Что такое астероид
В этой статье мы подробно расскажем, что такое астероиды: как они появились, их состав и свойства, а также какова их потенциальная опасность для нашей планеты.
Астероидами называются объекты Солнечной системы различной формы и относительно небольших размеров. Эти небесные тела также движутся по определенным орбитам вокруг Солнца. Ранее синонимом астероиду являлось определение «малая планета», сейчас же они отнесены в группу малых тел Солнечной системы.
Гипотезы происхождения
Долгое время считалось, что пояс астероидов Солнечной системы образовался из несостоявшейся планеты. Гравитационное воздействие раннего Юпитера препятствовало образованию еще одной твердотельной планеты и между ним и Марсом частицы пыли и газа сформировали целый пояс небольших небесных тел.
Но недавние исследования французских и бразильских астрономов позволили усомниться в этой гипотезе их происхождения. Они сравнили химический состав и строение разных объектов главного пояса и заметили, что часть из них близка по своим свойствам к твердотельным планетам, а некоторые – к газовым гигантам. Была выдвинута новая гипотеза происхождения астероидов. Предположительно, они возникли еще на заре формирования Солнечной системы из фрагментов веществ, оставшихся после образования планет.
Состав и физические параметры
Из чего же состоят астероиды? Чтобы выяснить их химический состав, астрофизики исследовали цвет объектов, а также спектр отраженного от их поверхности света. Выяснилось, что существуют три основных спектральных класса, отражающих состав астероидов:
- C (углеродные) – наиболее распространенная группа, более 75% от всего числа.
- S (силикатные) – поверхность тел содержит большее количество соединений кремния. На их долю приходится 17% от всех известных объектов этого вида.
- M (металлические) – поверхность состоит из железа, никеля, алюминия, титана и других распространенных металлов.
По мере изучения пояса астероидов и пояса Койпера обнаруживаются новые более редкие спектральные классы данных малых тел Солнечной системы. На данный момент, их насчитывается 12. Но такая классификация является не совсем точной, т.к. тела, принадлежащие к одному классу, не всегда имеют одинаковый состав поверхности.
Размер астероида вычисляют различными способами. В случае крупных объектов удобно использовать транзитный метод. Такие тела во время своего перемещения проходят на фоне звезд, что фиксируется наблюдателями с Земли. Зная длительность покрытия звезды и отдаленность объекта можно достаточно легко и точно определить его размер.
Также размер можно определит по яркости солнечного света, отраженного от их поверхности. Этот метод называется поляриметрия, и она также позволяет определить форму малого небесного тела. Чтобы космический объект можно было назвать астероидом, его размер должен превышать 30 м. Большинство из известных не превышают в диаметре ста метров и только один зарегистрированный астероид имеет диаметр 900 км. Это Церера и на данный момент она перенесена в группу карликовых планет.
Масса всех астероидов относительно мала по меркам Солнечной системы. Это величина по разным подсчетам колеблется от 3*10 21 до 3*10 26 кг (не более 0,05% массы Земли). При этом более половины этой величины сосредоточено в 4 крупнейших: Весте, Палладе, Юноне и Гигее.
Семейства и их движение
В начале 20 века японский астроном Хираяма сделал удивительное открытие. Он долгое время наблюдал за движением астероидов главного пояса и пришел к выводу, что большинство из них можно разделить по группам, имеющим сходные параметры орбитального пути. Это явление группировки астероидов объясняется тем, что ранее крупное небесное тело был расколото на несколько фрагментов, которые продолжили свое движение рядом с «донором». Такие группы получили название семейства.
Семейство именуется по самому большому своему представителю. Наиболее крупными семействами главного пояса являются:
- семейство Флоры – более 7, 5 тыс. объектов;
- семейство Весты – около 6 тыс.;
- семейство Эвномии – 4,7 тыс.;
- семейство Эос – 4,4 тыс.
