астероиды что это такое
Что такое астероид
В этой статье мы подробно расскажем, что такое астероиды: как они появились, их состав и свойства, а также какова их потенциальная опасность для нашей планеты.
Астероидами называются объекты Солнечной системы различной формы и относительно небольших размеров. Эти небесные тела также движутся по определенным орбитам вокруг Солнца. Ранее синонимом астероиду являлось определение «малая планета», сейчас же они отнесены в группу малых тел Солнечной системы.
Гипотезы происхождения
Долгое время считалось, что пояс астероидов Солнечной системы образовался из несостоявшейся планеты. Гравитационное воздействие раннего Юпитера препятствовало образованию еще одной твердотельной планеты и между ним и Марсом частицы пыли и газа сформировали целый пояс небольших небесных тел.
Но недавние исследования французских и бразильских астрономов позволили усомниться в этой гипотезе их происхождения. Они сравнили химический состав и строение разных объектов главного пояса и заметили, что часть из них близка по своим свойствам к твердотельным планетам, а некоторые – к газовым гигантам. Была выдвинута новая гипотеза происхождения астероидов. Предположительно, они возникли еще на заре формирования Солнечной системы из фрагментов веществ, оставшихся после образования планет.
Состав и физические параметры
Из чего же состоят астероиды? Чтобы выяснить их химический состав, астрофизики исследовали цвет объектов, а также спектр отраженного от их поверхности света. Выяснилось, что существуют три основных спектральных класса, отражающих состав астероидов:
По мере изучения пояса астероидов и пояса Койпера обнаруживаются новые более редкие спектральные классы данных малых тел Солнечной системы. На данный момент, их насчитывается 12. Но такая классификация является не совсем точной, т.к. тела, принадлежащие к одному классу, не всегда имеют одинаковый состав поверхности.
Размер астероида вычисляют различными способами. В случае крупных объектов удобно использовать транзитный метод. Такие тела во время своего перемещения проходят на фоне звезд, что фиксируется наблюдателями с Земли. Зная длительность покрытия звезды и отдаленность объекта можно достаточно легко и точно определить его размер.
Также размер можно определит по яркости солнечного света, отраженного от их поверхности. Этот метод называется поляриметрия, и она также позволяет определить форму малого небесного тела. Чтобы космический объект можно было назвать астероидом, его размер должен превышать 30 м. Большинство из известных не превышают в диаметре ста метров и только один зарегистрированный астероид имеет диаметр 900 км. Это Церера и на данный момент она перенесена в группу карликовых планет.
Масса всех астероидов относительно мала по меркам Солнечной системы. Это величина по разным подсчетам колеблется от 3*10 21 до 3*10 26 кг (не более 0,05% массы Земли). При этом более половины этой величины сосредоточено в 4 крупнейших: Весте, Палладе, Юноне и Гигее.
Семейства и их движение
В начале 20 века японский астроном Хираяма сделал удивительное открытие. Он долгое время наблюдал за движением астероидов главного пояса и пришел к выводу, что большинство из них можно разделить по группам, имеющим сходные параметры орбитального пути. Это явление группировки астероидов объясняется тем, что ранее крупное небесное тело был расколото на несколько фрагментов, которые продолжили свое движение рядом с «донором». Такие группы получили название семейства.
Семейство именуется по самому большому своему представителю. Наиболее крупными семействами главного пояса являются:
На данный момент официально признано три десятка таких групп астероидов. Их границы достаточно расплывчаты, но большинство находится в пределах главного пояса. Каждый третий объект этой области входит в состав отдельной группы.
Находящиеся в семействах и путешествующие отдельно астероиды Солнечной системы обладают схожими характеристиками движения. Они обращаются вокруг центральной звезды нашей системы в ту же сторону, что и большинство планет. Орбитальный пути объектов главного пояса имеют слабую эксцентричность и умеренный наклон. Почти все из них не выходят за пределы пояса. Одним из редких исключения является Паллада.
Средняя скорость движения большинства астероидов Солнечной системы составляет около 20 км/с. Полный оборот вокруг Солнца у них колеблется от 3 до 9 лет.
