Главный пояс астероидов

Астероиды фото

Сравнительные размеры астероидов.

Множество объектов на орбите между Марсом и Юпитером называют главным поясом астероидов. Это обломки «строительных блоков», формировавших нашу Солнечную систему на заре ее зарождения, 4,5 млрд. лет назад.

История изучения астероидов

Изучение астероидов началось с того, что в 1766 году немецкий физик и математик Иоганн Тициус предложил математическую формулу, которая описывает расстояния орбит планет от Солнца. В 1772 Иоганн Боде опубликовал работу И.Тициуса, с тех пор она стала называться «правило Тициуса-Боде». Данное правило подходило для всех известных на тот момент планет от Меркурия до Сатурна. Но на орбите в 2,8 астрономические единицы (далее а.е.) между Марсом и Юпитером планета отсутствовала.

Среднее расстояние от Земли до Солнца – 149,6 млн. км, что равняется одной астрономической единице.

Планета Расстояние от Солнца в а.е. согласно правилу Тициуса-Боде Расстояние от Солнца в а.е. по факту
Меркурий 0,4 0,39
Венера 0,7 0,72
Земля 1,0 1,0
Марс 1,6 1,52
Церера, карликовая планета в поясе астероидов. 2,8 2,77
Юпитер 5,2 5,2
Сатурн 10,0 9,54
Уран 19,6 19,2
Нептун 38,8 30,06

Табл. 1. После открытия в 1846 году Нептуна, доверие к правилу спадет :)

Благодаря факту отсутствия планеты между Марсом и Юпитером, немецкий астроном Франц Ксавер заинтересовался данной областью Солнечной системы. В 1787 году он начал свои поиски планеты в данном участке. Проведя в безуспешных поисках несколько лет, он заручился поддержкой еще 24 астрономов, основав своеобразный клуб по поиску планеты. Искомой планете даже дали название – Фаэтон, а клуб назывался «Небесная полиция». В данный клуб входили такие известные ученые того времени как: Уильям Гершель, Шарль Мессье и Генрих Ольберс (позднее первооткрыватель астероидов (2) Паллада и (4) Веста). Астрономы разделили между собой зону поиска в области эклиптики на 24 части, по одной на каждого. Суть поиска заключалась в том, чтобы записывать координаты звезд в определенное время. На следующий день положение звезд должно было остаться неизменным, а в случае смещения одного из объектов этот объект был бы планетой.

Веста астероид

Веста — второй по величине после Паллады астероид. Диаметр 530 км. Фото НАСА.

Но по воле случая первооткрывателем планеты стал итальянский астроном Джузеппе Пиацци, который не был членом  клуба. 1 января 1801 года он обнаружил точку света, которая движется относительно других звезд, что говорило о том, что данный объект движется по орбите вокруг Солнца. Объект был назван Церерой в честь древнеримской богини урожая. Немногим более года, 28 марта 1802 года, Генрих Ольберс обнаружил еще один объект в той же области Солнечной системы и назвал его Палладой. И хотя оба объекта двигались по орбитам вокруг Солнца,  разглядеть диск планеты не представлялось возможным даже в самый мощный телескоп того времени. Объекты ничем не отличались от окружавших их звезд. Именно поэтому Уильям Гершель предложил называть подобные объекты астероидами, что с греческого означает звездоподобный.

размеры астероидов

Сравнительные размеры астероидов и их удаленность от Солнца. Номер перед названием соответствует порядку открытия астероидов. Под этим же номером астероиды вносят в каталог.