На данный момент официально признано три десятка таких групп астероидов. Их границы достаточно расплывчаты, но большинство находится в пределах главного пояса. Каждый третий объект этой области входит в состав отдельной группы.
Находящиеся в семействах и путешествующие отдельно астероиды Солнечной системы обладают схожими характеристиками движения. Они обращаются вокруг центральной звезды нашей системы в ту же сторону, что и большинство планет. Орбитальный пути объектов главного пояса имеют слабую эксцентричность и умеренный наклон. Почти все из них не выходят за пределы пояса. Одним из редких исключения является Паллада.
Средняя скорость движения большинства астероидов Солнечной системы составляет около 20 км/с. Полный оборот вокруг Солнца у них колеблется от 3 до 9 лет.
Планеты своим гравитацией влияют на движение астероидов Солнечной системы. Планетные возмущения отклоняют орбиты малых тел в разные стороны, но сильнее всех притягивает к себе Юпитер. Самыми изменяемыми параметрами орбитального пути являются эксцентриситет и угол наклона. Постоянно перемешиваясь в пределах пояса, астероиды сталкиваются друг с другом и образуют все новые небесные тела.
Самые крупные
В таблице приведена сравнительная характеристика пяти самых больших астероидов главного пояса
Наименование
Первые открытые астероиды Солнечной системы были названы по классической традиции в честь персонажей древнеримской и древнегреческой мифологии. Но в конце 19 века астрономическое сообщество столкнулось с проблемой. Объектов было известно уже более четырех сотен и стало все сложнее выискивать неиспользованные ранее имена богов и богинь. Тогда было разрешено давать новым открытым небесным телам женские имена, при этом наименование получали только те из них, чья орбита была достаточно точно вычислена. Первым исключением стал астероид Эрос, названный в честь бога любви. В дальнейшем, им также нередко давали мужские имена (Аполлон, Адонис, Посейдон, Купидон, Джеймс Бонд и т.д.), имена литературных персонажей, а также называли в честь городов и домашних животных первооткрывателей (Петрина, Сеппина и Мистер Спок).
Кроме буквенного наименования астероидам с середины 19 века стали присваиваться числовые обозначения, соответствующие хронологии обнаружения. Но из-за большого числа выявленных малых тел снова возникла путаница с номерами. В 1924 году была принята новая система числовых обозначений: год открытия, латинская буква (кроме I), обозначающая полумесяц открытия (А – первая половина января, В- вторая половина января и так далее) и еще одна латинская буква, обозначающая очередность обнаружения в этом полумесяце. К примеру, Ивонна 1934 EA была обнаружен первым в первой половине марта 1934 года. Если за один полумесяц было установлено более 25 малых тел, к ним добавлялись числовые индексы. Таким образом, после 1950 AZ следует объект, именующийся 1950 АА1.
Взаимодействие с Землей
Подсчитано, что для полного уничтожения человеческой цивилизации и глобальных изменений атмосферы и климата, Земле надо столкнуться с астероидом диаметром всего 3 км. Крупнейшим ударным кратером на планете является южноафриканский кратер Вредефорт, чей диаметр составляет 300 км. Он образовался 2 млрд. лет назад при столкновении Земли с малым небесным телом, не превышающим 10 км.
Потенциально опасными для нашей планеты считаются те объекты главного астероидного пояса, которые могут приблизиться к ней на расстоянии менее 7,5 млн. км. Опасность астероида оценивают по Туринской шкале от 0 до 10. Нулевая отметка означает крайне низкую вероятность столкновения и отсутствие ущерба при попадании в атмосферу планеты. Астероиды, имеющие 10 баллов, неизбежно столкнутся с Землей и вызовут глобальную катастрофу, ведущую к гибели человечества.
По состоянию на июнь 2018 года все астероиды главного пояса имеют оценку не выше 0 по Туринской шкале. Ранее представляющими некоторую угрозу считались Апофис (4 балла) и (144898) 2004 VD17 (2 балла), но и их показатели снизились до нуля.
