Загадки малых тел солнечной системы

Автор: Mega
Просмотров: 4613
Комментариев: 0
Дата: 17-02-2010, 18:53
Загадки малых тел солнечной системы
Загадки малых тел солнечной системы В Солнечной системе кроме больших планет и их спутников движется множество так называемых малых тел: астероидов, комет и метеороидов. Малые тела Солнечной системы имеют размеры от сотен микрон до сотен километров.
Астероиды. С точки зрения физики астероиды или, как их еще называют, малые планеты - это плотные и прочные тела. По составу и свойствам их можно условно разделить на три группы: каменные, железокаменные и железные. Астероид является холодным телом. Но он, как, например, и Луна, отражает солнечный свет, и поэтому мы можем наблюдать его в виде звездообразного объекта. Отсюда и происходит название "астероид", что в переводе с греческого означает звездообразный. Так как астероиды движутся вокруг Солнца, то их положение по отношению к звездам постоянно и довольно быстро меняется. По этому первоначальному признаку наблюдатели и открывают астероиды.

Первый и наиболее крупный астероид, Церера, был открыт в 1801 году Дж. Пиацци. Этот астероид двигался по почти круговой орбите радиусом 2,8 а.е. (а.е. - астрономическая единица, среднее расстояние от Земли до Солнца, 149 500 000 км), то есть между орбитами Марса и Юпитера. Именно такое расстояние от Солнца было предсказано правилом Тициуса-Боде для еще одной гипотетической планеты Солнечной системы - Фаэтона. Вскоре были открыты еще нескольких астероидов с орбитами, проходящими между орбитами Марса и Юпитера. В 1803 году Г.В. Ольберс высказал гипотезу об образовании так называемого главного пояса астероидов (ГПА) в результате разрушения гипотетической боль­шой планеты земной группы - Фаэтона.

Сейчас известно более 9 тыс. ну­мерованных астероидов на самых разнообразных орбитах, и объяснить их образование разрушением планеты невозможно. Более приемлемой считается гипотеза о том, что ГПА есть несформировавшаяся планета, образованию которой помешали гравитационные возмущения Юпитера. Кометы, или "хвостатые звезды", известны с незапамятных времен.


Загадки малых тел солнечной системы
Комета Хейла Болпа
Комета - это сложное физическое явление, которое кратко можно описать с помощью нескольких понятий. Ядро кометы представляет собой смесь или, как говорят, конгломерат пылевых частиц, водяного льда и замерзших газов. Отношение содержания пыли к газу в кометных ядрах составляет примерно 1:3. Размеры кометных ядер, по оценке ученых, заключены в интервале от 1 до 100 км. Известные короткопериодические кометы имеют ядра размером от 2 до 10 км. Размер же ядра ярчайшей кометы Хейли-Боппа, которая наблюдалась невооруженным глазом в 1996 году, оценивается в 40 км.

Так как комета имеет, как правило, высокоэксцентричную орбиту, то при приближении к Солнцу температура поверхности ядра повышается, льды начинают сублимировать и потоки газа выносят частицы пыли. В результате образуется так называемая газопылевая кома, которая имеет почти сфери­ческую форму и может в миллионы раз превышать размеры самого ядра.

Благодаря огромным размерам комы отражаемый ею солнечный свет позволяет с Земли наблюдать кометы на достаточно больших расстояниях (до 5 а.е. и более) от Солнца.

Мелкие пылевые частицы очень чувствительны к давлению солнечного света. Для них давление света сравнимо с при­тяжением Солнца, а в некоторых случаях может и преобладать. Такие частицы покидают кометную кому, образуя хвост. Хвост направлен в сторону, про­тивоположную Солнцу, и его ви­димые размеры могут превышать размеры кометы в сотни раз, достигая 1 а.е. и более.

Согласно наиболее распрост­раненной гипотезе, кометы яв­ляются остатками протопланетного вещества, не вошедшего в состав планет. Считается, что на окраине Солнечной системы находится так называемое Облако Оорта - склад кометных ядер. Возмущения от близко проходящих к Солнцу звезд или газопылевых скоплений преобразуют отдельные орбиты ядер комет из Облака Оорта в орбиты, проходящие вблизи больших планет. Большие же планеты могут еще сильнее изменить орбиты и перебросить ядра внутрь планетной системы, в которой и происходят кометные явления.

Метеороиды образуются при разрушении ядер комет и асте­роидов. Однако вполне вероятно что незначительная часть со­временной популяции метеороидов была выброшена со спутников больших планет, с Меркурия или Марса. Как пока­зывают наблюдения, нельзя иск­лючить и возможность попадания в Солнечную систему метео-роидов из других звездных систем.

