16. Малые тела Солнечной системы.

16.1 Астероиды.

После открытия в 1781 году Урана астрономы убедились, что правило Тициуса-Боде хорошо описывает основные закономерности в расположении планетных орбит и стали искать планету, расположенную на расстоянии 2,8 а.е. от Солнца, т.е. между орбитами Марса и Юпитера.

1 января 1801 года Джузеппе Пиацци из Сицилии увидел слабую “звезду” в созвездии Тельца, которая не была нанесена на звёздных картах. Астроном заметил, что это небесное тело постоянно меняет своё положение. К концу 1801 года было установлено, что объект делает оборот вокруг Солнца за 4,6 года на расстоянии 2,77 а.е.. Это расстояние как раз указывается правилом Тициуса-Боде. Так был открыт первый астероид, названный Церерой - по имени богини покровительницы Сицилии.

В 1802 году Генрих Ольберс обнаружил ещё один слабый объект, который оказался вторым астероидом. Его назвали Палладой. Паллада делает оборот вокруг Солнца за 4,6 года на расстоянии 2,77 а.е.

Так как открытые астероиды имели малую яркость, астрономы решили, что они невелики по размерам. Действительно, диаметр Цереры - самого большого астероида всего 900 км. Ни Церера, ни Паллада не подходили на роль искомой планеты, но так как оба астероида имели почти одинаковые орбиты, учёные решили, что эта планета взорвалась. Эта гипотеза была подтверждена открытием в 1804 году Юноны (4,4 года, 2,67 а.е.) и в 1807 году Весты (3,6 года, 2,36 а.е.).

Пятый астероид был открыт лишь в 1845 году Карлом Генке и получил имя Астрея. К 1890 году было найдено около 300 астероидов.

Изобретение фотографии и применение её в астрономии значительно облегчило поиск малых планет.

В наше время официально зарегистрировано свыше 5000 астероидов и вычислены их орбиты.

Все крупные астероиды открыты давно. У 230 из них диаметр более 100 км.

Предполагается, что малых астероидов, с диаметром не более нескольких км. около 100 000.

Первоначально астероидам давали женские имена из мифологии, потом просто женские имена. Когда они иссякли, стали давать имена, связанные с фамилиями известных учёных, названиями стран и городов.

Почти все астероиды обращаются между орбит Марса и Юпитера, на расстояниях от 2,2 до 3,6 а.е. от Солнца, поэтому эта область называется поясом астероидов.

Среди астероидов есть семейства, орбиты которых близко подходят одна к другой. Две такие группы называются греками и троянцами. Греки движутся вокруг Солнца приблизительно по орбите Юпитера, на 60⁰ впереди него, а троянцы позади.

Хоть астероидов и много, их общая масса очень мала. Она составляет всего лишь обычный спутник, не дотягивая до малой планеты.

Гипотеза о том, что астероиды - осколки планеты сталкивается с большими трудностями. Масса астероидов недостаточна, чтобы образовать планету. Скорее всего это осколки вещества протопланетной туманности, так и не сумевшие сконденсироваться в планету.

Кольцо астероидов испытывает большую возмущающую силу со стороны Юпитера. Его гравитационное воздействие приводит к тому, что в кольце существует семь больших щелей в интервале 2,2 - 3,3 а.е. от Солнца. Эти щели называются пробелами Кирквуда.

Каждая щель соответствует орбите, период обращения по которой равен простой дроби (1/2, 1/3 и т.д.) от периода Юпитера. При нахождении на такой орбите небесное тело и Юпитер часто располагаются на одной линии с Солнцем и Юпитер отклоняет астероид на другую орбиту.

Астероиды состоят из твёрдых каменных пород, в которых иногда содержится значительное количество железа. Спектральный анализ показывает, что химический состав астероидов схож с метеоритным.

Астероиды имеют различную форму. Самым вытянутым является Географос. Он меняет свой блеск в шесть раз. Продольный размер астероида больше поперечного почти в 3 раза. Длина составляет 5 км. и поперечник 2 км. Период вращения равен 5ч13м. Таких вытянутых астероидов очень мало, всего около 1%.

В феврале 1996 года была запущена ракета со спутником “NEAR” к ближайшему к Земле астероиду Эрос. Этот аппарат станет искусственным спутником астероида. Астероид имеет продолговатое тело размерами 35х15х13 км. В перигелии расстояние 1,13 а.е., в афелии 1,46 а.е. Сближение произойдёт в 1999 году. Аппаратура, установленная на борту спутника позволит рассмотреть астероид с разрешением 10м., будет произведён спектральный анализ, определение химического состава планеты.