Позднее, в 1804 на том же расстоянии от Солнца Карл Хардинг обнаружил (3) Юнону, а 1807 была открыта (4) Веста, самый яркий объект пояса  астероидов. Затем, начавшаяся эпоха наполеоновских войн немного притормозила открытие новых объектов. Спустя 38 лет после открытия Весты, немецкий астроном-любитель Карл Хенке открыл (5) Астрею, а менее чем через 2 года еще и (6) Гебу, что послужило новому всплеску интереса к астероидам. К 1868 году астрономы смогли идентифицировать уже первую сотню малых тел. В 1891 Макс Вольф стал применять метод астрофотографии для поиска новых тел. Сам только Вольф открыл 248 астероидов. Данный метод заключался в фотографировании с длинной выдержкой участка неба. На фото звезды остаются обездвиженными точками, тогда как объекты, которые движутся по орбите вокруг Солнца, оставляют линию. Использование метода астрофотографирования заметно ускорило процесс открытия новых астероидов.

В 1921 году была каталогизирована первая тысяча малых тел. На сегодняшний день в каталоге уже более 300 000 астероидов, около 11 000 из них имеют собственное название. Процесс поиска новых астероидов полностью автоматизирован и не представляет для ученых большого научного интереса.

Главный пояс астероидов

Все пронумерованные астероиды (желтый) и кометы (белые галочки) на октябрь 2014.

главный пояс астероидов и кометы

Все пронумерованные астероиды (желтый) и кометы (белые галочки) на октябрь 2014. Вид сбоку.

Некоторые ученые считают астероиды космическим мусором, оставшимся от формирования Солнечной системы. Однако другие утверждают, что существуют астероиды, которые за время своего существования не подвергались внешнему воздействию и могли остаться совсем неизменными. То есть в недрах таких астероидов может находиться вещество того газопылевого облака из которого собственно и сформировалась Солнечная система. Такие астероиды могут многое рассказать об истории нашей Солнечной системы и о том, как она зарождалась.

Формирование пояса астероидов

На заре формирования нашей Солнечной системы она представляла газопылевой диск с формирующимися молодыми планетами.

звезда с протопланетным диском

Новообразовавшаяся звезда с протопланетным диском из которого будут формироваться планеты

Согласно компьютерному моделированию, на орбите между Марсом и Юпитером так же могла формироваться планета с общей массой подобной массе Земли. Но на определенном этапе формирования молодой Юпитер начал смещаться внутрь Солнечной системы, вызвав возмущения на орбите, где сейчас находиться пояс астероидов.

Для формирования планеты при определенной скорости обломки должны врезаясь слипаться. Но смещение Юпитера внутрь Солнечной системы внесло хаос в движение формирующихся обломков, увеличив скорость их движения. Как результат, при столкновении объекты не слипались в более крупные, а дробились на более мелкие. Или вовсе вылетали из данной области, устремляясь либо в центр Солнечной системы, либо за ее пределы. Так, компьютерная модель показывает, что на данный момент в поясе астероидов осталось лишь 0,1% массы обломков от первоначальной массы.  Нынешние подсчеты показывают, что общая масса всех астероидов в главном поясе составляет всего 4% массы Луны.

Столкновение астероидов

Столкновение астероидов в представлении художника Дона Дэвиса.

Виды астероидов

По своему химическому составу астероиды делятся на 3 основные вида:

  1. Углеродные астероиды класса С. На данный класс приходиться 75% всех астероидов. Химический состав этого класса астероидов состоит в основном из простейших углеродных соединений. Астероиды класса С находятся во внешней части пояса астероидов, то есть более удаленные от Солнца, их орбиты ближе к орбите Юпитера. Также данные астероиды трудно различимы ввиду низкого альбедо (они отражают мало солнечного света), из-за этого считается, что еще не открыто довольно много крупных астероидов данного типа. Самым крупным известным астероидом класса С является (10) Гигея.
  2. Астероиды класса S, вторые по численности. Дынный класс характеризуется наличием силикатных соединений в химическом составе астероидов. Они составляют 15% от общего числа всех астероидов главного пояса и расположены ближе всех остальных к Солнцу. Астероиды класса S располагаются на орбитах, отдаленных от солнца до 2,5 астрономических единиц. Самый крупный представитель класса – (3) Юнона.
  3. Астероиды класса М, самые немногочисленные. На долю металлических астероидов приходиться 10% от общего числа астероидов. В химическом составе данного класса преобладает наличие металлических соединений, железа и никеля. Астероиды класса М являются средними по удаленности от Солнца со средним расстоянием от Солнца 2,7 а.е. Считается, что они – обломки ядер молодых зародышей планет, которые не дожили до наших дней, а были разрушены столкновениями с другими объектами. Самый крупный представитель класса М – (16) Психея.