Некоторые кратеры на повер­хности спутников планет имеют диаметры до 1/3 диаметра спут­ника. При скорости 20 км/с стол­кновения астероида со спутником планеты объем кратера составит около 1500 объемов ас­тероида. Скорости выброса вещества спутника из кратера относительно невелики, и мо­жет образоваться рой частиц с орбитой, близкой к спутнику. Для более высоких скоростей столкновения осколки с пове­рхности спутника, преодолев гравитационное притяжение спутника, могут быть выбро­шены внутрь Солнечной сис­темы.

По динамическим характе­ристикам метеороиды разделяют на два класса: спорадические и метеороиды образующие рои. Метеороидный рой - это множество частиц, двигающихся по близким орбитам. Если метеороидный рой пересекается Землей, то при достаточно больших геоцентрических скоростях метеороидов и пространственной плотности роя мы наблюдаем явление метеорного потока. Наблюдения метеорных потоков - это практически единственный способ регистрации ме-теороидного роя по наземным наблюдениям. Известно около 20 метеорных потоков с часовым числом от 20 до 140 метеоров в час. Эти потоки называют глав­ными. Разные авторы выделяю также до 6000 так называемых малых метеорных потоков или метеорных ассоциаций.

Начиная с открытия Дж. Ски-апарелли, установившего сходство орбит метеорного потока Персеид и кометы 1862 III, считается, что метеороидные рои образуются при разрушении ядер комет.
Спокойный распад ядер комет на большой дуге орбиты в окрестности перигелия при сублимации замерзших газов - на­иболее вероятный путь образо­вания метеороидного роя. Нельзя, конечно, исключить образование роя и при катастрофических процессах: разрушении ядра кометы под действием приливных, центробежных или иных сил и при возможных столкновениях с астероидами или крупными метеороидами.

Загадки малых тел солнечной системы
Происхождение и свойства астероидов
Астероиды, пересекающие орбиту Земли, были открыты от­носительно недавно. В 1898 году Г. Уитт открыл приближающийся к Земле астероид Эрос, а первый из астероидов, орбита которого действительно пересекала орбиту Земли, Аполлон, был открыт К. Реймутом в 1932 году. Справедливости ради отметим, что открытый М. Вольфом в 1918 году астероид Алин-да в настоящий период имеет землепересекающую орбиту.

Сейчас известно около 600 землепересекающих или при­ближающихся к Земле астероидов. По существующим оценкам, число таких астероидов крупнее 100 м составляет примерно 100 000.

Естественным является вопрос, как астероиды и метеориты из основного пояса попадают на землепересекающие орбиты. Ранее механизм трансформации орбит астероидов основного пояса в землепересекающие при­писывался гравитационным воз­мущениям Марса. Согласно сов­ременным представлениям, существует возможность резкого увеличения эксцентриситета орбиты астероида под действием резонансных возмущении Юпитера. Форма и структура ос­новного пояса, происхождение землепересекающих астероидов и метеоритов скорее связаны с хаосом, чем с регулярными осцилляциями.

Моделирование показало, что высокоскоростные столкновения и планетные возмущения могут генерировать значительное число землепересекающих осколков астероидов из основного пояса. Моделируя выброс осколков с поверхности 2355 нумерованных астероидов, удалось выявить список астероидов - наиболее эффективных потенциальных поставщиков метеоритов. Результат согласуется с заключением, что большинство метеоритов и околоземных астероидов может происходить от небольшой части астероидов. Один из лучших кандидатов -200-километровый астероид Геба. На Гебе есть кратер, возникновение которого можно объяснить столкновением с однокило­метровым астероидом. Частота возможных столкновений такого рода - одно за 20 млн. лет. То есть такие столкновения - довольно редкое явление и, по мнению многих ученых, не могут обеспечить наблюдаемое число околоземных объектов. Для по­полнения популяции околоземных астероидов крупнее 1 км из основного пояса требуется не­сколько десятков астероидов за 1 млн. лет. Моделируемый поток примерно в 10 раз меньше тре­буемого.

Кометы километрового размера довольно быстро теряют свои летучие вещества. До окончания своей динамической эволюции (то есть до столкновения с планетами или выброса из Солнечной системы) ядра комет могут полностью потерять все летучие вещества или покрыться толстой пылевой корой, препятствующей сублимации летучих веществ. В результате такие ядра могут наблю­даться как астероиды.