В 1994 году получены снимки астероида 1994 ХМ, который пролетал на самом близком от Земли расстоянии - 100 000 км. Размеры астероида не превышали 10 - 20 м. Опасность сближения Земли с такими телами состоит в том, что их часто удаётся обнаружить лишь за несколько часов до максимального сближения. В США на обсерватории Кит Пик (Аризона) постоянно дежурит 90-см. телескоп в поисках таких пришельцев.

Хирон - уникальный объект Солнечной системы. Его орбита лежит между орбитами Сатурна и Урана. Диаметр около 200 км. Возможно, это комета или астероид. Орбита Хирона на протяжении десятков тысяч лет неустойчива, поэтому неизвестно, как он двигался ранее и что с ним будет в будущем.

Предполагается, что он прилетел из кометного пояса, находящегося на расстоянии 35 - 45 а.е. от Солнца.

Наблюдения покрытия Хироном звезды в 1994 году показали, что на поверхности планеты существуют 4 гейзероподобных образования, источающих какое-то тёмное вещество. Одно извергало вещество широким веером, а три других - узкими арками. Это может быть сверхлетучий лёд СО как на кометах или N₂-лёд как на Тритоне и Плутоне.

Веста. Космический телескоп им. Хаббла в 1994 году наблюдал астероид Веста. Получены хорошие снимки с разрешением деталей около 86 км. Диаметр астероида - 525 км.

Ида. Изображение астероида было получено космическим аппаратом “Галилео” на пути к Юпитеру. Размеры около 98 км. У астероида есть небольшой спутник Дактил. Его размеры 1,6 на 1.2 км а поверхность полностью испещрена кратерами.

Тоутатис. Астероид № 4179 был обнаружен в 1989 французскими астрономами и был назван по имени кельтского бога, который был защитником племени древних галлов.

Вытянутая четырёхлетняя орбита астероида простирается изнутри орбиты Земли к основному поясу астероидов.

В декабре 1992 Тоутатис приблизился к Земле на расстояние приблизительно 4 миллиона километров. Были получены хорошие изображения астероида с помощью наземного радара. Изображения Тоутатиса показывают, что он состоит из двух несимметричных объектов, размером 4 и 2.5 километра, которые находятся, вероятно, в контакте друг с другом.

Тоутатис - один из самых странных объектов в солнечной системе, с очень неправильной формой и необычным "кувыркающимся" вращением. И форма и вращение являются результатом многочисленных столкновений. Вследствие этого странного вращения астероид не имеет фиксированного северного полюса. Он блуждает по кривой на астероиде каждые 5.4 дня.

Вращения сотен астероидов было изучено оптическими телескопами. Огромное большинство их вращается с фиксированным полюсом и периодом между одним часом и одним днем, хотя они и могли раньше в течение некоторого времени кувыркаться подобно Тоутатису. Внутреннее трение заставило эти астероиды наладить нормальное вращение за короткое время. Однако, Тоутатис вращается настолько медленно, что этот процесс намного более длительный чем возраст Солнечной системы.

29 сентября 2004 Тоутатис подойдёт к Земле на четыре расстояния между Землей и Луной. Его траектория больше чем на несколько столетий с этого времени не может быть предсказана точно. Орбита Тоутатиса является наиболее хаотической из всех.

Пояс Койпера. Недавно обнаружен ещё один большой пояс астероидов, находящийся за орбитой Нептуна. Всего открыто 17 тел, вращающихся по орбитам, удалённым на расстояния между 31 и 45 а.е.

В 1951 году астроном Жерар Койпер предположил, что некоторые кометоподобные тела должны находиться за орбитой Нептуна. Это предположение подкреплялось фактом, что существует семейство комет Юпитера, объекты которого отличаются от тех, которые прилетают из облака Оорта.

Гипотеза Койпера была подтверждена в 1980-ом году, когда компьютерное моделирование формирования солнечной системы показало, что какие-то тела разваливающегося протопланетного диска должны обязательно формироваться на краю солнечной системы.

Согласно этому сценарию, планеты формировались достаточно быстро во внутренней области протозвёздного солнечного диска, а на край должны были переместится различные остатки.

Пояс Койпера был открыт в 1992, благодаря обнаружению 220-км. тела, названного 1992QB1 на месте подозреваемого пояса. Несколько тел подобных размеров были обнаружены впоследствии, подтверждая реальность пояса.