Химический состав
Как известно, каждый межзвездный астероид обладает своим спектром. По сути, по нему определяют состав.На самом деле, выделяют три основных спектральных класса:
- С — углеродные.
- S — силикатные.
- М — металлические.
Чем отличается каждый из них, в принципе, понятно. Например, класс С (а это 75% всех тел) состоит преимущественно из простых углеродных соединений, а класс М отличается повышенным содержанием различных металлов и т.д.
Расположение
Впрочем, состав и температура астероидных объектов зависит от их расстояния до Солнца, а также альбедо. Так, ближе всего к звезде располагаются каменные представители из безводных силикатов. Между тем, углеродные находятся значительно дальше.
По большому счёту, чем ближе к Солнцу, тем выше температура. Стоит отметить, что в результате вращения нагрев на дневной и ночной сторонах различаются.
История открытий астероидов
В 1766 году немецкий математик Иоганн Тициус вывел формулу, которая позволяет посчитать приблизительные радиусы орбит планет Солнечной системы. Работоспособность этой формулы была подтверждена после открытия Урана в 1781 году, радиус орбиты которого совпадает с предсказанным значением. Позже была сформирована группа астрономов, которая занималась поиском планеты, орбита которой пролегала между Юпитером и Марсом.
Таким образом, астрономы наткнулись на большое количество разных небесных тел, которые, тем не менее, нельзя было причислить к планетам. Среди них оказались такие астероиды как Паллада, Юнона и Веста. Примечательно, что первым открытым астероидом являлась Церера, которую к тому же обнаружил итальянский ученый Джузеппе Пиацци, не числящийся в вышеупомянутой группе астрономов.
Церера, снимок зонда Dawn
Потерпев неудачу в поиске планеты между Юпитером и Марсом, астрономы опустили руки. Однако спустя некоторое время пояс астероидов стал привлекать все больше ученых, благодаря которым сегодня известно более 670 000 астероидов, 422 00 из которых имеют собственный номер, а 19 000 — имена.
Что такое астероиды
Астероиды — это твердые каменистые тела, которые вращаются вокруг Солнца. Этим они повторяют поведение планет, но не могут называться так из-за своих небольших размеров. Они относятся к категории «малых тел Солнечной системы». Хотя их там миллионы, их общая масса меньше, чем у Луны.
Астероиды образовались около 4,6 млрд лет назад, в ранний этап формирования Солнечной системы. Тогда будущие планеты переживали стадию «планетезималей». В этот период небольшие космические частицы постепенно притягиваются друг к другу, повышается температура в центре, за счет чего они плавятся и образуется протопланета. Нынешние астероиды — «побочные продукты» того процесса. Ученые предполагают, что многие спутники планет — бывшие астероиды, которых «захватило» гравитационное поле крупного объекта, заставив вращаться вокруг него.
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.
Важен пояс астероидов
И когда Юпитер мигрировал, он слегка коснулся пояса астероидов. При этом камней в нем стало меньше. Многие были выброшены из системы или уничтожены. Это было хорошо, потому что если бы пояс продолжал содержать столько же астероидов, как и изначально, то столкновения с Землей были бы гораздо более частыми. И это вовсе не обязательно было бы хорошо для появления жизни. С другой стороны, если бы Юпитер мигрировал прямо через пояс, все астероиды были бы рассеяны.
Таким образом мы видим, что Солнечной системе нужна была не только большая планета, которая сформировалась в нужном месте — за снеговой линией, но и такая, что еще смогла и мигрировать правильным образом.
Астрономы еще пока не знают достаточно подробностей о других планетных системах, чтобы понять, похожа ли ситуация там на нашу. Но текущие данные не очень обнадеживают. Однако у ученых есть возможность проанализировать имеющиеся данные и выяснить, сколько больших экзопланет находится впереди или позади своих снеговых линий
Ученые установили интересный факт – большинство экзопланет не находятся в правильном положении для создания «правильного» пояса астероидов.
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.
