Через пояс астероидов

Статья с канала «Космическое путешествие» на яндекс-дзене.

Содержание:

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.

Насколько их много?

В настоящее время открыты и получили имена более 300 тысяч небесных тел пояса астероидов, но ученые считают, что общее их количество переваливает за миллион.

«Троянцы» и «Греки»

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.

Веста

Веста: снимок АМС Dawn

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.

Паллада

Снимки Паллады с телескопа: северное полушарие слева и южное — справа

Еще один крупный астероид несферической формы размером 550×516×746 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.

Сильвия

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.

Интерамния

В противоположность Весте, этот объект можно разглядеть только в большие профессиональные телескопы. Несмотря на свой отнюдь не маленький размер – 362×342×310 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.

источник: https://dzen.ru/a/Y_c2CTh22Ttv_W4H