В 21 веке наиболее близко к Земле приближались:
- 2008 TS26 – пролетел над планетой на расстоянии 6 тыс. км 9 октября 2008;
- 2004 FU162 – приблизился до 6530 км 31 марта 2004 года;
- 2009 VA – 14 тыс. км 6 ноября 2009 года.
Некоторые астероиды Солнечной системы достигали атмосферы Земли, но они были настолько незначительных размеров, что разрывались, не достигая поверхности планеты, оставляя лишь мелкие обломки.
В феврале 2013 года астероид размерами около 17 м и весом до 10*10 6 кг вошел в атмосферу нашей планеты. Он разорвался на высоте 20 км над Челябинском и окрестностями. По оценкам разных исследователей мощность взрыва составила от 100 килотонн до 1,5 мегатонн в тротиловом эквиваленте. Сгорание объекта в земной атмосфере сопровождалось сильной ударной волной, выбившей большое количество стекол в близлежащих населенных пунктах. Также столкновение астероида с Землей спровоцировало землетрясение магнитудой в 4 балла в юго-западных районах Челябинска.
Падение астероида Челябинск стало самым крупным происшествием такого рода после столкновения Земли с Тунгусским метеоритом. Произошло это в 1908 году в районе правого притока реки Енисей. Мощность взрыва составила около 40 мегатонн, что спровоцировало массовый вал деревьев в тайге на площади более 2 тыс. кв. км.
НАСА финансирует большинство действующих программ, связанных с космической безопасностью и защитой Земли от астероидов Солнечной системы. Самые крупные проекты «LINEAR» и «Pan-STARRS», использующие мощнейшие телескопы, отслеживают до десяти тысяч малых тел ежегодно. Также обнаружения потенциально опасных космических объектов ведется с околоземной орбиты благодаря малым спутникам, таким как канадский «NEOSSat». На финансирование данных проектов у НАСА и других космических агентств уходит сотни миллионов долларов.
Астероиды в прошлом Земли
Что произойдет, если с Землей столкнется астероид диаметром больше 10 км? Первым катастрофическим событием будет гигантская ударная волна в атмосфере. Далее тело упадет на поверхность планеты, что закончится либо невиданным землетрясением, либо цунами высотой в несколько сотен метров. Тепловая волна вызовет лесные пожары по всему земному шару, что спровоцирует выброс в атмосферу огромного количества сажи и копоти. Начнется резкое похолодание из-за того, что загрязненная атмосфера не сможет пропускать солнечные лучи в достаточном количестве. Климат на планете необратимо изменится, а многие живые организмы вымрут.
Одно из таких столкновений произошло 65 млн. лет назад. На полуострове Юкатан в Мексиканском заливе сохранилось свидетельство этой катастрофы – ударный кратер Чиксулуб диаметром 180 км. Крупный космический объект размерами около 10 км привел к полному вымиранию динозавров на нашей планете. Также падением крупного астероида некоторые исследователи объясняют массовое пермское вымирание живых организмов, случившееся 250 млн. лет назад.
Изучение
Изучение малых небесных тел началось после открытия седьмой планеты Солнечной системы — Урана. Планету искали между орбитами Марса и Юпитера, исходя из правила Тициуса-Боде. Искомый объект оказался гораздо дальше, а в этой области астрономы обнаружили целый пояс астероидов различных размеров. В период с 1801 по 1809 были обнаружены 4 крупнейших представителя этой группы: Церера, Веста, Паллада и Юнона.
Более 30 лет после их обнаружения астрономы не могли найти ни одного астероида. Только в 1845 году был открыт следующий астероид – Астрея, а уже после нее каждый год находилось не менее одного объекта этого вида. В 21 веке официально зарегистрировано 385 тысяч малых тел данного вида, 18 тысяч из которых имеют не только порядковый номер, но и имя.
