Астероиды и их происхождение

Изучение астероидов[]

Изучение астероидов началось после открытия в 1781 году Уильямом Гершелем планеты Уран. Его среднее гелиоцентрическое расстояние оказалось соответствующим правилу Тициуса — Боде.

В конце XVIII века Франц Ксавер организовал группу из 24 астрономов. С 1789 года эта группа занималась поисками планеты, которая, согласно правилу Тициуса-Боде, должна была находиться на расстоянии около 2,8 астрономических единиц от Солнца — между орбитами Марса и Юпитера. Задача состояла в описании координат всех звёзд в области зодиакальных созвездий на определённый момент. В последующие ночи координаты проверялись, и выделялись объекты, которые смещались на большее расстояние. Предполагаемое смещение искомой планеты должно было составлять около 30 угловых секунд в час, что должно было быть легко замечено.

По иронии судьбы первый астероид, Церера, был обнаружен итальянцем Пиацци, не участвовавшим в этом проекте, случайно, в 1801 году, в первую же ночь столетия. Три других — (2) Паллада, (3) Юнона и (4) Веста были обнаружены в последующие несколько лет — последний, Веста, в 1807 году. Ещё через 8 лет бесплодных поисков большинство астрономов решило, что там больше ничего нет, и прекратило исследования.

Однако Карл Людвиг Хенке проявил настойчивость, и в 1830 году возобновил поиск новых астероидов. Пятнадцать лет спустя он обнаружил Астрею, первый новый астероид за 38 лет. Он также обнаружил Гебу менее чем через два года. После этого другие астрономы подключились к поискам, и далее обнаруживалось не менее одного нового астероида в год (за исключением 1945 года).

В 1891 году Макс Вольф впервые использовал для поиска астероидов метод астрофотографии, при котором на фотографиях с длинным периодом экспонирования астероиды оставляли короткие светлые линии. Этот метод значительно ускорил обнаружение новых астероидов по сравнению с ранее использовавшимися методами визуального наблюдения: Макс Вольф в одиночку обнаружил 248 астероидов, начиная с (323) Брюсия, тогда как до него было обнаружено немногим более 300. Сейчас, век спустя, 385 тысяч астероидов имеют официальный номер, а 18 тысяч из них — ещё и имя.

В г. две независимые группы астрономов из США, Испании и Бразилии заявили, что одновременно обнаружили водяной лёд на поверхности одного из самых крупных астероидов главного пояса — Фемиды. Это открытие позволяет понять происхождение воды на Земле. В начале своего существования Земля была слишком горяча, чтобы удержать достаточное количество воды. Это вещество должно было прибыть позднее. Предполагалось, что воду на Землю могли занести кометы, но изотопный состав земной воды и воды в кометах не совпадает. Поэтому можно предположить, что вода на Землю была занесена при её столкновении с астероидами. Исследователи также обнаружили на Фемиде сложные углеводороды, в том числе молекулы — предшественники жизни.

Тунгусский ударный астероид

30 июня 1908 года взрыв сотряс сибирский лес.

По данным NASA, восемьдесят миллионов деревьев были сплющены, оторваны от корней, а их ветви срезаны силой взрыва. Никто из людей не был убит, но погибли стада оленей. Ученые давно предполагали, что скалистое тело взорвалось над местом удара, но, что любопытно, никаких обломков не было найдено.

В 2007 году исследователи утверждали, что нашли ударный кратер в соседнем озере. Совсем недавно в статье, опубликованной в марте в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества», было предложено нечто гораздо более странное: астероид врезался в атмосферу Земли, а затем смог отскочить и вернуться в космос.

(65803) Дидим

Художественное представление астероида Дидим

Астероид Дидим и его крошечный спутник Диморф являются целью очень важной миссии. Миссия NASA DART будет направлена ​​на то, чтобы сбить меньший астероид с курса (это будет космическая генеральная репетиция), когда «большой» астероид будет приближаться к Земле

Ученые впервые попробуют метод, известный как метод кинетического воздействия.

Космический корабль стартует в 2021 году и достигнет дуэта год спустя. Он осмотрит астероиды, а затем выстрелит снарядом в Диморф, чтобы оттолкнуть его от траектории. Вскоре еще один космический корабль, разработанный ESA, прибудет на астероиды, чтобы осмотреть повреждения.

