Пояс астероидов: где находится, особенности, самые большие объекты и карта
Солнечная система состоит не только из Солнца и планет, вращающихся вокруг него. Есть ещё и сотни тысяч астероидов. Так называют небесные тела, вращающиеся около звезды, но из-за малости размеров имеющие несферическую форму. Обычно к астероидам относят только те объекты, чей линейный размер превышает 30 м – меньшие тела именуются метеороидами.
Большинство астероидов Солнечной системы располагается в нескольких областях. Одна из них и называется поясом астероидов, или главным поясом астероидов. Помимо этого крупными скоплениями являются:
- пояс Койпера;
- область рассеянного диска;
- облако Оорта.
- Есть и второстепенные скопления – троянские астероиды Юпитера, кентавры и т. п.
Где расположен пояс астероидов?
Главный пояс располагается между Марсом и Юпитером. Радиус орбит большинства астероидов составляет 2,06-3,27 а.е. В этом интервале расположено более 93% астероидов. Впрочем, отдельные семейства астероидов могут располагаться на дистанции от 1,78 до 4,2 а.е от светила.
Астероидные орбиты располагаются примерно в той же плоскости, что и земная орбита. Среднее отклонение от этой плоскости не превышает 4°, хотя, например, у астероида Барселона орбита наклонена под углом в 32,8°.
У находящихся на близких орбитах астероидов почти совпадают и периоды обращения вокруг Солнца. Самые близкие к светилу астероиды совершают полный оборот за 3,5 года, а самые удаленные тратят на это 6 лет.
Физические характеристики
Некоторые думают, что пояс астероидов – это очень плотное скопление небесных тел, но это не так. На 2020 год известно более 300 тысяч астероидов, образующих этот пояс, а общее их количество может превышать несколько миллионов. Однако из-за большой протяженности пояса они находятся друг от друга на огромном расстоянии. Ни один космический аппарат, проходивший через этот пояс, ни разу не столкнулся с каким-нибудь объектом. Более того, вероятность такого столкновения или даже случайного сближения зонда с астероидом меньше одной миллиардной.
Суммарная масса всех небесных тел в главном поясе оценивается в 3,4•10 21 кг, что в 1600 раз меньше массы Земли. При этом треть этой массы приходится на один объект – Цереру. Это карликовая планета, ранее считавшаяся наикрупнейшим астероидом.
Замечено, что астероиды, находящиеся ближе к звезде, имеют большую отражающую способность. Также в составе данных небесных тел меньше воды. Вероятно, что солнечная радиация буквально «выдула» воду и другие легкие элементы на удаленные области главного пояса.
Температура у поверхности астероидов также зависит от дистанции до Солнца. На расстоянии 2,2 а.е. от звезды температура составляет – 73° С, а на дистанции 3,2 а. е. она падает до – 108° С.
Состав
Всего в поясе насчитывается примерно 200 астероидов, чей диаметр (или наибольший линейный размер) превышает 100 км. Ещё 1000 объектов имеют размер более 15 км. Средняя звездная величина астероидов равна 16. Только один астероид, носящий имя Веста, можно увидеть с земли невооруженным взглядом.
Все астероиды можно разделить на несколько больших групп, или спектральных классов. Крупнейшими из них являются:
- класс С – сюда входят темные астероиды, состоящие из углерода;
- класс S – светлые астероиды, состоящие из кремния.
- класс M – металлические астероиды.
Существуют и другие, более редкие классы (классы B, Е, Р, А, D и т. д.). Иногда астероид нельзя строго отнести к одному классу, и тогда считается, что он имеет смешанный тип, который обозначается двумя буквами, например CG.
К классу С относится более 75% всех астероидов. Они отличаются темным цветом (со слабым красным оттенком) и поэтому их отражающая способность невелика. Их альбедо находится в диапазоне от 0,03 до 0,1, то есть они отражают лишь 3-10% падающего света. Из-за этого астероиды класса С сложно обнаружить, поэтому в реальности их доля в главном поясе может быть существенно выше 75%. В составе этих небесных тел помимо углерода присутствует вода, поэтому их можно обнаружить с помощью наблюдений в диапазоне инфракрасного излучения. Крупнейший астероид этого класса – Гигея, чей диаметр оценивается в 434 км.
Астероиды класса S состоят из силикатов (то есть обычных камней) и железа. Их доля в главном поясе оценивается примерно в 17%. Иногда такие астероиды называют каменными. Альбедо этих объектов находится в диапазоне 0,1-0,22. Крупнейшим каменным астероидом считается Юнона, чей диаметр составляет 234 км. Большинство каменных астероидов сосредоточено во внутренней, наиболее приближенной к Солнцу части главного пояса.