Семейства Астероидов

Астероиды также делятся на семейства. Группы астероидов,  которые имеют практически одинаковые характеристики орбит, называют семействами астероидов. Такие семейства могут насчитывать сотни астероидов. Формируются они при столкновениях. Крупные объекты, врезаясь, распадаются на множество мелких. Жизненный цикл семейства составляет порядка 1 млрд лет. Со временем астероидные семейства теряют своих членов из-за гравитационного влияния других астероидов и планет.

Кометы главного пояса

Комета C/2012 K1

Комета C/2012 K1.Не относится к главному поясу астероидов. Прилетела во внутреннюю Солнечную систему из облака Оорта, окраины Солнечной системы. На фото так же галактика NGC3319, находится на расстоянии 47 млн. световых лет от Земли. Для сравнения комета находилась на расстоянии 14 световых минут.

В главном поясе астероидов так же присутствует небольшое количество комет. В отличие от обычных комет, кометы главного пояса проявляют свою активность только на тех участках орбиты, которые максимально приближены к Солнцу. То есть, приближаясь к Солнцу, у них появляется газовый или пылевой хвост. Кометы главного пояса можно выявить только когда они приближаются к Солнцу, в остальное время они ничем не отличаются от окружающих астероидов. Кометная активность может длиться всего несколько месяцев или меньше, при том, что один оборот вокруг Солнца занимает 5-6 лет.

Считается, что на ранних этапах формирования Солнечной системы все легкие вещества, такие как вода, газ и другие легкие вещества под действием Солнечного ветра были вытеснены во внешнюю часть Солнечной системы. В результате, во внутренней части Солнечной системы остались только тяжелые элементы, из которых впоследствии и сформировались каменистые планеты внутренней Солнечной системы. Потому не совсем ясно как в главном поясе могли сформироваться кометы. Предполагается, что кометы главного пояса могут быть обычными ледяными астероидами, сформировавшимися еще в молодой Солнечной системе. А дожили они до наших дней благодаря тому, что лед в них сохранялся глубоко под поверхностью астероида, защищенный от нагревания и выветривания Солнцем.

Астероид Ида со спутником Дактиль

Астероид Ида, снятый космическим аппаратом НАСА Галлилео пролетевшим мимо него по пути к Юпитеру в 1993 году. Ида первый обнаруженый астероид имеющий собственный спутник. Средний диаметр Иды — 32 км, его спутника Дактиля — 1,4 км.

Практическое применение астероидов

Ускоряющиеся темпы добычи полезных ископаемых на Земле постепенно приведут к тому, что человечеству придется искать альтернативные источники ресурсов. Околоземные астероиды, а позднее и главный пояс – отличная альтернатива. Астероиды являются практически нескончаемым источником таких ресурсов как железо, никель, титан, платина, кобальт, вода в виде льда и других полезных ресурсов. Один астероид диаметром в 1 км может содержать до 2 млрд. тонн железо-никелевой руды, что превышает годовой показатель добычи этой руды на Земле. Самый крупный известный астероид класса М – (16) Психея, содержит в 100 000 раз больше железной руды, чем можно найти в Земной коре! Такого количества хватило бы всему земному населению на несколько миллионов лет. Астероиды также являются и самыми легкодоступными источниками ресурсов ввиду своей малой массы. Приземление и отлет не будет расходовать такого количества топлива как в случае с планетами. Конечно, человечество еще должно подтянуть технический прогресс до уровня освоения других объектов солнечной системы. Но изучение этого вопроса уже говорит о том, что мы движемся в этом направлении.

Запись опубликована в рубрике Солнечная система с метками , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.