Определение формы и размеров астероида[]

Астероид (951) Гаспра. Одно из первых изображений астероида, полученных с космического аппарата. Передано космическим зондом «Галилео» во время его пролёта мимо Гаспры в 1991 году (цвета усилены)

Первые попытки измерить диаметры астероидов, используя метод прямого измерения видимых дисков с помощью нитяного микрометра (англ.)русск., предприняли Уильям Гершель в 1802 и Иоганн Шрётер в 1805 годах. После них в XIX веке аналогичным способом проводились измерения наиболее ярких астероидов другими астрономами. Основным недостатком данного метода были значительные расхождения результатов (например, минимальные и максимальные размеры Цереры, полученные разными учёными, отличались в десять раз).

Современные способы определения размеров астероидов включают в себя методы поляриметрии, радиолокационный, спекл-интерферометрии, транзитный и тепловой радиометрии.

Одним из наиболее простых и качественных является транзитный метод. Во время движения астероида относительно Земли он иногда проходит на фоне отделённой звезды, это явление называется покрытие звёзд астероидом. Измерив длительность снижения яркости данной звезды и зная расстояние до астероида, можно достаточно точно определить его размер. Данный метод позволяет достаточно точно определять размеры крупных астероидов, вроде Паллады.

Метод поляриметрии заключается в определении размера на основании яркости астероида. Чем больше астероид, тем больше солнечного света он отражает. Однако яркость астероида сильно зависит от альбедо поверхности астероида, что в свою очередь определяется составом слагающих его пород. Например, астероид Веста из-за высокого альбедо своей поверхности отражает в 4 раза больше света, чем Церера и является самым заметным астероидом на небе, который иногда можно наблюдать невооружённым глазом.

Однако само альбедо тоже можно определить достаточно легко. Дело в том, что чем меньше яркость астероида, то есть чем меньше он отражает солнечной радиации в видимом диапазоне, тем больше он её поглощает и, нагреваясь, излучает её затем в виде тепла в инфракрасном диапазоне.

Метод поляриметрии может быть также использован для определения формы астероида, путём регистрации изменения его блеска в процессе вращения, так и для определения периода этого вращения, а также для выявления крупных структур на поверхности. Кроме того, результаты, полученные с помощью инфракрасных телескопов (англ.)русск., используются для определения размеров методом тепловой радиометрии.

Кто открыл пояс астероидов?

О существовании пояса астероидов не было известно до середины 19 века

Однако область между Марсом и Юпитером привлекала внимание астрономов задолго до этого — они искали там планету

В 1766 году немецкий астроном Иоганн Даниэль Тициус выдвинул следующую гипотезу: если считать от центра Солнечной системы, каждая следующая планета будет располагаться примерно в два раза дальше, чем планета перед ней. Согласно этой гипотезе (теперь известной как правило Тициуса-Боде), между орбитами Марса и Юпитера должна была находиться еще не открытая планета!

Многие увлеклись этой идеей. Например, группа немецких астрономов под названием “Небесная полиция” организовала крупный международный проект для поисков неизвестной планеты. Однако их опередил итальянский астроном Джузеппе Пьяцци, открывший Цереру в 1801 году. Местонахождение этого небесного тела почти точно соответствовало правилу Тициуса-Боде.

Разумеется, ученые сперва решили, что Церера и есть та самая “потерянная” планета. Однако вскоре в той же области Солнечной системы обнаружились и другие похожие объекты. В 1802 году удача улыбнулась “Небесной полиции”: Генрих Ольберс (автор парадокса Ольберса) открыл Палладу. После этого “Полиция” добилась успеха еще дважды: в 1804 году Карл Хардинг обнаружил Юнону, а в 1807 году Генрих Ольберс открыл Весту.

По мере того как ученые находили все больше и больше небесных тел между Марсом и Юпитером, становилось очевидным, что эти тела слишком малы, чтобы считать их планетами. Английский астроном Уильям Гершель предложил термин “астероид”, и он прижился. Словосочетание “пояс астероидов” вошло в обиход примерно в 1850-х годах.