Доля астероидов класса М составляет 10%, они преимущественно располагаются в центре главного пояса. Предполагается, что металлические астероиды образовались при столкновении планетезималей и являются фрагментами их ядер. Стоит отметить, что ученые не уверены в том, что металлические астероиды состоят именно из металлов. Дело в их слишком малой плотности. Это означает, что либо астероиды класса М по своему составу подобны астероидам иных классов, либо в их внутренней структуре есть много полостей. Альбедо металлических астероидов находится в пределах от 0,1 до 0,19, то есть они обладают умеренной отражающей способностью.
Происхождение
Первые версии о происхождении главного стали появляться в 1802 г., когда и были обнаружены первые объекты, относящиеся к нему. Тогда Г. Ольберс предположил, что они являются осколками планеты Фаэтон, которая погибла из-за какого-то космического катаклизма. Эта теория подтверждалась правилом Тициуса–Боде, утверждавшим, что между Марсом и Юпитером должна существовать ещё одна планета.
В дальнейшем выяснилось, что масса вещества в главном поясе меньше массы Луны в 25 раз. Такой массы явно недостаточно для формирования планеты. Современная гипотеза предполагает, что главный пояс возник из-за мощной гравитации Юпитера. Когда в Солнечной системе только начинался процесс синтеза планет, на некоторых орбитах постепенно формировались всё более крупные тела – планетезимали. Именно они, соединившись, и формировали планеты.
Однако зародыш Юпитера формировался быстрее, чем планетезимали в районе главного пояса. В какой-то момент гравитация Юпитера стала препятствовать объединению планетезималей в единую планету, ведь она разгоняла их. Дело в том, что, что при столкновении планетезималей с малой скоростью (до 0,5 км/с) они «слипаются», то есть объединяются в одно целое. Если же скорость столкновения значительно выше, то при ударе планетезимали разваливаются на куски. Именно разгон планетезималей гравитацией Юпитера и привел к формированию главного пояса.
Разрушение планетезималей началось где-то 4-4,5 млрд лет назад. С тех пор большая часть вещества, находившаяся в главном поясе, покинула его. Считается, что сегодня в главном поясе располагается лишь тысячная доля того вещества, изначально там располагавшегося. Это значит, что на данной орбите могла сформироваться полноценная планета, по размерам близкая к Земле.
Открытие
Ещё в 1787 г. астроном Ф. Ксавер начал искать планету, которая должна была располагаться между Юпитером и Марсом. Но лишь в 1801 г. Дж. Пиацци обнаружил Цереру – первый объект в главном поясе. Изначально предполагалось, что Церера – это полноценная планета. Однако уже в 1802 г. Г. Ольбес открыл следующий объект – Палладу. При этом Церера и Паллада имели схожие черты: они двигались по небосводу, что отличало их от звезд, но даже в самый мощный телескоп было невозможно увидеть их диск, что уже отличало их и от планет. По этой причине эти объектами стали называть новым словом «астероид».
Ещё два небесных тела, Юнона и Веста, были найдены в 1804 и 1807 г. После этого наступила долгая пауза. Пятый астероид, Астрея, был найден только в 1845 г. Прогресс в конструировании телескопов привел к тому, что новые объекты стали открываться регулярно, и уже в 1868 г. было известно примерно о сотне астероидов.
Следующий шаг в исследовании пояса астероидов был связан с изобретением в 1891 г. М. Вольфом астрофотографии. Суть этого метода сводится к фотографированию неба с очень большой выдержкой. На полученной фотографии астероиды будут оставлять след в виде линии из-за своего движения по небосводу. Вольф смог в одиночку найти сразу 248 астероидов. В 1923 г. был открыт тысячный объект в поясе астероидов, получивший имя Пиацция.
Современные исследования
С началом космической эры стало возможно исследования астероидов с помощью космических аппаратов. Сначала астероиды сфотографировал зонд «Галилео, который снял астероиды Ида и Гаспра в 1993 г. С тех пор каждый аппарат, летящий в дальний космос, обязательно по пути пролетает и мимо какого-нибудь объекта в главном поясе и фотографирует его.
Первый космический зонд, созданный специально для исследования астероида – это NEAR Shoemaker. Его запустили в 1996 г., а в феврале 2000 г. он вышел на орбиту астероида Эрос. Удалось детально исследовать его химический состав, а также построить трехмерную модель небесного тела. В 2001 г. зонд осуществил посадку на Эрос и в течение двух недель исследовал его грунт на глубине до 10 см.
В 2003 г. был запущен японский зонд «Хаябуса», который исследовал астероид Итокава. Аппарат смог собрать образцы грунта с Итокавы и отправить их на Землю.