Планеты своим гравитацией влияют на движение астероидов Солнечной системы. Планетные возмущения отклоняют орбиты малых тел в разные стороны, но сильнее всех притягивает к себе Юпитер. Самыми изменяемыми параметрами орбитального пути являются эксцентриситет и угол наклона. Постоянно перемешиваясь в пределах пояса, астероиды сталкиваются друг с другом и образуют все новые небесные тела.
Самые крупные
В таблице приведена сравнительная характеристика пяти самых больших астероидов главного пояса
Наименование
Первые открытые астероиды Солнечной системы были названы по классической традиции в честь персонажей древнеримской и древнегреческой мифологии. Но в конце 19 века астрономическое сообщество столкнулось с проблемой. Объектов было известно уже более четырех сотен и стало все сложнее выискивать неиспользованные ранее имена богов и богинь. Тогда было разрешено давать новым открытым небесным телам женские имена, при этом наименование получали только те из них, чья орбита была достаточно точно вычислена. Первым исключением стал астероид Эрос, названный в честь бога любви. В дальнейшем, им также нередко давали мужские имена (Аполлон, Адонис, Посейдон, Купидон, Джеймс Бонд и т.д.), имена литературных персонажей, а также называли в честь городов и домашних животных первооткрывателей (Петрина, Сеппина и Мистер Спок).
Кроме буквенного наименования астероидам с середины 19 века стали присваиваться числовые обозначения, соответствующие хронологии обнаружения. Но из-за большого числа выявленных малых тел снова возникла путаница с номерами. В 1924 году была принята новая система числовых обозначений: год открытия, латинская буква (кроме I), обозначающая полумесяц открытия (А – первая половина января, В- вторая половина января и так далее) и еще одна латинская буква, обозначающая очередность обнаружения в этом полумесяце. К примеру, Ивонна 1934 EA была обнаружен первым в первой половине марта 1934 года. Если за один полумесяц было установлено более 25 малых тел, к ним добавлялись числовые индексы. Таким образом, после 1950 AZ следует объект, именующийся 1950 АА1.
Взаимодействие с Землей
Подсчитано, что для полного уничтожения человеческой цивилизации и глобальных изменений атмосферы и климата, Земле надо столкнуться с астероидом диаметром всего 3 км. Крупнейшим ударным кратером на планете является южноафриканский кратер Вредефорт, чей диаметр составляет 300 км. Он образовался 2 млрд. лет назад при столкновении Земли с малым небесным телом, не превышающим 10 км.
Потенциально опасными для нашей планеты считаются те объекты главного астероидного пояса, которые могут приблизиться к ней на расстоянии менее 7,5 млн. км. Опасность астероида оценивают по Туринской шкале от 0 до 10. Нулевая отметка означает крайне низкую вероятность столкновения и отсутствие ущерба при попадании в атмосферу планеты. Астероиды, имеющие 10 баллов, неизбежно столкнутся с Землей и вызовут глобальную катастрофу, ведущую к гибели человечества.
По состоянию на июнь 2018 года все астероиды главного пояса имеют оценку не выше 0 по Туринской шкале. Ранее представляющими некоторую угрозу считались Апофис (4 балла) и (144898) 2004 VD17 (2 балла), но и их показатели снизились до нуля.
В 21 веке наиболее близко к Земле приближались:
Некоторые астероиды Солнечной системы достигали атмосферы Земли, но они были настолько незначительных размеров, что разрывались, не достигая поверхности планеты, оставляя лишь мелкие обломки.
В феврале 2013 года астероид размерами около 17 м и весом до 10*10 6 кг вошел в атмосферу нашей планеты. Он разорвался на высоте 20 км над Челябинском и окрестностями. По оценкам разных исследователей мощность взрыва составила от 100 килотонн до 1,5 мегатонн в тротиловом эквиваленте. Сгорание объекта в земной атмосфере сопровождалось сильной ударной волной, выбившей большое количество стекол в близлежащих населенных пунктах. Также столкновение астероида с Землей спровоцировало землетрясение магнитудой в 4 балла в юго-западных районах Челябинска.
Падение астероида Челябинск стало самым крупным происшествием такого рода после столкновения Земли с Тунгусским метеоритом. Произошло это в 1908 году в районе правого притока реки Енисей. Мощность взрыва составила около 40 мегатонн, что спровоцировало массовый вал деревьев в тайге на площади более 2 тыс. кв. км.