Пролеты космических аппаратов
Первым аппаратом, сделавшим снимки астероидов, была космическая станция «Галилео». В 1991 году она сфотографировала астероид Гаспра, а в 1993 году – Ида. После того, как были получены эти снимки, НАСА приняло решение, что любой космический аппарат, который будет пролетать недалеко от пояса астероидов, должен попытаться сделать фотоснимки этих объектов. С тех пор в непосредственной близости от астероидов проходили такие космические аппараты, как «NEAR Shoemaker», «Стардаст», всемирно известная «Розетта» и другие.
Составное изображение северной полярной области астероида Эрос
Ученые предложили новую теорию происхождения пояса астероидов
NASA/ESA/STScI Основной гипотезой происхождения пояса астероидов в Солнечной системе считалось его формирование из планетарного эмбриона. Из-за гравитационного влияния Юпитера из него так и не смогла образоваться планета, а его остатки в виде астероидов сконцентрировались в узкой области между Марсом и Юпитером. В своем новом исследовании ученые предположили, что на самом деле никакого планетарного эмбриона не было, а пояс образовался из обломков планет в процессе их формирования и практически сразу принял свой нынешний вид. Статья опубликована в Science Advances
Главный пояс астероидов представляет собой скопление астероидов в пространстве между орбитами Марса и Юпитера. Сейчас пояс астероидов имеет довольно маленькую массу (суммарная масса всех астероидов примерно в 25 раз меньше массы Луны), и довольно неоднородную структуру. До настоящего момента основной теорией образования пояса астероидов было его формирование из планетезимали в области между современными орбитами Марса и Юпитера. При этом масса планетезимали была сравнима с массой Земли (что примерно в 2000 раз больше текущей суммарной массы всех астероидов в поясе). Из-за гравитационного взаимодействия с Юпитером и другими планетами-гигантами планетезималь стала неустойчивой, и, вместо планеты, из нее сформировалась группа астероидов. А в результате орбитального резонанса с Юпитером основная их масса оказалась выброшена за пределы Солнечной системы.
В своем новом исследовании астрофизики из Франции и Бразилии выдвигают гипотезу, что пояс астероидов образовался не из пленетезимали в газопылевом диске, а как набор побочных продуктов при формировании планет Солнечной системы
Ученые обратили внимание на неоднородность состава пояса астероидов: астероиды силикатного типа, близкие по своим свойствам и составу к планетам земной группы, находятся во внутреннем кольце, а астероиды углеродного типа, наоборот, близкие по составу к планетам-гигантам, — во внешнем. По словам астрофизиков, это может говорить, что астероиды образовались в качестве обломков при формировании других планет, после чего их выбросило в область между Марсом и Юпитером, где они располагаются сейчас
Для подтверждения предложенной гипотезы ученые промоделировали процесс образования планеты земной группы из газопылевого диска и проверили, возможно ли в процессе формирование планеты обломков, которые будет мигрировать в сторону планет-гигантов и концентрироваться в определенной области. Формирование каждой из четырех планет было промоделировано отдельно с учетом гравитационного влияния Юпитера и Сатурна с соответствующим орбитальным резонансом. Собрав вместе все данные, ученые получили информацию о возможном распределении силикатных астероидов. А изучив дополнительно механизм роста газовых гигантов, ученые пришли к выводу, что газовая аккреция могла привести к дестабилизации их орбит и последующему выбросу астероидов углеродного типа в область ближе к Солнцу.
Полученное в результате моделирования возможное распределение силикатных (S-типа) и углеродных (C-типа) астероидов в главном поясе
S. N. Raymond and A. Izidoro/ Science Advances, 2017
Поделиться
Исходя из полученных данных, ученые оценили наклон и эксцентриситет орбит образовавшихся осколков и пришли к выводу, что предложенный ими механизм действительно мог привести к образованию пояса астероидов в его современном виде. Таким образом, скорее всего, пояс астероидов сразу сформировался в своем нынешнем довольно разреженном виде с маленькой массой и неоднородным распределением по составу.
Возможность промоделировать процесс формирования планет уже не первый раз за последнее время приводит к появлению новых гипотез о происхождении объектов Солнечной системы. Так, недавно ученые предложили новый сценарий формирования Марса, который, вероятно, образовался как раз на месте современного расположения пояса астероидов.
