Между орбитами Марса и Юпитера кружится огромное количество мелких небесных тел – все они, кроме Цереры, имеют неправильную форму и называются астероидами. Их размер самый разный: есть очень крупные астероиды в несколько сотен километров в ширину и столько же – в длину и высоту, есть тела размером с гору, есть – с океанский лайнер, с многоэтажный дом, и, наконец, в этом кольце летает великое множество булыжников всего 2 – 5 м в поперечнике и просто мелких камешков.
Астероиды. Кадр с канала "KOSMO".
Все они движутся по самым разным, порой пересекающимся орбитам, иногда сталкиваясь друг с другом и порождая тысячи новых осколков. Кроме астероидов, в этом кольце «плавает» огромное количество космической пыли, которая, рассеивая солнечные лучи, создает слабое матовое свечение. Его называют «зодиакальным светом». В экваториальных районах земли этот свет можно даже разглядеть невооруженным глазом:
Зодиакальный свет. Фото из открытых источников.
На картинках и в компьютерной графике пояс астероидов - для красочности и наглядности - изображается как скопление летающих камней на очень близком расстоянии:
Так обычно "рисуют" пояс астероидов. Картинка из открытых источников.
Поэтому распространено мнение, что в этом царстве хаоса опасно находиться: едва туда попадет корабль, как он непременно столкнется с каким-нибудь астероидом, или сразу несколькими – и либо разобьется, либо превратится в решето. Но это неверное представление: по космическим меркам «рядом» - это как минимум сотни тысяч километров. Среднее расстояние между астероидами оценивается в 965 600 км, что более чем вдвое превышает расстояние от Земли до Луны. Пустоты в этом «кольце хаоса» гораздо больше, чем вещества. Ученые NASA, уже отправлявшие к астероидам зонды для исследований, знают: чтобы попасть в астероид, нужно очень хорошо прицелиться. Вероятность случайного столкновения оценивается как один к миллиарду.
Как появился пояс астероидов?
Долгое время существовала гипотеза о планете, получившей название Фаэтон, которая располагалась между Марсом и Юпитером, но погибла от столкновения с кометой миллионы лет назад – из её осколков образовался пояс астероидов.
В наши дни эта гипотеза не находит подтверждений:
- во-первых, точно установлено, что химический состав астероидов совершенно разный;
- во-вторых, общая масса всех объектов пояса составляет всего лишь 4% от массы Луны, что никак не дотягивает до полноценной планеты. Даже если предположить, что бо́льшая часть астероидов покинули свою гавань, то и тогда мы получим слишком маленький объект, гораздо меньше Марса, который вряд ли удержался бы на орбите близ такого массивного гиганта, как Юпитер.
- в-третьих, расчеты показывают, что и самому формированию планеты в этой области препятствует сильное гравитационное поле Юпитера.
Юпитер своим притяжением мешает поясу астероидов превратиться в планету. Кадр с канала "KOSMO".
Согласно результатам математического моделирования, самые крупные формирования в поясе никогда не превышали 1000 км в диаметре, а притяжение близкого газового гиганта делало их орбиты нестабильными, в результате чего космические тела иногда сталкивались друг с другом, образуя более мелкие объекты. А для формирования планеты нужен обратный процесс – собирание множества мелких объектов в один крупный.
Столкновения, кстати, происходят довольно редко: в среднем раз в 100 000 лет. Причина всё та же: космические, в прямом и в переносном смысле, расстояния между телами.
Сейчас ученые считают, что пояс астероидов - это не обломки разрушенной планеты, а скопление протопланетного вещества, которое не смогло собраться в крупную планету, а из-за сильного притяжения близкого газового гиганта гравитационных сил хватило только на образование мелких объектов.
В настоящее время открыты и получили имена более 300 тысяч небесных тел пояса астероидов, но ученые считают, что общее их количество переваливает за миллион.
Говоря «главный пояс астероидов», астрономы подразумевают малые небесные тела, движущиеся на расстоянии от 3,27 до 2,06 а.е. Но есть еще несколько групп астероидов: по орбите Юпитера движутся небольшие группы, которые назвали «троянцы» и «греки». Они расположены в углах равносторонних треугольников: Солнце – Юпитер –Троянцы и Солнце – Юпитер – Греки.
Расстояния между этими группами астероидов и Юпитером остается постоянным, т.к. они находятся в точках устойчивого равновесия. Возможность нахождения маломассивных объектов в этих точках предсказал еще в 1772 году Жозеф Луи Лагранж: исследуя ограниченную задачу трёх тел, открыл пять точек, в которых тело может при определённых условиях оставаться неподвижным в системе отсчета, которая вращается вместе с двумя другими телами (то есть в которой они неподвижны), Эти точки были названы точками Лагранжа, и две из них оказались точками устойчивого равновесия: L4 и L5.
Расположение астероидов "троянцев" и "греков". Картинка из открытых источников.
С открытием астероида Ахиллеса в 1906 году гипотеза Лагранжа подтвердилась. В точке L4 объекты стали называть в честь греков, а в L5 — в честь защитников Трои.