Чтобы объяснить противоречие в числе наблюдаемых око­лоземных астероидов их притоком из основного пояса, Е. Эпик в 1963 году выдвинул гипотезу о том, что околоземные астероиды являются ядрами угасших комет. Согласно современным представлениям, значительная доля землепересекающих астероидов (50% и более) может быть кометного происхождения. Такая возможность получила и наблюдательное подтверждение. Например, открытая в 1949 году комета РуАЛЛИвоп-Нагппд1оп (1949 III) в 1979 году была переоткрыта уже как астероид (4015) ЛЛИзоп-Нагппд1оп (1979 /А). В 1994 году ядра двух короткопериодических комет -кометы Мачхолца 2 и кометы Харрингтона - разрушились на крупные осколки, которые угасли до астероидного вида.
Если же ядро кометы покрыто плотной корой, то вековое уменьшение перигелийного ра­сстояния или столкновение с крупным метеороидом может привести к разрушению коры и возобновлению активности ко­меты. Возможно, в результате такого хода событий в 1986 году и была открыта первая пери­одическая комета Мачхолца 1, родоначальница метеороидного роя Квадрантид и его восьми метеорных потоков.

Метеорные потоки и метеороидные рои

Метеороидный рой порождает метеорный поток в атмосфере Земли. Это возможно, если метеороиды роя движутся по зем-лепересекающим орбитам и пространственная плотность метеороидов роя достаточно высока.
Загадки малых тел солнечной системы Из физики метеорных явлений известно, что яркость метеора зависит не только от его массы, но и в большей степени от его геоцентрической или доатмосферной скорости. Поэтому более быстрые и более крупные метеороиды порождают более яркие метеоры, доступные раз­личным методам наблюдений.

Все известные околоземные объекты имеют прямые движения, и большая их часть движется по орбитам с малыми наклонами. Это обстоятельство объясняет низкие геоцентрические скорости, низкую замечаемость метеоров, а, следовательно, и низкую замечаемость метеорных потоков. Низкая замечаемость метеорных потоков, связанных с околоземными объектами, обусловливается и высокой численностью спорадических метеоров на орбитах такого типа.

Влияние зенитного притяже­ния, то есть притяжения Земли, увеличивается с уменьшением скорости метеороидов и увели­чивает и площадь радиации ме­теорного потока. Это делает потоки с малыми геоцентрическими скоростями еще менее заметными. Поэтому выявляется связь астероидов, как правило, с малыми потоками или с такими, которые не выделяются непосредственно из метеорных наблюдений. Действительно, поворотной точкой в установлении связи ас­тероидов с метеорными потоками является открытие в 1983 году астероида Фаэтон и его связи с наиболее изученным метеорным потоком Геминид.

Рассмотрим более подробно метеорный комплекс Таурид (ТаипоБ). Первоначально считалось, что этот комплекс образо­вался при разрушении ядра ко­меты Энке. Гипотеза о том, что комплекс Таурид включает в себя несколько астероидов группы Аполлона, была предложена В. Клюбе и У. Непье в 1984 году. Сейчас в этом комплексе найдены 14 астероидов и крупный метеороид 1991 ВА (размер 10-15 м). Детальное исследование, вы­полненное Д. Стилом, показало, что в комплексе Таурид есть три группы тел. Первая группа из девяти астероидов с вероятностью 99% связана с комплексом Таурид. Вторая группа из пяти крупных тел связана или не связана с комплексом Таурид. И только астероид (2101) Адонис оказался вне этих групп.

Таким образом, при исследо­вании метеорного комплекса Та­урид были найдены два астерои­дных комплекса, образовавшиеся примерно 20 000 лет назад при разрушении более крупных тел. Размеры макротел комплекса Таурид составляют 0,5-2,0 км. Возможно падение этих тел на Землю. В результате могут прои­зойти явления класса падения тунгусского метеорита.
Связь метеорных потоков с околоземными астероидами реальна, но требуются дополнительные наблюдения метеоров, исследование их физических свойств и эволюции орбит.

Естественно, что крупные зе-млепересекающие объекты ко­метного происхождения, связан­ные с метеороидными роями, могут быть не их родительскими телами, а остатками прародите­льской кометы, при разрушении которой образовались и метео­роидный рой и сами эти объекты. Другими словами, землепе-ресекающие объекты являются просто более крупными членами метеороидных роев.

Приведенные факты показы­вают, что различия между асте­роидами, кометами и метеоро-идами практически стираются.
В качестве заключительного яркого примера можно привести объект Р/Шумейкер-Леви-9. Мы не можем точно сказать, был этот объект кометой или астероидом. Можно назвать его и ме-теороидным (астероидным, ко-метным) роем, давшим замечательный болидный (метеорный) поток в атмосфере Юпитера.Ю. В. Обрубов "Соросовский Образовательный Журнал"

Буйное детство семьи Солнца
Внешние пределы нашей системы — это не просто "свалка биллионов мелких обломков", оставшихся после "строительства" хорошо известной части нашего мира, состоящего из 9 планет и их спутников. Нет. Пояс Койпера, обширная зона, лежащая за орбитой Нептуна, может оказаться самой густонаселенной частью Солнечной системы с десятками, а может, и сотнями небольших ледяных, замерзших, и все же — планет, а не просто летающих булыжников, которых там и не счесть. Да, мы говорим о правильных сферах, каменных (по крайней мере — частично), с метановым или, может, водяным льдом на поверхности. Под валом открытий, Международный астрономический союз (IAU) крепко призадумался над новым разграничением понятий "планета", "астероид", "транснептуновый объект".

