. Ахіллес періодично повертається в околиця точки лібрації L4, яка рухається на 60 градусів попереду Юпітера. Через деякий час там же був виявлений астероїд Патрокл, а поблизу рухається на 60 градусів позаду планети точки L5 - Гектор. Незабаром після цього з'явилася традиція називати ці астероїди в честь героїв Троянської війни - поблизу точки лібрації L4 іменами ахейців (Ахіллес, Нестор, Агамемнон, Одіссей, Аякс, Діомед, Антілох, Минулий), а поблизу точки лібрації L5 - іменами захисників Трої (Пріам, Еней, антифа). Однак традиція ця з'явилася не відразу, так що Гектор і Патрокл в результаті так і залишилися у «ворожих таборах».
До теперішнього часу поблизу Юпітера виявлено близько 5000 троянців. Кутова дистанція між ними і Юпітером змінюється в широких межах - від 45 до 100 градусів. Ще чотири троянця мешкають поблизу Марса і вісім - у зоні орбіти Нептуна. У липні 2011 року канадські астрономи назвали першого кандидата на звання троянського партнера нашої планети. Цей трьохсотметровий астероїд 2010 TK7 був виловлений інфрачервоним телескопом WISE, який з січня по жовтень 2010 року працював на навколоземній орбіті.
навколоземні астероїди
Ще одна смуга відкриттів розпочалася навесні 1932 року. 12 березня бельгійський астроном Ежен Дельпорт виявив астероїд Амур, який в перигелії підходить до Сонця на 1,08 а.о. і тому майже стосується зовнішньої сторони земної орбіти. А всього через шість тижнів Карл Рейнмут натрапив на астероїд Аполлон, орбіта якого перетинає і земну, і венерианскую і в перигелії відстоїть від Сонця всього на 0,65 а.о.
Амур і Аполлон стали родоначальниками двох сімейств малих планет, які відвідують внутрішні області Сонячної системи. У них є загальне ім'я - навколоземні астероїди (Near-Earth Asteroids, NEAs). Перигелій астероїдів типу Амура (Amor-type) лежить в діапазоні від 1,3 а.о. до максимального радіуса земної орбіти, рівного 1,017 а.о. До астероїдів-Аполлон (Apollo-type asteroids) відносять тіла з перигелієм менш 1,017 а.о. і велика піввісь, що перевищує 1 а.о. Є ще сімейство навколоземних астероїдів, у яких довжина великої півосі менше однієї астрономічної одиниці. Приблизно 50% таких астероїдів, перший з яких відкрили в 1976 році і назвали на честь єгипетського бога Атона, все ж віддаляються від Сонця сильніше Землі, оскільки рухаються по еліпсам з великим ексцентриситетом. Серед Атонов виділяють підродина астероїдів, чий апогей менше мінімального радіусу земної орбіти, 0,983 а.о. Ці тіла, природно, завжди ближче до Сонця, ніж наша планета.
Орбіти навколоземних астероїдів дуже різноманітні. Одні з них періодично повертаються в головний пояс і навіть часом йдуть набагато далі, інші незмінно тримаються ближче до Сонця. Такий, наприклад, астероїд 1 685 Торо з апогеєм 1,96 а.о. і перигелієм 0,77 а.о. Він перетинає орбіти Землі і Марса, і йому не вистачає всього 0,05 а. е, щоб дістатися до орбіти Венери. На п'ять обертів навколо Сонця у нього йде 8 земних і 13 венеріанських років, тому Торо перебуває в орбітальному резонансі з обома планетами. Є навіть астероїди, осмілюється підійти до Сонця ближче Меркурія. Такий астероїд тисячі п'ятсот шістьдесят-шість Ікар з сімейства аполлонів, відкритий в 1949 році американським астрономом Вальтером Бааде.
Незавершені планети
Астероїди - це, в певному сенсі, недороблені планети. І ті й інші колись утворилися з зіткнулися і злилися планетезималей, твердих тіл розміром від метра до кілометра, оберталися навколо новонародженого Сонця. Ці тіла, в свою чергу, виникли за рахунок злипання частинок первинного газопилової хмари, з якого формувалася Сонячна система. У зоні за орбітою Марса планетезимали не змогли об'єднатися у велику планету. Швидше за все, це сталося через гравітаційних збурень з боку Юпітера, хоча могли працювати і інші механізми. Зокрема, не виключено, що Юпітер не раз викидав у напрямку до Сонця великі тіла, які також дестабілізували астероїдний пояс.
Перші астероїди, що виникли безпосередньо з планезімалей, рухалися в площині екліптики по майже кругових орбітах і мали невеликі відносні швидкості. Саме тому вони не розколювалися при зіткненнях, а злипалися і росли. Однак тяжіння Юпітера поступово змушувало астероїди переходити на похилі орбіти з великим ексцентриситетом, через що їх відносна швидкість зросла до 5 км / с (така вона і зараз). При зіткненні на такій швидкості астероїди дробилися на фрагменти, у яких не було шансів покласти початок справжньої планеті.
Ці процеси радикально змінили астероїдний пояс. Його початкова маса точно не відома, проте, згідно з модельним розрахунками, вона могла в 2200 разів перевищувати нинішню і приблизно дорівнювати масі Землі. Ті ж розрахунки демонструють, що там були сотні тіл, по масі і величині не поступаються Церере. Ці тіла загинули при зіткненнях, а їх осколки пішли на нестабільні орбіти і покинули пояс. Врешті-решт він настільки порідшав, що зіткнення відбувалися рідко, а ті, що вижили астероїди залишилися на досить стійких траєкторіях. Так що нинішній головний пояс - бліда тінь колишньої пишноти.
Кларк Чапмен відзначив, що, на думку ряду планетологов, колись між Землею і Венерою міг існувати ще один пояс. Однак цим астероїдів вижити було багато важче. Можна припустити, що практично всі вони розкололися після зіткнень, а їх осколки були відкинуті геть від Сонця.
Залізо-нікелевий лихоманка
Письменники-фантасти давно пророкують, так би мовити, народно-господарське освоєння астероїдів - згадаймо хоча б азімовскій розповідь «Шлях марсіан». Це і зрозуміло. У поясі астероїдів приховані велетенські запаси найчистішого водяного льоду і безліч мінералів. Один кубічний кілометр речовини типового астероїда М-класу містить 7 млрд тонн заліза, мільярд тонн нікелю і мільйони тонн кобальту. Сумарна вартість цих металів за сьогоднішніми цінами зашкалює за $ 5 трлн. Залишається сподіватися, що якщо людство добереться до цих ресурсів, то розпорядиться ними з розумом і реальною користю.
Стаття «Брати менші планет» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №10, Грудень 2011 ).