Следующий аппарат, исследовавший главный пояс – это станция DAWN. В 2011-2012 г. она исследовала астероид Веста, а с 2015 по 2018 г. – Цереру. В результате удалось получить почти 69 тысяч фотографий этих объектов и множество других данных.
Крупнейшие объекты пояса астероидов
Крупнейшее тело в главном поясе – это Церера. Она настолько велика, считается карликовой планетой, а не астероидом. Ее диаметр достигает 926 км, и на нее приходится 32% массы всего главного пояса. В отличие от астероидов, имеющих однородное строение, у Цереры есть каменное ядро и мантия, состоящая из водяного льда. Интересно, что у Цереры иногда появляется атмосфера. Это происходит тогда, когда она приближается близко к Солнцу.
Повышение температуры приводит к сублимации льда и появлению водяного пара, который и образует атмосферу. При удалении от Солнца Церера свою атмосферу теряет. Церера отражает лишь 5% солнечного света, и поэтому ее невозможно увидеть невооруженным взглядом.
Второе по массе тело – Веста. Её диаметр достигает 526 км, а ее масса оценивается в 9% от массы главного пояса. Это единственный астероид, который можно наблюдать без телескопа и бинокля, ведь он отражает 42% солнечного света. У южного полюса Весты есть огромный кратер. Он образовался при столкновении, при котором возникло целое семейство астероидов, двигающихся в непосредственной близости от Весты.
Третий по массе объект – это Паллада, на которую приходится 7% массы главного пояса. Диаметр Паллады оценивается в 512 км. Паллада отличается большим углом наклона собственной оси, который равен 34°. У других больших астероидов этот наклон меньше 10°.
Четвертый по размерам астероид – это Гигея, чей диаметр оценивается в 431 км. На него приходится 3% массы всего пояса. Это углеродный астероид, имеющий альбедо 0,07. У него также есть свое семейство астероидов, образовавшееся при столкновении Гигеи с крупным небесным объектом.
Список использованных источников
Источник
Главный пояс астероидов Солнечной системы
Главный пояс астероидов — область Солнечной системы, расположенная между орбитами Марса и Юпитера, являющаяся местом скопления множества объектов всевозможных размеров, преимущественно неправильной формы, называемых астероидами или малыми планетами. Эту область также часто называют главным поясом астероидов или просто главным поясом, подчёркивая тем самым её отличие от других подобных областей скопления малых планет, таких как пояс Койпера за орбитой Нептуна или скопления объектов рассеянного диска.
Главный пояс астероидов
Первые астероиды пояса были обнаружены астрономами еще вначале XIX века. Сегодня, пояс астероидов известен астрономам, как одно из крупнейших скоплений космических объектов, находящихся в Солнечной системе. Данные космических объекты, также известные как «малые планеты», имеют размеры от нескольких сотен метров до нескольких сотен километров. Как минимум 300 тысяч таких огромных каменных объектов перемещаются по собственным орбитам в поясе астероидов Солнечной системы.
В 1802 году немецкий врач Ольберс, увлекавшийся астрономией, открыл неподалеку от Цереры новый астероид, который назвали Паллада. В 1804 году была открыта Юнона, в 1807 году – Веста. Их средний диаметр составляет более 400 км, а самый крупный из них, Церера, единственная в главном поясе карликовая планета, имеет диаметр более 950 км и вдвое превышает суммарную массу Паллады и Весты. Но большинство астероидов, которых насчитывается несколько миллионов, значительно меньше, вплоть до нескольких десятков метров. Большинство объектов Пояса Астероидов сосредоточено ближе к Юпитеру, поскольку мощное гравитационное поле Газового Гиганта переманивает их на свою сторону. Хотя Пояс Астероидов насчитывает большое количество объектов, все же из-за большого объема пространства они находятся на больших расстояниях друг от друга. Поэтому, попав в область Пояса, можно годами в нем находится, но так и не встретить ни одного астероида или комету.