Кроме того, малые небесные тела, обнаруженные там, где находится Плутон, и дальше него – называют поясом Койпера. Но о нем – в отдельной статье.
Перейдем к самым интересным объектам главного пояса астероидов.
Церера – карликовая планета
С Цереры начинается открытие пояса астероидов – в 1801 году, когда итальянский астроном Джузеппе Пьяцци отыскал на небе новый космический объект, который сначала принял комету, и дал ему имя в честь римской богини земледелия. 31 декабря 1801 года другие астрономы подтвердили: открыта не комета, а маленькая планета. Поскольку даже самые сильные телескопы того времени не могли показать диск Цереры, первоначальные оценки её размера были весьма приблизительны: от 262 км до 2613 км.
В последующие годы – с 1802 по 1807 г. были открыты еще несколько подобных карликовых объектов, для которых Уильям Гершель (уже в 1802 году) ввел понятие «астероид», что буквально означает – «подобный звезде», т.к. из-за малого размера все открытые тогда между орбитами Марса и Юпитера объекты – даже в телескоп – виделись точками, как звезды.
Однако еще полвека Церера, а также Юнона, Паллада и Веста числились полноценными планетами Солнечной системы. Только с обнаружением других похожих объектов с орбитами в той же области Церере вместе с остальными маленькими космическими телами присвоили статус астероида.
Сейчас нам известно, что Церера - единственный шарообразный объект в главном поясе астероидов, имеющий в поперечнике 950 км, а её масса – всего 1,3% от массы Луны, но от массы всех небесных тел между Марсом и Юпитером она составляет целых 32%. В 2006 году Церера была причислена к карликовым планетам, наряду с Плутоном и Эридой.
Сравнительные размеры Цереры и Луны. Кадр с канала "KOSMO".
Карликовая планета имеет каменное ядро и ледяную мантию, толщина которой достигает 100 км:
Внутреннее строение Цереры. Кадр с канала "KOSMO".
По оценкам ученых, Церера содержит около 20 млн куб км воды в виде льда, а ей поверхность, вероятно, покрыта слоем водяного реголита.
В 2014 году инфракрасный телескоп «Гершель» зафиксировал над Церерой облака ледяного пара, говорящие о том, что на маленькой планете существует водная активность. Через год американский зонд прибыл на орбиту Цереры и передал снимки её поверхности:
Два белых пятна на расстоянии и крупным планом: на Церере есть лед. Кадры с канала "KOSMO", коллаж автора.
Снимки подтвердили предположения, что на поверхности Цереры есть вода в виде льда, которая находится в кратерах, а детальный анализ двух белых пятен показал, что это – карбонат натрия, т.е. сода. Сейчас считается, что в состав Цереры входят доломит, сидерит и богатые железом глинистые минералы.
На Церере мало крупных кратеров. Её поверхность сравнительно гладкая из-за высокой эластичности ледяной мантии, а также из-за того, что на планете до сих пор происходят изменения – не исключено даже, что будет обнаружена криовулканическая активность. Например, гора Ахуна, по результатам обработки данных, переданных зондом, представляет собой ледяной криовулкан:
Гора Ахуна на Церере, компьютерное моделирование на основе данных зонда. Кадр с канала "KOSMO".
Церера не такая уж крохотная. Произнося «карликовая планета», многие представляют себе шарообразный островок, который можно обойти за каких-нибудь полчаса.
Космонавт на карликовой планете: сказочная картинка.
Однако площадь поверхности даже такой маленькой планеты, как Церера, составляет 2 849 631 кв. км, что превышает площадь пяти Франций. Или немного больше, чем площадь Красноярского края. А скорость, необходимая для преодоления гравитации Цереры – 0,51 км/с, или примерно 1800 км/ч – вдвое выше, чем у современного гражданского авиалайнера.
Самый крупный и самый яркий астероид, видимый иногда с Земли даже невооруженным глазом – благодаря светлой поверхности, отражающей около 42% солнечных лучей. Второе по размерам после Цереры небесное тело, вращающееся в поясе между Марсом и Юпитером. Габариты Весты: 578 × 560 × 458 км – форма почти сферическая. В 1996 году Веста приблизилась к Земле, и телескоп Хаббл обнаружил на её южном полюсе огромный ударный кратер Реясильвия, диаметром 460 км, т. е. почти во всю ширину астероида, а глубина воронки составляет 20-25 километров. В центре кратера находится гора высотой около 22 километров – вторая по относительной высоте в Солнечной системе (после Олимпа на Марсе). С помощью спектрометрического анализа этого кратера астрономы выяснили, что у Весты – как у планет, есть базальтовая кора, мантия и железно-никелевое ядро. На этом основании был сделан вывод, что Веста является протопланетой.
Строение астероида Веста и зонд "Dawn", на основании данных которого смоделирована картинка. Из открытых источников.
От удара, образовавшего кратер, в пространство выбросило множество обломков, сходных по химическому составу, которые называют семейством Весты. В настоящее время их насчитывается 6051, что составляет 6% от общей численности пояса астероидов между Марсом и Юпитером.
Снимки Паллады с телескопа: северное полушарие слева и южное - справа.