Александр Дубов
Космические миссии к астероидам
Но что же делать, когда опасный астероид, летящий в сторону Земли, обнаружен? Множество идей есть у Голливуда: от взрыва атомной бомбой в «Армагеддоне» до расщепления на полезные ресурсы в «Не смотрите наверх». Однако астрономы сходятся во мнении, что самый эффективный способ намного проще: достаточно лишь изменить курс небесного тела. В конце ноября 2021 года NASA запустило космический корабль проекта DART. Он весит 600 кг и выглядит как коробка размером с машину с солнечными панелями по бокам. Осенью 2022 года он должен врезаться в спутник астероида Диморф на скорости 24 тыс. км/ч. Последний не представляет угрозу Земле, но столкновение должно доказать, что траекторию полета астероидов и комет можно менять. Если опыт закончится успешно, в NASA разработают аналогичную стратегию для любой потенциальной космической угрозы в будущем.
Самый большой
Поэтому будет справедливо сказать, что астероиды являются важным фактором, когда речь идет о возникновении земной жизни. Тот факт, что у нас есть пояс астероидов во внутренней части Солнечной системы, связан с Юпитером. Юпитер рос быстрее всех планет, когда формировался, и в итоге стал самой большой планетой Солнечной системы. Поскольку он был очень большим, его гравитационные возмущения могли помешать формированию планеты в его окрестностях. И именно поэтому между Марсом и Юпитером нет другого крупного небесного тела, а только кучка астероидов. Но если бы Юпитер образовался дальше от Солнца, пояс астероидов тоже был бы далеко (как и пояс Койпера). И у астероидов было бы мало шансов столкнуться с Землей. Если бы Юпитер был ближе к Солнцу, было бы слишком жарко. И астероиды не содержали бы льда.
Кроме того, очень интересно вот еще что – то, как двигался Юпитер. Да, сейчас он все время движется вокруг Солнца. Однако ранее его траектория движения менялась. Эту фазу развития Солнечной системы астрономы называют «миграцией планет».
Состав
Изображение: NASA / JPL-Caltech
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.
Опасность астероидов
Стоит отметить, что столкновения астероидов с Землей в прошлом происходили достаточно часто. Особенно в период формирования Солнечной системы. На Земле обнаружено не менее 6 следов катастроф, указывающих на столкновение с объектами диаметром 10 км и более. Одно из этих столкновений, произошедшее около 70 млн. лет назад, как предполагают ученые, привело к глобальному изменению климата. И спровоцировало вымирание динозавров. Может быть, если это событие не произошло бы, эволюция пошла по другому пути. И сейчас Землю населяли бы не люди-млекопитающие, а люди-рептилоиды. Возможно столкновение Земли с гигантским метеоритом произошло не случайно. Его сознательно устроили инопланетяне, желавшие пустить эволюцию на планете по нужному им пути. И сейчас они продолжают наблюдать за нами. А их корабли, которые мы называем НЛО, часто посещают Землю (шутка).
В настоящее время потенциальной опасности для планеты от столкновения с астероидом не наблюдается. Единственным претендентом на эту роль является Апофис. это довольно большой астероид, который в 2029 году может столкнуться с Землей. Однако вероятность этого события сравнительно невелика. Правительства развитых стран имеют специальные службы, призванные отслеживать вероятные угрозы из космоса. Вот только как предотвратить угрозу в случае ее возникновения – пока никто не знает…
Изучение
Исследования астероидов важны не только в научных целях. Редкие металлы и другие вещества в составе многих объектов могут стать источником ресурсов для прикладных и технических целей.
Главный пояс исследуется с помощью межпланетных космических зондов. Аппарат DAWN исследовал Цереру и Весту с 2011 по 2016 гг. Не так давно с Земли стартовал зонд LUCY. В 2025 году он должен сблизиться с объектом пояса под названием Дональд Джохансон и прислать фотографии его поверхности.
Орбиту пояса пересекали исследовательские зонды Вояджер-1, Пионер-10 и Пионер-11, Галилео, Улисс, Розетта, NEAR Shoemaker, Новые горизонты и Кассини-Гюйгенс.