Изучение астероидов Солнечной системы помогает узнать, как зародилась жизнь на нашей планете. Считается, что вода и первые органические соединения были занесены на Землю именно благодаря столкновению с малыми небесными телами. Также исследователи рассматривают вопрос о промышленном использовании отдельных составляющих главного астероидного пояса Солнечной системы. Многие из них могут стать сырьевыми базами для добычи металлов (железа, никеля, золота, кобальта, платины), а также водорода. Считается, что один металлический астероид размером не более километра может содержать в себе железной руды больше, чем добывается за целый год на Земле.
Ближайшие миссии по изучению главного пояса и доставки астероидного грунта на Землю запланированы на 2019 год (OSIRIS-REx, США) и 2024 год (Фобос-Грунт, Российская Федерация).
Источник
АСТЕРОИД
АСТЕРОИД, или малая планета, сравнительно небольшое каменистое небесное тело, множество которых обращается вокруг Солнца в основном между орбитами Марса и Юпитера; иногда они заходят и внутрь орбиты Земли. Астероиды и кометы – это остатки того вещества, из которого 4,5 млрд. лет назад сформировались большие планеты.
Первый астероид, Церера, был обнаружен в 1801; с тех пор их постоянно ищут и регулярно открывают новые; в конце 20 в. число астероидов с известными орбитами приблизилось к 10 000.
ОРБИТЫ
Подавляющая часть астероидов населяет пояс астероидов, лежащий за орбитой Марса и образующий тор, плотность которого спадает за расстоянием от Солнца 3,2 астрономической единицы (а.е.), на котором орбитальный период вдвое меньше периода Юпитера. На некоторых расстояниях, где орбитальный период находится в простом отношении с периодом Юпитера, астероидов тоже почти нет: их движение там неустойчиво из-за регулярных возмущений, вызываемых Юпитером. Эти области называют окнами или люками Кирквуда. Обычно орбиты астероидов умеренно вытянуты и наклонены к плоскости эклиптики. По схожести орбит большинство астероидов распадается на две дюжины семейств, происхождение которых, вероятно, связано с соударением и дроблением крупных первобытных астероидов.
За пределом 3,2 а.е. астероиды также встречаются. Некоторые из них входят в группу Троянцев и движутся точно по орбите Юпитера двумя «стаями» – одна на 60 ° впереди по движению планеты, а другая на 60 ° позади. Точное количество этих астероидов неизвестно, поскольку они очень темны и удалены от Земли и Солнца; пока открыты немногие из них.
Мелкие астероиды удается заметить лишь вблизи Земли. Около 2000 из них размером более 1 км регулярно пересекают орбиту Земли. В прошлом им подобные наверняка соударялись с Землей. Подозревают, например, что падение на Землю 10-километрового астероида привело 65 млн. лет назад к катастрофе, закончившейся исчезновением более половины биологических видов, в том числе динозавров. Пролетающие мимо Земли астероиды являются обломками более крупных астероидов, населяющих основной пояс, либо ядрами комет после полного испарения льдов с их поверхности. Движение астероидов по траекториям, пересекающим орбиты планет, не может продолжаться долго: за время порядка 10–100 млн. лет они испытают сближение с планетой, в результате которого упадут на ее поверхность или на Солнце, либо будут выброшены на периферию Солнечной системы.
СОСТАВ И СТРОЕНИЕ
Оптические исследования.
Поскольку астероиды очень малы и далеки от Земли, с помощью крупных телескопов удается измерять лишь переменность отраженного ими солнечного света и его спектральные характеристики. Примерно у 2000 астероидов измерены оптические свойства поверхности и период вращения вокруг оси, оценены размер и форма. Крупнейший из астероидов Церера чуть менее 1000 км диаметром, несколько десятков имеют диаметр более 100 км, размеры остальных лежат в широком диапазоне, вероятно, вплоть до размеров метеоритов. В последнее время создаются автоматизированные телескопы для непрерывного поиска астероидов, которые позволят в начале 21 в. обнаружить все астероиды диаметром более 1 км.