НАСА финансирует большинство действующих программ, связанных с космической безопасностью и защитой Земли от астероидов Солнечной системы. Самые крупные проекты «LINEAR» и «Pan-STARRS», использующие мощнейшие телескопы, отслеживают до десяти тысяч малых тел ежегодно. Также обнаружения потенциально опасных космических объектов ведется с околоземной орбиты благодаря малым спутникам, таким как канадский «NEOSSat». На финансирование данных проектов у НАСА и других космических агентств уходит сотни миллионов долларов.
Астероиды в прошлом Земли
Что произойдет, если с Землей столкнется астероид диаметром больше 10 км? Первым катастрофическим событием будет гигантская ударная волна в атмосфере. Далее тело упадет на поверхность планеты, что закончится либо невиданным землетрясением, либо цунами высотой в несколько сотен метров. Тепловая волна вызовет лесные пожары по всему земному шару, что спровоцирует выброс в атмосферу огромного количества сажи и копоти. Начнется резкое похолодание из-за того, что загрязненная атмосфера не сможет пропускать солнечные лучи в достаточном количестве. Климат на планете необратимо изменится, а многие живые организмы вымрут.
Одно из таких столкновений произошло 65 млн. лет назад. На полуострове Юкатан в Мексиканском заливе сохранилось свидетельство этой катастрофы – ударный кратер Чиксулуб диаметром 180 км. Крупный космический объект размерами около 10 км привел к полному вымиранию динозавров на нашей планете. Также падением крупного астероида некоторые исследователи объясняют массовое пермское вымирание живых организмов, случившееся 250 млн. лет назад.
Изучение
Изучение малых небесных тел началось после открытия седьмой планеты Солнечной системы — Урана. Планету искали между орбитами Марса и Юпитера, исходя из правила Тициуса-Боде. Искомый объект оказался гораздо дальше, а в этой области астрономы обнаружили целый пояс астероидов различных размеров. В период с 1801 по 1809 были обнаружены 4 крупнейших представителя этой группы: Церера, Веста, Паллада и Юнона.
Более 30 лет после их обнаружения астрономы не могли найти ни одного астероида. Только в 1845 году был открыт следующий астероид – Астрея, а уже после нее каждый год находилось не менее одного объекта этого вида. В 21 веке официально зарегистрировано 385 тысяч малых тел данного вида, 18 тысяч из которых имеют не только порядковый номер, но и имя.
Изучение астероидов Солнечной системы помогает узнать, как зародилась жизнь на нашей планете. Считается, что вода и первые органические соединения были занесены на Землю именно благодаря столкновению с малыми небесными телами. Также исследователи рассматривают вопрос о промышленном использовании отдельных составляющих главного астероидного пояса Солнечной системы. Многие из них могут стать сырьевыми базами для добычи металлов (железа, никеля, золота, кобальта, платины), а также водорода. Считается, что один металлический астероид размером не более километра может содержать в себе железной руды больше, чем добывается за целый год на Земле.
Ближайшие миссии по изучению главного пояса и доставки астероидного грунта на Землю запланированы на 2019 год (OSIRIS-REx, США) и 2024 год (Фобос-Грунт, Российская Федерация).
Астероиды
Астероиды – сравнительно небольшие небесные тела, движущиеся по орбите вокруг Солнца. Они значительно уступают по размерам и массе планетам, имеют неправильную форму и не имеют атмосферы.
В этом разделе сайта Kvant.Space каждый сможет узнать много интересных фактов об астероидах. Возможно, с некоторыми Вы уже знакомы, другие будут для Вас новыми. Астероиды – интересный спектр Космоса, и мы предлагаем Вам ознакомиться с ними как можно подробнее.
Термин «астероид» впервые был придуман известным композитором Чарльзом Берни и использован Уильямом Гершелем на основе того, что данные объекты при просмотре в телескоп смотрятся как точки звезд, в то время как планеты выглядят дисками.
До сих пор нет точного определения термина «астероид». Астероиды до 2006 года было принято называть малыми планетами.
Основной параметр, по которому их классифицируют, – размер тела. К астероидам относят тела с диаметром больше 30 м, а тела, имеющие меньший размер, называют метеоритами.
Международный астрономический союз в 2006 году отнес большинство астероидов к малым телам нашей Солнечной системы.