Еще один крупный астероид несферической формы размером 550х516х746 км, углеродистой группы – то есть в составе преобладают безводные силикаты, сульфиды и магниты. Её орбита имеет большой наклон эклиптики в 34,8 градуса – по этой причине к ней очень сложно отправить зонд.
Наклон эклиптики Паллады: вид сбоку. Картинка из открытых источников.
Астероиды, как правило, движутся по более вытянутым орбитам, чем планеты, но у Паллады орбита вытянута особенно сильно: в перигелии она более чем в 1,5 раза ближе к Солнцу, чем в афелии.
Орбита Паллады. Кадр с канала "KOSMO".
Японский астроном Киёцугу Хираяма в 1928 году заметил целую группу астероидов одного спектра, движущихся по столь же сильно наклоненным орбитам в центральной части главного пояса. Группу назвали семейством Паллады, и ученые полагают, что все небесные тела семейства образовались после столкновения Паллады с другим астероидом, который выбил множество мелких фрагментов – как и в случае с Вестой.
Астероид Сильвия со своими спутниками. Картинка из открытых источников.
Иногда небесные тела представляют собой груду обломков, скрепленных слабой гравитацией. К таким телам относится Сильвия – астероид размерами 384х262х232 км и плотность, превышающей плотность воды всего на 20%. Вероятнее всего, внутри Сильвии существует множество пустот, занимающих от 25 до 60% всего объема.
Так, предположительно, выглядит Сильвия внутри. Кадр с канала "KOSMO".
У астероидов, несмотря на их малый размер, тоже бывают спутники. Например, у Сильвии их два, названных именами детей бога Марса и принцессы Реи Сильвии: Ромул и Рем. Это два немаленьких булыжника в 18 км (Ромул) и 7 км (Рем) в поперечнике. Возможно, Сильвия имеет и другие, более мелкие, спутники.
В противоположность Весте, этот объект можно разглядеть только в большие профессиональные телескопы. Несмотря на свой отнюдь не маленький размер – 362х342х310 км, астероид был открыт только в 1910 году. Причина этому – очень темная поверхность, плохо отражающая свет.
Интерамния. Картинка из открытых источников.
Его точный состав и внутреннее строение до сих пор неизвестны. Исследования его блеска показывают, что Интерамния имеет поразительно равномерную окраску – стало быть, уже очень долгое время объект не испытывал более-менее крупных столкновений. Предполагается, что астероид покрыт слоем мелкой и темной пыли.
Астероид Психея 16 (16 Psyche)
Настоящая находка нашей солнечной системы. Телескоп «Хаббл» обнаружил, что это небесное тело шириной в 226 км практически полностью состоит из металлов – в основном из железа и никеля, но возможны следы даже золота и платины. Ученые NASA подсчитали, что стоимость ресурсов астероида составляет около 10 квинтиллионов (!) долларов. Квинтиллион – это 10 в 18 степени, или миллиард миллиардов.
Астероид Психея 16. Картинка из открытых источников.
Логично, что осенью этого года NASA планирует запуск орбитального аппарата к Психее 16. Зонд проработает на орбите астероида 21 месяц, в течение которых он должен будет подробно исследовать состав Психеи 16, определить, была ли она ядром планеты или же является расплавленным веществом, обладает ли магнитным полем, сравнить её с ядром Земли и составить топографическую карту.
Если предположения ученых верны, то этот астероид имеет бо́льшую ценность, чем все богатства Земли. Но вряд ли его запасы обогатят нас в обозримом будущем: во-первых, доставить все эти ценности на Землю проблематично, во-вторых, даже если вообразить, что это удалось – ни к чему, кроме обесценивания металлов, это не приведет. Другое дело, что миссия к 16 Psyche вполне может окупиться и даже принести прибыль.
Зачем исследуют астероиды?
Психея 16 – не единственный объект, богатый полезными ископаемыми. Если человек сумеет создать принципиально новые двигатели для космических кораблей и займется освоением ближних и изучением дальних планет, пояс астероидов может стать настоящей кладезью ресурсов.
NASA изучает и орбиты астероидов – для того, чтобы выявить тела, подходящие на опасно близкое расстояние к Земле. Астрономы исследуют объекты размером более 140 метров, существует шкалы классов опасности (основные – это Туринская и Палермская), данные постоянно уточняются. Например, опасность астероида 99942 Апофис, вскоре после его открытия в 2004 году, была оценена в максимальные 4 балла по Туринской шкале, но последующие расчеты понизили его опасность сначала до 1 балла, а затем и до нуля. Отсюда понятно, что, хоть потенциально опасных астероидов насчитано более тысячи, это не значит, что Земле угрожает реальная катастрофа.
Исследования астероидов важны не только с практической, но и с научной точки зрения: некоторые объекты главного пояса сохранились с ранних стадий формирования Солнечной системы, и подробное их изучение может дать нам ответы на вопросы об образовании и эволюции планет и их спутников.
В следующей статье читайте о самой крупной планете Солнечной системы - газовом гиганте Юпитере.
Если понравилась статья - ставьте лайк, пишите комментарии, подписывайтесь на канал - будет еще много интересного!