Таким образом, у пояса астероидов нет первооткрывателя. Джузеппе Пьяцци обнаружил первый объект в этой области Солнечной системы, а за ним последовали другие астрономы.

Одно интересное замечание о правиле Тициуса-Боде, из-за которого все началось: когда в 1846 году был открыт Нептун, оказалось, что его местоположение не соответствует предсказаниям Тициуса. Судя по всему, правило Тициуса-Боде — не более чем математическая случайность, а вовсе не физический закон!

Как образуются и эволюционируют астероиды

Астероид — небесное тело, бороздящее космические горизонты. Геологическое происхождение этих объектов относится к ранней стадии становления Солнечной системы. Малые панетоподобные тела образовывались из-за сильного гравитационного притяжения плотного газа, прочих космических частиц и звездной пыли, вращавшихся вокруг Солнца.

Взаимное притяжение помогло плеяде астероидов набрать исполинскую массу. Некоторые из них сейчас представляют собой бесформенные глыбы размером от 100 м до нескольких сотен километров. Только крупнейшие объекты имеют сферическую форму, приближенную к шару.

Образование астероидов[]

Считается, что планетезимали в поясе астероидов эволюционировали так же, как и в других областях солнечной туманности до того времени, пока Юпитер не достиг своей текущей массы, после чего вследствие орбитальных резонансов с Юпитером из пояса было выброшено более 99 % планетезималей. Моделирование и скачки распределений скоростей вращения и спектральных свойств показывают, что астероиды диаметром более 120 км образовались в результате аккреции в эту раннюю эпоху, в то время как меньшие тела являются осколками от столкновений между астероидами во время или после рассеивания изначального пояса гравитацией Юпитера. Церера и Веста приобрели достаточно большой размер для гравитационной дифференциации, при которой тяжёлые металлы погрузились к ядру, а кора сформировалась из более лёгких скальных пород.

В модели Ниццы многие объекты пояса Койпера образовались во внешнем поясе астероидов, на расстоянии более чем 2,6 а.е. Большинство из них были позже выброшены гравитацией Юпитера, но те, что остались, могут быть астероидами класса D, возможно, включая Цереру.

Часто задаваемые вопросы

Как далеко от Земли находится пояс астероидов?

Расстояние от Земли до ближайшей к нам границы пояса астероидов составляет от 1,2 до 2,2 астрономических единиц. Напомним, что одна астрономическая единица – это среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 150 млн км.

Сколько астероидов в главном поясе?

Согласно данным Европейского космического агентства, пояс астероидов содержит от одного до двух миллионов астероидов диаметром более одного километра. Кроме того, в этой области находятся миллионы более мелких космических тел. По состоянию на апрель 2022 года астрономы обнаружили и пронумеровали главного пояса.

Какой самый крупный объект в поясе астероидов?

Крупнейший объект в поясе астероидов — это карликовая планета Церера, диаметр которой составляет 940 км. Посмотрите наше видео о Церере, чтобы узнать интересные факты о ней.

Почему вместо пояса астероидов не образовалась планета?

Пояс астероидов не превратился в планету, так как расположен слишком близко к Юпитеру. Сильнейшее гравитационное влияние газового гиганта не позволило астероидам соединиться в одно небесное тело.

Что за красные объекты обнаружили в поясе астероидов?

В июле 2021 года Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) обнаружило два огромных астероида, оттенок которых был намного более красным, чем у любого другого объекта в главном поясе. Эти два астероида — (203) Помпея и (269) Юстиция. Ученые считают, что они могли образоваться у внешней границы Солнечной системы, а затем мигрировать в пояс астероидов около 4 миллиардов лет назад.

Возможно ли добывать ископаемые в поясе астероидов?

Теоретически это возможно. Идеальным кандидатом для такого промышленного освоения мог бы стать, например, астероид (16) Психея, который, возможно, состоит из железа и никеля. По некоторым оценкам, этот астероид может стоить сотни квинтиллионов долларов! Однако добыча полезных ископаемых на астероиде — чрезвычайно сложная задача, требующая технологий, которыми человечество пока не располагает.