На сегодняшний день в Солнечной системе выявлено сотни тысяч астероидов. На 11 января 2015 года в базе данных числится 670474 объекта, из числа которых у 422636 определены орбиты, они имеют официальный номер, более 19 тыс. из них имели официальные наименования. По мнению ученых, в Солнечной системе может быть от 1,1 до 1,9 млн объектов, размером больше 1 км. Большинство астероидов, известных на текущий момент, находится в пределах пояса астероидов, находящегося между орбитами Юпитера и Марса.
Самый большой астероид в Солнечной системе – Церера, имеющая размеры примерно 975х909 км, но с 24 августа 2006 г. ее отнесли в число карликовых планет. Остальные два крупных астероида (4) Веста и (2) Паллада имеют диаметр около 500 км. Причем (4) Веста – это единственный объект пояса астероидов, который видно невооруженным глазом. Все астероиды, которые двигаются по другим орбитам, могут прослеживаться в период прохождения вблизи нашей планеты.
Что касается общего веса всех астероидов главного пояса, то его оценивают в 3,0 – 3,6•1021 кг, что составляет примерно 4% от веса Луны. Однако на массу Цереры приходится около 32% от всей массы (9,5•1020 кг), а вместе с тремя другими крупными астероидами – (10) Гигея, (2) Паллада, (4) Веста – 51%, то есть большинство астероидов отличаются ничтожной массой по астрономическим меркам.
Изучение астероидов
После того как Уильям Гершель в 1781 году открыл планету Уран, начались первые открытия астероидов. Среднее гелиоцентрическое расстояние астероидов соответствует правилу Тициуса-Боде.
Франц Ксавер в конце 18 века создал группу из двадцати четырех астрономов. Начиная с 1789 года данная группа специализировалась на поисках планеты, которая согласно правилу Тициуса-Боде должна располагаться на расстоянии примерно 2,8 астрономических единиц (а.е.) от Солнца, а именно между орбитами Юпитера и Марса. Основная задача заключалась в описании координат звезд, находящихся в области зодиакальных созвездий на конкретный момент. Координаты проверялись в последующие ночи, выделялись объекты, смещающиеся на большие расстояния. По их предположению смещение искомой планеты должно составлять около тридцати угловых секунд в час, что было бы очень заметно.
Первый астероид, Церера, был выявлен итальянцем Пиации, который не участвовал в данном проекте, совершенно случайно, в первую же ночь столетия – 1801 год. Три остальных – (2) Паллада, (4) Веста и (3) Юнона – были обнаружены в следующие несколько лет. Самой последней (в 1807 году) была Веста. Еще через восемь лет бессмысленных поисков многие астрономы решили, что там больше нечего искать, и отказались от всяких попыток.
Но Карл Людвиг Хенке выявлял настойчивость и в 1830 г. опять приступил к поиску новых астероидов. Через 15 лет он обнаружил Астрею, которая была первым астероидом за 38 лет. И уже через 2 года обнаружил Гебу. После этого к работе подключились другие астрономы, и затем обнаруживалось не меньше одного нового астероида в год (кроме 1945 г.).
Метод астрофотографии для поиска астероидов впервые использовал Макс Вольф в 1891 году, согласно с которым на фото с длинным периодом экспонирования астероиды оставляли светлые короткие линии. Такой метод существенно ускорил выявление новых астероидов по сравнению с методами визуального наблюдения, использованными ранее. В одиночку Максу Вольфу удалось обнаружить 248 астероидов, тогда как до него немногим удалось найти больше 300. В наше время 385 000 астероидов имеют официальный номер, а 18 000 из них – еще и имя.
Пять лет назад две независимые группы астрономов из Бразилии, Испании и США заявили, что одновременно выявили водяной лед на поверхности Фемиды, одного из крупнейших астероидов. Их открытие позволило узнать происхождение воды на нашей планете. В начале своего существования она была слишком горячая, не в состоянии удержать большое количество воды. Данное вещество появилось позднее. Ученые предположили, что воду на Землю занесли кометы, но только изотопные составы воды в кометах и земной воды не совпадают. Поэтому можно предположить, что она попала на Землю при ее столкновении с астероидами. Вместе с тем ученые обнаружили на Фемиде сложные углеводороды, в т.ч. молекулы – предшественники жизни.
