«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2008 № 01 (20) - Журнал «Наука и Техника» (НиТ)

Пояс астероидов

Темпы открытий астероидов во второй половине XIX в. резко возросли. И уже к началу XX в. было обнаружено около 500 астероидов с диаметрами несколько десятков километров, и их число постоянно росло. В настоящее время каталогизировано около 10 тысяч астероидов и предполагается существование еще сотен тысяч. Значительная часть их движется в плоскостях, близких к эклиптике, располагаясь в Главном поясе между орбитами Марса и Юпитера на расстоянии 2,2–4,5 а.е. от Солнца.

В отличие от астероидов о существовании самых роскошных украшений Солнечной системы — комет— было известно с древних времен (первое зафиксированное в хрониках появление кометы относится к третьему тысячелетию до нашей эры). Кометы — своеобразные космические, айсберги, состоящие из замороженных газов, водяного льда и различных тугоплавких веществ в виде пыли и более крупных частиц. С приближением кометы к Солнцу под действием его излучения на поверхности центральной части кометы — ядра (обычный размер ядер ~ 10÷100 км) — начинается интенсивное таяние льда. Вокруг ядра кометы возникает туманная газообразная оболочка — кома.

При дальнейшем приближении к Солнцу у кометы образуется хвост. Кометные хвосты простираются на многие сотни миллионов километров и отличаются удивительной красотой и разнообразием форм. Их вещество, состоящее из пыли, молекул и атомов газа, ионизованных молекул, настолько разрежено, что через него видны звезды без существенного ослабления блеска. С удалением кометы от Солнца действие солнечного излучения ослабевает, и хвост кометы постепенно уменьшается и исчезает. В наиболее удаленной от Солнца точке орбиты (в афелии) температура ядра кометы, как правило, близка к абсолютному нулю.

Комета, названная в честь астронома Ричарда Уэста, открывшего ее в 1975 году. Проходя возле Солнца, комета стала одной из самых ярких за последние несколько десятков лет. Фотография сделана в марте 1976 года

Комета С/2002 Т7

Таким образом, хотя кометы, подобно астероидам, движутся вокруг Солнца, они существенно отличаются от последних. Не исключено, что именно кометы причастны к возникновению жизни на Земле и, возможно, на древнем Марсе, т. к. могли занести в их атмосферы сложные органические соединения.

В 1704 г. Эдмонд Галлей на основе теории тяготения, созданной незадолго до того Исааком Ньютоном, вычислил орбиты 24 ярких комет. В ходе работ он обнаружил, что орбиты комет 1531 г., 1607 г. и 1682 г. удивительно схожи. Он заключил, что это не три разные кометы, а три появления одной и той же кометы, движущейся по сильно вытянутой эллиптической орбите вокруг Солнца с периодом в 75 или 76 лет! Непостоянство периода обращения Галлей совершенно справедливо связал с возмущающим притяжением больших планет. В конце 1758 г., в полном согласии с предсказанием Галлея, эта комета вновь была обнаружена после ее путешествия за орбиту Нептуна (сама же планета Нептун была открыта лишь в 1846 г.). За ней закрепилось название “комета Галлея”. С тех пор она наблюдалась также в своих возвращениях в 1835, 1910 и в 1986 гг.

Э. Галлей, таким образом, доказал, что хотя бы некоторые кометы — постоянные члены Солнечной системы. В дальнейшем эллиптические орбиты были обнаружены и у многих других комет, обращающихся вокруг Солнца. При этом наряду с кометами Энке, Темпеля 2, Копфа, имеющими периоды обращения соответственно 3,3; 5,3 и 6,2 года, были обнаружены кометы с периодами, достигающими сотен тысяч или миллионов лет.

Комета Галлея 12 марта 1986 года. Хорошо заметны белый пылевой и синий плазменный хвосты

В настоящее время в Солнечной системе на расстоянии, не превышающем 100 а.е., общее число малых тел, размеры которых более 1 км (тела меньших размеров принято называть метеороидами), — порядка 1 млн. Эти тела классифицируют по месту их происхождения (а следовательно, по их физико-химическому составу) на два типа: астероиды (малые планеты) и кометы.

Астероиды — тела, сформировавшиеся между орбитами Марса и Юпитера, а кометы образовались во внешней части Солнечной системы — за орбитами Урана и Нептуна, через которые проходила граница прогрева протопланетного облака.

Вблизи Солнца при высоких температурах конденсации первичного вещества протопланетной туманности ледяная и газовая компоненты (прежде всего водород, гелий) были потеряны, поэтому сформировавшиеся здесь планеты земной группы состоят преимущественно из тяжелых (скальных) пород. В составе же далеких планет, начиная с Юпитера, сохранились тяжелая, а также ледяная и газовая компоненты. Наиболее массивные планеты, Юпитер и Сатурн, удержали большие количества водорода и гелия, в то время как более удаленные от Солнца Уран и Нептун формировались при очень низких температурах конденсации, в основном из льдов (примерно на 80–90 %).

Верхний предел для общей массы малых планет кольца астероидов оценивается в 1/1000 массы Земли. Космогонически оправдано в настоящее время рассмотрение современного кольца астероидов как остатков некогда существовавшей более равномерно заполнявшей пространство популяции планетезималей, уцелевших после “чистки” этой популяции большими планетами Солнечной системы (и прежде всего Юпитером) за счет гравитационных резонансных возмущений. Эксцентриситеты орбит у большинства астероидов составляют 0,1–0,2, но в отдельных случаях достигают 0,8. Благодаря этому некоторые астероиды проникают внутрь орбит Марса и Земли. А вот астероид Икар в перигелии оказывается в два раза ближе к Солнцу, чем Меркурий, за что и получил свое имя.

На орбите Юпитера, в окрестности лагранжевых устойчивых точек либрации (“качания”) было обнаружено несколько десятков астероидов. Точки либрации располагаются так, что образуют с Солнцем и Юпитером равносторонние треугольники. “Греки” опережают Юпитер в его движении вокруг Солнца примерно на 6°, а “троянцы” располагаются на таком же угловом расстоянии позади него. Эти астероиды почти не испытывают возмущающего гравитационного влияния Юпитера. Их орбиты лишь медленно раскачиваются с незначительными амплитудами (за счет возмущений от Сатурна членство астероидов среди “троянцев” и “греков”, по-видимому, не постоянно).

Возможно, что “троянскими астероидами” Нептуна являются четыре объекта астероидного типа диаметром около 100 км, обнаруженные в конце 1993 г. за орбитой Нептуна, на расстоянии 32–35 а.е. от Солнца. Не исключено, что на самом деле это семейство более многочисленно. Малые тела могут сопровождать Венеру, Марс и Землю. “Троянец” странной природы, быть может, имеется у Луны. Он движется в 6° позади Луны по ее орбите и представляет собой скорее сгущение пыли, чем твердое тело (“облако Кордылевского”).

За всю историю человеческой цивилизации уже наблюдалось около 2000 кометных появлений. Но почти для половины из них нет сведений о точных положениях комет (хотя бы в три различных момента времени). Поэтому отсутствует какая-либо определенная информация об их орбитах.