Несмотря на свои малые размеры, астероиды важны с научной и практической точек зрения. Некоторые из них сохранились с самых ранних стадий формирования Солнечной системы. Их изучение позволит понять процессы образования планет и других небесных тел.
Открытие пояса астероидов
Астероид Веста
Первый, кто задумался над существованием загадочной планеты Фаэтон, был немецкий физик Иоганн Тициус. В 1766 году он нашел формулу, согласно которой можно было рассчитать примерное расположение всех планет Солнечной системы. Суть этой формулы заключалась в том, что порядковое расстояние планет от Солнца возрастает в геометрической прогрессии. Именно при помощи данной формулы в 1781 году был открыт Уран, что убедило многих ученых в правдивости закона межпланетного расстояния.
Согласно правилу Тициуса, на расстоянии между Марсом и Юпитером должна была существовать планета.
Открытие Цереры
Церера, снимок межпланетного зонда Dawn
1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци, наблюдая за звездным небом, открыл первый объект пояса астероидов – карликовую планету Цецера. Затем в 1802 году был открыт еще один крупный объект – астероид Паллада. Оба этих космических тела двигались примерно на одинаковой орбите от Солнца – 2,8 астрономических единицы. После открытия в 1804 году Юноны и в 1807 Весты – крупных небесных тел, двигавшихся по той же самой орбите, что и предыдущие, открытия новых объектов в этой области космоса прекратились до 1891 года. В 1891 году немецкий ученый Макс Вольф, используя метод астрофотографии, в одиночку обнаружил между Марсом и Юпитером 248 мелких астероидов. После чего, открытия новых объектов в этой области неба посыпались одно за другим.
Пояс астероидов — наблюдения за его объектами.
Большинство тел пояса астероидов являются слишком слабыми объектами для наблюдений с Земли в любительские телескопы.
Но, на деле не всё так плохо.
Блеск Цереры колеблется примерно от 6,7 до 9,3m.
Блеск Весты, самой яркой из малых планет, достиг рекордных 5,3m в 1989 году.
Наибольший блеск Паллады — около 6,5mТо есть, во время наибольшей яркости, эти астероиды теоретически могут различаться невооружённым глазом как самые слабые звёзды.
Естественно, для того чтобы увидеть астероиды своими глазами, без телескопа, небо должно быть идеально чёрным, без засветки от уличных фонарей. Но, проще взять обычный бинокль — в него эти астероиды видны уже уверенно видны как маленькие звёздочки.
Блеск Гигеи не превышает 7,2m даже при наибольшем сближении с Землёй, что маловато при размерах 520х360 км. — уже нужен телескоп.
Виной тому — тёмная поверхность Гигеи.
Остальные тела Главного пояса астероидов радуют высокой яркостью редко — во время Противостояний, когда Земля находится между ними и Солнцем (как и четыре астероида названные выше).
Но, и в это время, рассмотреть их можно только в телескоп — это довольно мелкие объекты и видны также — как слабые звёздочки.
Пример тому — этот снимок Цереры, сделанный телескопом Хаббл:
Как я уже писал выше, проще всего увидеть желаемый астероид когда он находится в противостоянии к Солнцу относительно Земли.
Тогда его расстояние до Земли минимально, а видимая освещаемая поверхность — наибольшая.
Для этого есть специальные астрономические таблицы.
Да, возможно наблюдения за астероидами Главного пояса не столь зрелищны.
Однако, астроному-любителю с нереализованными научными наклонностями и запасом терпения здесь есть где развернуться.
Потому что увидеть своими глазами далёкий астероид, вычислить и точно знать что это именно он, собрать коллекцию увиденных астероидов —
это не только спорт, но и ни с чем не сравнимое удовлетворение от трудных наблюдений.
Можно забыть какой сейчас век и представить себя исследователем годов этак 1950-ых…
Тогда возникает непередаваемое чувство первопроходца, романтика начала эры освоения космоса,
когда есть только ты с телескопом и мало что ещё открыто.
Наблюдение за Главным поясом астероидов — это «астрономия не для всех».
Но, каждому — своё…
Николай Курдяпин, kosmoved.ru