Название астероидов
Изначально астероидам давали имена героев греческой и римской мифологии, позже открыватели могли называть их, как им захочется, вплоть до своего имени. Сначала астероидам почти всегда давали женские имена, мужские же получали только те астероиды, которые имели необычные орбиты. С течением времени данное правило соблюдаться перестало.
Стоит отметить и то, что не любой астероид может получить имя, а только тот, орбита которого надежно вычислена. Нередко бывали случаи, когда астероид называли спустя много лет после открытия. Пока орбита не была вычислена, астероиду давалось только временное обозначение, отображающее дату его открытия, к примеру, 1950 DA. Первая буква означает номер полумесяца в году (в примере, как видите, это вторая половина февраля), соответственно, вторая обозначает его порядковый номер в указанном полумесяце (как видите, этот астероид был открыт первым). Цифры, как несложно догадаться, обозначают год. Поскольку английских букв 26, а полумесяцев 24, в обозначении никогда не применялись две буквы: Z и I. В том случае, если число астероидов, открытых в течение полумесяца, будет больше 24, ученые возвращались к началу алфавита, а именно прописывая второй букве – 2, соответственно, при следующем возвращении – 3 и т.д.
Наименование астероида после получения имени состоит из порядкового номера (числа) и названия – (8) Флора, (1) Церера и т.д.
Определение размеров и формы астероидов
Первые попытки измерить диаметры астероидов, применяя метод прямого измерения видимых дисков посредством нитяного микрометра, предприняли Йоганн Шретер и Уильям Гершель в 1805 году. Затем в 19 веке другими астрономами точно таким же методом проводились измерения самых ярких астероидов. Основной недостаток такого способа – значительные расхождения результатов (к примеру, максимальные и минимальные размеры Цереры, которые были получены астрономами, отличались в 10 раз).
Современные методы определения размеров астероидов состоят из методов поляриметрии, тепловой и транзитной радиометрии, спекл-интерферометрии, радиолокационного метода.
Один из самых качественных и простых – транзитный метод. При движении астероида относительно Земли он может проходить на фоне отделенной звезды. Такое явление получило название «покрытие звезд астероидами». Измерив длительность снижения яркости звезды и имея данные о расстоянии до астероида, можно точно определить его размер. Благодаря такому методу можно точно вычислить размеры крупных астероидов, по типу Паллады.
Сам метод поляриметрии состоит в определении размера на основе яркости астероида. От величины астероида зависит количество солнечного света, который он отражает. Но во многом яркость астероида зависит от альбедо астероида, что определяется составом, из которого состоит поверхность астероида. К примеру, из-за высокого альбедо астероид Веста отражает в четыре раза больше света по сравнению с Церерой и считается самым заметным астероидом, который нередко можно заметить даже невооруженным глазом.
Однако само альбедо тоже очень легко определяется. Чем меньше яркость астероида, то есть чем он меньше отражает в видимом диапазоне солнечной радиации, тем, соответственно, больше он ее поглощает, после того как он нагревается, излучает ее в виде тепла в инфракрасном диапазоне.
Также он может быть использован для вычисления формы астероида посредством регистрации изменения его блеска во время вращения, так и для определения периода данного вращения, а также для выявления наиболее крупных структур на поверхности. К тому же результаты, полученные посредством инфракрасных телескопов, используются для определения размеров посредством тепловой радиометрии.
Астероиды и их классификация
В основе общей классификации астероидов лежат характеристики их орбит, а также описание видимого спектра солнечного света, который отражается их поверхностью.
Астероиды принято объединять в группы и семейства, опираясь на характеристики их орбит. Чаще всего группа астероидов получает название по имени самого первого обнаруженного на данной орбите астероида. Группы – сравнительно свободное образование, в то время как семейства – более плотные, сформировавшиеся в прошлом при разрушении больших астероидов в результате столкновения с прочими объектами.
Спектральные классы
Бен Целлнер, Дэвид Моррисон, Кларк Р. Чампен в 1975 году разработали общую систему классификации астероидов, которая опиралась на показатели альбедо, цвета и характеристики спектра отраженного солнечного света. В самом начале данная классификация определяла исключительно 3 типа астероидов, а именно:
— Класс С – углеродные (большинство известных астероидов).