Давайте попробуем составить общую картину — что же такое — Солнечная система теперь?
Припомним только крупные объекты пояса Койпера, сильно волнующие астрономов, да и общество в целом: Квавар (Quaoar), Седна (Sedna), Икси-он (Ixion), Варуна (Varuna), Хаос (Chaos). К ним нужно добавить еще три новых имени (нео­фициальных, "code-name"): Санта (Santa), Истербанни (Easterbunny) и Ксена (Хепа), фигурируют под официальными обозначениями 2003 EL61, 2005 FY9n2003 UB313.
Из них Ксена представляет интерес, как самое крупное тело за орбитой Плутона, а Санта— как планетка с самым быстрым вращением. А мини-планета Истербанни интересна тем, что это уже третье из известных транснептуновых тел, на повер­хности которого обнаружен ме­тановый лед (другие два - Плутон и Ксена), что открывает заманчивые перспективы для анализа эволюции планет.

Но есть в поясе Койпера еще масса других объектов (в основ­ном они известны лишь под без­ликими номерами), диаметром в сотни километров или порядка тысячи километров. И никто не может гарантировать, что завтра астрономы не откроют там какое-нибудь удаленное и темное тело с поперечником, скажем, как у Меркурия или более того, не удивляйтесь — Земли.

Одними из главных постав­щиков сенсаций последних ме­сяцев в данной области являются Майкл Браун из Калифорнийского технологического института (Caltech), Чадвик Трухильо из гавайской обсерватории Джемини (Gemini Observatory) и Давид Рабинович из Йеля (Yale University).
Вот что они сообщают о по­следней троице (Санта, Истер­банни, Ксена): "Все три объекта— почти размером с Плутон или даже больше. Все находятся на эллиптических орбитах, сильно наклоненных к плоскости Сол­нечной системы". "Мы думаем, что особенности их орбит озна­чают: все эти тела были сфор­мированы куда ближе к Солнцу, а затем были выброшены на ны­нешние орбиты планетами-ги­гантами", — говорит Браун.

Загадки малых тел солнечной системы
Это интересно. Привычная стройная картина формирования системы колеблется. Ведь речь идет о случайном выбрасывании не одного-двух небесных тел а, возможно, десятков. Что же творилось тут четыре миллиарда лет назад?
Алан Штерн из The Space Review пишет: "Современные компьютерные модели формирования планет, составленные различными группами во всем мире, показывают, что от сотен до тысяч маленьких миров, в пределах от небольшой доли размера Плутона до (по меньшей мере) размера Земли — также формировались в процессе построения планет гигантов". Где же это все великолепие миров? Штерн пишет о подсказках, которые мы можем найти куда ближе, чем пояс Койпера, так богатый на сюрпризы.

Один такой ключ - это то, что спутник Плутона, Харон (его ди­аметр - примерно половина Плутона), кажется, сформирован гигантским ударом еще одного тела, почти такого же размера, как Плутон. "Что тут является самым важным, — поясняет Штерн, — дабы сделать такое столкновение более-менее вероятным, нужно, чтобы сотни или больше тел с диаметром в тысячу километров двигались по кругу в древней внеш­ней Солнечной системе".

Второй ключ - обратная орбита Тритона, спутника Нептуна - верный признак гравитацион­ного захвата.

Третий ключ - сильный наклон осей Урана и Нептуна - признак косого удара по ним тел, класса нескольких земных масс.
"Вычисления также показы­вают: чтобы иметь высокую ве­роятность таких столкновений, несколько дюжин таких крупных объектов должны были двигаться по кругу в областях Солнечной системы, занимаемых Ураном и Нептуном", - добавляет Штерн.
>Так представление о чинной и аккуратной "конденсации" про-топланетного облака в стройную систему с четырьмя внутренними скалистыми планетами, четырьмя газовыми гигантами - подальше от звезды, и как добавки — карлика Плутона - тает, заме­няется на картину бурной жизни десятков ранних планет со мно­жеством их столкновений и силь­ных изменений орбит. Вот и по­лучается, что в поясе Койпера теперь обитают планеты, которым, в некотором роде, не повезло тогда, во времена детства Солнечной системы.

Автор: Лукьяненко Л.А.

Научно-популярное онлайн издание "Меганаука"