Подводим итог: В поясе астероидов между Марсом и Юпитером находятся миллионы космических тел самых разных форм и размеров. Скорее всего, астероиды — это “стройматериалы”, оставшиеся со времен формирования Солнечной системы, которые не смогли образовать планету из-за гравитационного влияния Юпитера. Следующая космическая миссия к астероиду главного пояса — это миссия НАСА “Psyche”, запуск которой запланирован на 2023 год.

Состав пояса Астероидов

Многие астероиды представлены скалистым материалом, но некоторые располагают железом и никелем. Остальные обладают примесями углеродов, льдом и летучими веществами.

Изображение Весты, полученное во время близкого прохода аппарата Dawn в 2011-м году

На территории пояса проживает три вида астероидов: С (углеродистые), S (силикатные) и М (металлические). С-тип богат на углерод, доминирует над внешними территориями и вмещает более 75% наблюдаемых объектов. По поверхностному составу соотносятся с углеродистыми медно-хондритовыми метеоритами, а спектры демонстрируют древнюю Солнечную систему.

S-тип чаще встречаются во внутренней части при удаленности в 2.5 а.е. от Солнца. Обычно представлены силикатами и некоторыми металлами. Полагают, что их материал изменился со временем из-за плавления и реформации. Можете изучить главные небесные тела в поясе астероидов Солнечной системы.

Объект	Средний диаметр	Объём (109 км3)	Масса 1017 кг	Плотность г/см3	Тип объекта
Церера	950,0 км	0,437	9500	2,08	Карликовая планета
Паллада	532,0 км	0,078	2110	2,8	Астероид
Веста	529,2 км	0,078	2620	3,42	Астероид
Гигея	407,12 км	0,04	885	2,5	Астероид
Эрос	16,84 км	?	(0,0669 ± 0,00002)	2,670	Астероид
Ида	59,8 × 25,4 × 18,6 км	?	0,42	2,6 ± 0,5	Астероид
Аннафранк	6,6 x 5,0 x 3,4 км	?	0,0013	2,300	Астероид
Матильда	66 × 48 × 46 км	?	(1,033 ± 0,044)	1,300 ± 0,2	Астероид
Итокава	0,33 км	?	0,0000000351	1,9 ± 0,13	Астероид

М-типа представляют 10% от общего количества и наполнены железо-никелевым и силикатным соединениями. Есть предположение, что определенная часть могла появиться из металлических ядер дифференцированных астероидов.

Есть также редкая разновидность V-типа (базальтовые). В 2001 году предположили, что большая часть базальтовых астероидов произошла от Веста. Но потом выяснили, что они отличались по составу. Считается, что их должно быть много, но 99% предсказанных объектов просто отсутствуют.

Классификация образований

Систематизация и классификация астероидов производится по типам орбитальных траекторий и параметрам отраженного спектра солнечного света с поверхности объекта.

По орбитам

По принципу характеристик космических траекторий у астероидов различаются:

• группы — относительно свободные образования, получающие названия по имени первого небесного тела, обнаруженного на этой орбите;
• семейства — уплотненные типы объединений малых тел, образовавшихся в результате столкновения крупных космических объектов.

В основе общей классификации астероидов лежат характеристики их орбит. Credit: newsbel.by

Спектральные классы

По химическому составу выделяют 3 фундаментальные группы астероидов, относящиеся к 3 массовым спектральным классам:

1. Класс С — самый многочисленный вид среди астероидов. К данному типу относятся до 75% наблюдаемых объектов Солнечной системы, отличаются высоким содержанием углерода в своем составе. Это темные небесные тела с альбедо в диапазоне 0,03 — 0,1 мкм. Среди представителей этого класса выделяются: Гигея, Аврора, Европа.
2. Класс S — к этой группе относятся 17% изученных космических тел, которые имеют кремниевый состав и выделяются повышенным содержанием силикатов. Объекты с умеренной яркостью и альбедо в диапазоне 0,1 — 0,22 мкм. В этой группе: Паллада, Юнона, Ирида, Геркулина.
3. Класс M — малочисленная и недостаточно изученная группа космических тел, состоящих в основном из металлов с примесью каменной породы. Обладают умеренным альбедо в диапазоне 0,1 — 0,2 мкм. Астероиды данного класса: Психея, Лютеция, Каллиопа.