— Класс S – силикатные (около 17% известных астероидов).
— Класс М – металлические.
Данный список по мере изучения все большего числа астероидов был расширен. Появились следующие классы:
— Класс А – отличаются высоким альбедо и красноватым цветом в видимой части спектра.
— Класс B – относятся к астероидам класса C, вот только они не поглощают волны ниже 0,5 микрон, а их спектр немного голубоватый. В целом альбедо выше по сравнению с другими углеродными астероидами.
— Класс D – имеют низкое альбедо и ровный красноватый спектр.
— Класс E – поверхность данных астероидов содержит в своем составе энстатит и имеет сходство с ахондритами.
— Класс F – схожи с астероидами B класса, но не имеют следов «воды».
— Класс G – имеют низкое альбедо и практически плоский спектр отражения в видимом диапазоне, что говорит о сильном УФ-поглощении.
— Класс P – точно так же, как и астероиды D-класса, отличаются низким альбедо и ровным красноватым спектром, не имеющим четких линий поглощения.
— Класс Q – имеют широкие и яркие линии пироксена и оливина на длине волны в 1 микрон и особенности, говорящие о наличии металла.
— Класс R – отличаются сравнительно высоким альбедо и на длине 0,7 мкм имеют красноватый спектр отражения.
— Класс Т – отличаются красноватым спектром и низким альбедо. Спектр похож на астероиды D и P классов, но занимает промежуточное положение по наклону.
— Класс V – характеризуются умеренными яркими и схожими к более общему S-классу, которые тоже в большей степени состоят из силикатов, камня и железа, но отличаются высоким содержанием пироксена.
— Класс J – класс астероидов, которые образовались предположительно из внутренних частей Весты. Несмотря на то что их спектры приближены к спектрам астероидов класса V, на длине волн 1 микрон их отличают сильные линии поглощения.
Стоит учитывать, что число известных астероидов, которые относятся к определенному типу, необязательно отвечает действительности. Многие типы сложны для определения, тип какого-то астероида может изменяться при более подробных исследованиях.
Распределение астероидов по размерам
С ростом размеров астероидов их количество заметно уменьшалось. Несмотря на то что в целом это отвечает степенному закону, существуют пики при 5 и 100 километрах, где больше астероидов, чем это прогнозировалось в соответствии с логарифмическим распределением.
Как образовывались астероиды
Ученые полагают, что в поясе астероидов планетезимали эволюционировали точно так же, как и в прочих областях солнечной туманности до того, пока планета Юпитер не достигла своей нынешней массы, после чего в результате орбитальных резонансов с Юпитером из пояса 99% планетезималей было выброшено. Моделирование и скачки спектральных свойств и распределений скоростей вращений показывают, что астероиды, имеющие диаметр больше 120 километров, сформировались в результате аккреции в эту раннюю эпоху, тогда как меньшие тела представляют собой осколки от столкновений между разными астероидами после или во время рассеивания гравитацией Юпитера изначального пояса. Вести и Церера приобрели габаритный размер для гравитационной дифференциации, во время которой тяжелые металлы погрузились к ядру, а из относительно скальных пород сформировалась кора. Что касается модели Ниццы, множество объектов пояса Койпера сформировались во внешнем поясе астероидов, на расстоянии больше чем 2,6 астрономических единиц. Причем позже большинство из них были выброшены гравитацией Юпитера, но те, что сохранились, могут относиться к астероидам класса D, в том числе и Церера.
Угроза и опасность от астероидов
Несмотря на то что наша планета существенно больше всех астероидов, столкновение с телом, имеющим размер больше 3 километров, может стать причиной уничтожения цивилизации. Если размер меньший, но более 50 м в диаметре, то он может привести к гигантскому экономическому ущербу, включая многочисленные жертвы.
Чем тяжелее и больше астероид, тем, соответственно, он представляет большую опасность, но и выявить его в данном случае куда проще. На данный момент самым опасным является астероид Апофис, диаметр которого составляет около 300 метров, при столкновении с ним может быть уничтожен целый город. Но, по мнению ученых, в целом никакой угрозы человечеству при столкновении с Землей он не несет.
Астероид 1998 QE2 приблизился к планете 1 июня 2013 года на самое близкое расстояние (5,8 млн км) за последние двести лет.