Главной отличительной чертой, характеризующей отдельные астероиды, является их спектр, по которому можно судить о химическом составе данного тела. Подавляющее большинство объектов в главном поясе составляют астероиды трёх основных классов: тёмные углеродные астероиды класса C, светлые силикатные астероиды класса S и металлические астероиды класса M. Существуют астероиды и других, более специфических классов, но их содержание в поясе крайне незначительно. Все эти классы астероидов, особенно металлические, представляют интерес с точки зрения космической индустрии в целом и промышленного освоения астероидов в частности. Астероиды движутся по орбитам вокруг Солнца в том же направлении, что и планеты, в зависимости от величины большой полуоси, их период обращения колеблется от 3,5 до 6 лет. Большинство астероидов, движется по орбитам с эксцентриситетом не более 0,4, но существует немало астероидов, движущихся по сильно вытянутым орбитам. Наряду с астероидами, в поясе существуют также шлейфы пыли, состоящие из микрочастиц радиусом в несколько сотен микрометров, которые образовались в результате столкновений между астероидами и их бомбардировки микрометеоритами. Однако эта пыль под действием солнечной радиации постепенно по спирали движется к Солнцу. Сочетание астероидной пыли и пыли, выбрасываемой кометами, даёт явление зодиакального света. Это слабое свечение простирается в плоскости эклиптики в виде треугольника, и его можно увидеть в экваториальных районах вскоре после захода или незадолго перед восходом Солнца.
Крупнейшие объекты пояса астероидов
Ныне принято считать астероидами все тела, размеры которых не менее 1 км. Тела меньших размеров получили название метеороидов. Кроме астероидов в Поясе находится порядка 20 мелких планет (или крупных астероидов), а также одна карликовая планета Церера.
Церера – карликовая планета
Диаметр — 950 км.
Расстояние до Солнца 413,9 млн. км.
Подобно планетам земной группы, на Церере произошла дифференциация вещества на силикатное ядро, окружённое ледяной мантией, и тонкую углеродную кору.
Веста – астероид
Диаметр — 525,4 км.
Расстояние до Солнца 353,2 млн. км.
Занимает первое место по яркости, второе место по массе и третье место по размеру.
Паллада – астероид
Диаметр — 512 км.
Расстояние до Солнца 414,7 млн. км.
Паллада подобно Урану, имеет довольно сильный наклон оси вращения, равный 34°, в то время как у трёх других крупнейших астероидов этот угол не превышает 10°.
Гигея – астероид
Диаметр — 407,12 км.
Расстояние до Солнца 350 млн. км.
Крупнейший углеродный астероид (75% всех астероидов углеродные), неправильной формы.
Астероидами считают тела диаметром более 30 м, меньшие называют метеороидами или метеоритами. Особо крупных тел в главном поясе астероидов довольно мало, например стокилометровых астероидов всего около 200, и известно порядка тысячи астероидов радиусом больше 15 км. Основное население главного пояса, судя по всему, образует несколько миллионов астероидов диаметром в десятки и сотни метров.
Малые объекты главного пояса астероидов
На начало 21-го века астрономам известно более 285 тысяч малых планет, находящихся в Большом (главном) поясе астероидов. Причем, огромное количество приходится на астероиды диаметром от 0,7 до 100 км. Как и следовало ожидать, такие небесные тела существуют без атмосферы.
Юнона – астероид
Диаметр — 233,92 км.
Расстояние до Солнца 400 млн. км.
Юнона — самый крупный астероид класса S после Эвномии. Его масса составляет 3 % массы крупнейшего тела Пояса астероидов — Цереры.
Антиопа – двойной астероид
Диаметр — 87,8 км.
Расстояние до Солнца 467 млн. км.
Антиопа — двойной астероид главного пояса. Компоненты системы обращаются вокруг общего центра масс на расстоянии 171 км.
Прослеживается довольно чёткая зависимость между составом астероида и его расстоянием от Солнца. Как правило, каменные астероиды, состоящие из безводных силикатов, расположены ближе к Солнцу, чем углеродные глинистые астероиды, в которых часто обнаруживают следы воды, в основном в связанном состоянии, но возможно, и в виде обычного водяного льда. При этом близкие к Солнцу астероиды обладают значительно более высоким альбедо, чем астероиды в центре и на периферии. Считается, что это связано со свойствами той части протопланетного диска, из которого формировались астероиды. Во внутренних областях пояса влияние солнечной радиации было более значительно, что привело к выдуванию лёгких элементов, в частности, воды, на периферию. В результате вода сконденсировалась на астероидах внешней части пояса, а во внутренних областях, где астероиды прогреваются достаточно хорошо, её практически не осталось.
С точки зрения промышленного освоения астероиды являются одними из самых доступных тел в Солнечной системе. Ввиду малой гравитации посадка и взлёт с их поверхности требуют минимальных затрат топлива, а если использовать для разработки околоземные астероиды, то и стоимость доставки ресурсов с них на Землю будет низкой. Астероиды могут быть источниками таких ценных ресурсов, как, например, вода (в виде льда), из которой можно получить кислород для дыхания и водород для космического топлива, а также различные редкие металлы и минералы, такие как железо, никель, титан, кобальт и платина, и, в меньшем количестве, другие элементы вроде марганца, молибдена, родия.
Источник