Когда ученые с помощью современных телескопов-рефлекторов получили возможность изучать больше планетоподобных тел, список расширился, сегодня помимо основных выделяют следующие виды объектов:

Класс	Характеристики
А	Выделяются красноватым свечением в видимой части спектра и высоким альбедо 0,17 — 0,35 мкм
B	Являются подвидом углеродного класса C, имеют голубоватое свечение в спектре, но плохо поглощают световые волны ниже 0,5 мкм
D	Выделяются равномерным красноватым свечением и крайне низким альбедо 0,02 — 0,05 мкм
E	Поверхность данных объектов в химическом составе содержит силикатный минерал энстатит, устойчивый к плавлению, сходный по структуре с ахондритами — каменными метеоритами
F	Единственное отличие от класса B — в структуре данных типов отсутствуют следы H2O
G	Углеродные тела, имеющие низкое альбедо и бесцветное плоское свечение в видимом диапазоне спектра, вызванное ультрафиолетовым поглощением
P	Предположительно самые древние астероиды, обладающие равномерным красноватым свечением в видимом диапазоне и низким альбедо 0,02 — 0,07 мкм
Q	В спектре этих астрономических тел видны яркие линии породообразующих минералов — оливина и пироксена, что указывает на наличие металлов в их химическом составе
R	Редкий тип звездных тел с высоким альбедо около 0,7 мкм, с красноватым свечением в видимом диапазоне и широкой полосой поглощения, указывающей на присутствие оливина, пироксена и других металлов
T	Астероиды с низким альбедо имеют красноватое свечение с умеренным поглощением, сходны по своим параметрам с классами P и D, но отличаются углом наклона на орбите
V	Астрономические тела данного вида сходны с классом S. Они обладают умеренной яркостью, состоят из кремния, силикатов и хондритов (железа), отличаясь повышенным содержанием пироксена. Класс получил название в честь первого астероида этого типа — Весты
J	Объекты этого класса предположительно произошли из внутреннего тела Весты, спектр свечения сходный с классом V, главное отличие — мощные линии поглощения в диапазоне 1 мкм

Данная классификация не считается закрытой и при получении учеными новых данных список классов может быть расширен.

Спектральный класс — одна из характеристик астероидов.  Credit: iteranet.ru

Сортировка по размеру

Ученые предполагают, что в Солнечной системе находится больше 1 млн планетоподобных астрономических тел размером более 1 км в диаметре. Крупных астероидов с показателем от 100 км — около 240. Приблизительное соотношение диаметра небесного тела к количеству объектов, обнаруженных в видимом Космосе, показано в таблице:

Диаметр в км	900	500	300	200	100	50	30	10	5	3	1	0,5	0,3	0,1
Количество астероидов	Церера	Паллада Веста Гигея	Интерамния Европа Сильвия Ефросина Гектор	30	200	600	1100	10000	90000	200000	750000	2000000	4000000	25000000

Структура пояса Астероидов

Несмотря на распространенное заблуждение, главный пояс астероидов выступает по большей части пустым пространством, где объекты отдалены на большие дистанции. Но мы знаем о присутствии сотен тысяч астероидов, а общее число может приближаться к миллиону. Примерно 200 объектов в диаметре охватывают 100 км, а ИК-обзор показал 0.7-1.7 млн. астероидов с протяжностью в 1 км и больше.

Сравнение размеров некоторых астероидов главного Пояса

Пояс астероидов находится между Марсом и Юпитером на расстоянии 2.2-3.2 а.е. от Солнца и охватывает в протяжности 1 а.е. Общая масса достигает от 2.8 х 1021 кг до 3.2 х 1021 кг, что приравнивается к 4% лунной. Примерно половина массы уходит на 4 крупнейших объекта: Церера (1/3), 4 Веста, 2 Паллада и 10 Гигея.

Главную популяцию пояса иногда делят на три зоны, основанные на разрыве Кирквуда. Его наименовали в честь Даниэля Кирквуда, который в 1866 году нашел зазоры между орбитальными путями астероидов.