По спектральным характеристикам отраженного света астероиды объединяют в несколько типов, близких к типам метеоритов, что неудивительно, ибо происхождение почти всех метеоритов связано с астероидами (за исключением немногих, прилетевших с Луны и Марса). Однако нет астероидов типа обыкновенных хондритов – наиболее многочисленных метеоритов, близких по составу к планетам земной группы. Вероятная причина этого в том, что под влиянием солнечного излучения и микрометеоритной бомбардировки поверхность астероидов, близких по структуре и составу к обыкновенным хондритам, изменила цвет и стала умеренно отражающей свет поверхностью типа S, в спектре которой присутствуют полосы поглощения силикатных минералов оливина и пироксена.
Радиолокационные исследования.
Радиолокационные измерения очень полезны для определения орбит астероидов и их физической природы. Например, они показали, что приближавшиеся к Земле мелкие астероиды иногда представляют собой двойные (или более сложные) объекты, что объясняет существование двойных кратеров на Марсе, Земле и других крупных небесных телах. Поскольку металлы особенно хорошо отражают радиоволны, с помощью радиолокаторов удалось обнаружить несколько астероидов железо-никелевого состава. См. также МЕТЕОРИТ.
Исследования с помощью космических аппаратов.
Американский межпланетный аппарат «Галилео», посланный к Юпитеру, пролетел вблизи двух астероидов типа S, получил их детальные изображения и данные о поверхности. 29 октября 1991 он сблизился с астероидом 951 Гаспра и обнаружил, что это тело неправильной формы размером 19 ґ 12 км с сильно кратерированной и изрезанной поверхностью. Пролетев 28 августа 1993 мимо астероида 243 Ида размером 58 ґ 23 км, аппарат открыл у него маленький спутник, названный Дактилем. Это первый случай обнаружения спутника у астероида.
Определив орбиту Дактиля, астрономы смогли на основании третьего закона Кеплера вычислить массу Иды и ее среднюю плотность, которая оказалась значительно меньше, чем у железо-каменных метеоритов, считающихся аналогами астероидов типа S, и даже меньше, чем у обычных каменных пород. Цвет различных участков Иды коррелирует с их относительным возрастом (чем старше поверхность, тем она краснее); это указывает, что Ида может иметь хондритный состав, но в результате эрозии ее поверхность покраснела и сделалась похожей на астероиды типа S. Дактиль и выбросы из молодых кратеров на Иде цветом больше похожи на обыкновенные хондриты, чем старая поверхность Иды.
Другие астероиды совсем не похожи на обыкновенные хондриты. Например, 4 Веста покрыта базальтовыми породами, т.е. застывшей лавой; значит, в ее эволюции была эпоха разогрева, плавления и дифференциации вещества (эпоха формирования ядра). Вдоль орбиты Весты движется множество мелких астероидов базальтового состава; вероятно, они были выброшены с нее в результате мощного удара. Железные, железо-каменные и дунитные метеориты представляют собой внутренние части расплавленного и подвергшегося дифференциации небесного тела, подобного Весте, но полностью разрушенного многочисленными ударами.
Большинство астероидов быстро вращается, с периодом в несколько часов. У некоторых периоды вращения измеряются неделями, причиной чему, вероятно, стало редкое сочетание взаимных ударов. Исследовать один из загадочных медленно вращающихся (период 17 сут) астероидов 253 Матильда с темной углистой поверхностью типа C удалось в 1997 аппарату NEAR (программа Near Earth Asteroid Rendezvous, Свидание с околоземным астероидом). На его борту есть рентгеновский и гамма спектрометры для изучения поверхности. В 1999 этот аппарат достиг астероида 433 Эрос типа S и стал его спутником.
Источник