Зона I расположена между резонансами 4:1 и зазорами Кирквуда 3:1, что соответствует удаленности от Солнца на 2.6 а.е. и 2.5 а.е. Зона II продолжается от конца I до резонансной щели 5:2 (2.88 а.е.). Зона III идет от внешнего края II до зазора 2:1 (3.28 а.е.).

Главный пояс астероидов между планетами также делят на внутренний и внешний, где первый формируется приближенными к Марсу астероидами, а внешний ближе к орбитальному пути Юпитера. Астероиды с удаленностью в 2.06 а.е. от звезды можно воспринимать как внутреннюю границу.

Температура в поясе меняется в зависимости от удаленности от солнечных лучей. Для внутренних частичек градус понимается к -73°С при дистанции в 2.2 а.е. и до -108°С при 3.2 а.е.

Открытие астероидов

Первый астероид в истории исследования Космоса открыл итальянский астроном и математик Джузеппе Пиацци (1746 — 1826). Произошло это в 1801 г. в обсерватории Палермо. Вновь открытое небесное тело назвали Церера, изначально приняв за малую планету. Обнаруженные за 6 лет после открытия первого астероида похожие космические объекты получили имена:

• Паллада (1802);
• Юнона (1804);
• Веста (1807).

За 30 лет после их обнаружения ученым не удавалось найти ни одного астероида. Пятую малую планету обнаружили только в 1845 г., она получила имя Астрея. Уже после этой находки астрономы каждый год делали подобные открытия.

В XXI в. официально зарегистрировано 385 тыс. астероидов, из которых 18 тыс. имеют собственное имя. 24 августа 2006 г. Церере, первому открытому астероиду в истории человечества, присвоен статус карликовой планеты.

Классификация астероидов

На данный момент в Солнечной системе насчитали порядка 670 тысяч астероидов (хотя полагают, что их больше раза в 2-3). Большая часть из них имеет свой номер (поскольку орбиты, по которым они движутся, определены), ну а малая часть даже удостоилась получить своё название. Большинство из всех известных этих объектов расположены в главном поясе астероидов (между орбитами планет Марс и Юпитер).

Интересно, что в астероидном поясе вращается и карликовая планета — Церера (по размерам и массе вдвое превышает самые крупные астероиды). Раньше она также относилась к астероидам, но не так давно изменила свой статус (в 2006г). Теперь самым крупным астероидом в поясе является Паллада, его диаметр составляет 532 километра. А вот самым тяжёлым является Веста (2,59·1020кг).

Астероиды могут быть как одиночными объектами, так и разделёнными на группы и семейства. Такое деление происходит после наблюдения и анализа их орбит. Те объекты, что движутся по одной орбите, относят к одной группе. А вот деление на семейства происходит более тщательно. Как правило, это осколки астероидов, столкнувшихся в прошлом.

Спектральные классы астероидов

А вот эта система классификации опирается не на орбиты астероидов, а на их показатели — цвет, альбедо (характеристика способности отражения от поверхности) и иные. Исходя из их характеристик, астероидам присваивают классы. Благодаря такому подходу удалось выяснить, что около 75% астероидов — углеродные (класс С), 17% — силикатные (класс S), ну и большая часть из оставшихся — металлические (класс M). Правда, это совсем не значит, что состоят они только из этих элементов — присутствуют и другие.

Существует также множество других классов, могущих рассказать сведущим людям о данном астероиде практически всё. Так, например, к классу А относят объекты с высоким альбедо (0,17-0,35), а к классу D — с низким.К слову, такая классификация довольно сложна и не всегда предельно точно отражает информацию. Не редкостью является то, что после повторных наблюдений открываются новые факты, в результате чего астероидам присваиваются другие классы.

Более понятным является деление по размерам.Так, астероидов, перешагнувших рубеж в 500 км (в диаметре), всего 3, и они довольно сильно выделяются из всех. Ещё несколько объектов обладают диаметром в 300-400 км. Ну а больше всего, понятно, мелких астероидов. Ведь многие из астероидов сталкиваются, в результате чего от каждого из них откалываются куски или они вовсе разрушаются на множество мелких. Поэтому большинство астероидов имеют размеры около 100 метров.