Солнечная система > Пояс астероидов
В 18 веке ученые могли составить примерную карту нашей Солнечной системы, изучив орбитальные пути планет. Отсюда появился закон Тиция-Боде, предсказавший пространственные промежутки между планетами. Четко вырисовывалось, что между Марсом и Юпитером наблюдается примечательный разрыв, привлекший внимание исследователей.
Кроме того, в объективы начали попадать мелкие тела, которые позже именуют «астероидами», а затем вышли и на сам «пояс». Давайте внимательно исследуем главный пояс астероидов Солнечной системы.
Обнаружение Пояса астероидов
В 1800 году проблему закона Тиция-Боде планировал решить Франц Ксавер фон Зак. Он собрал астрономический клуб «Объединенное космическое сообщество», куда также вошел Уильям Гершель.
Удивительно, что первый крошечный объект 1 января 1801 года заметил Джузеппе Пьяцци, который получил приглашение, но официально членом клуба еще не числился.
Сравнение Цереры (слева) и Тефия (справа)
Изначально он посчитал, что это комета, но стало ясно, что у нее нет комы. Он назвал находку Церера (фото выше) и предположил, что столкнулся с планетой. Через 15 месяцев Генрих Ольберс нашел второе тело в том же участке – 2 Паллада.
По внешнему виду объекты мало отличались от звезд, так как даже в максимальном увеличении не разрешались на диски. Но стремительное движение указывало на орбитальный характер. Уильям Гершель предложил создать класс «астероиды».
В 1807 году находят 3 Джуно и 4 Веста, в 1845-м – 5 Астрея. В 1850-х гг. термин «астероиды» вошел в широкое употребление, а объекты находились все чаще. Постепенно начали использовать понятие пояс астероидов, хотя точного первоисточника не нашли. Ниже представлена схема, где указана орбита пояса астероидов между Марсом и Юпитером.
Астероиды внутренней системы и Юпитера: астероидный пояс в виде пончика находится между Юпитером и Марсом
В 1868 году существовал список из 100 астероидов, а с появлением фотографии в 1891 году удалось существенно увеличить количество. До 1921 года нашли 1000 объектов, в 1981 году – 10000, а в 2000-м – 100000. Современные системы применяют автоматические программы поиска.
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.
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.
Основные объекты Пояса астероидов |
| 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.
Семейства и группы пояса Астероидов
Примерно 1/3 небесных тел в поясе астероидов входит в семейства. Они делятся по сходству в орбитальных особенностях, вроде эксцентриситета, орбитального наклона и прочих спектральных признаков. Могли сформироваться при столкновении с более крупными объектами, которые позже распались на мелкие тела.
Художественная концепция создания астероидных семей
Среди наиболее известных семейств стоит вспомнить группы Флоры, Эвномы, Корониса, Эоса и Темис. Семья Флоры считается одной из крупнейших и вмещает более 800 объектов. Могла появиться из-за удара миллиард лет назад. Находится во внутренней области пояса. Объекты относятся к S-типу и составляют 4-5% от общего астероидного количества.
В Эвноме проживают тела S-типа. Наименование взято от богини права и порядка. Тела находятся в промежуточном поясе и охватывают 5%. Примерно 300 астероидов живет в Коронисе. Среди них крупнейшим выступает 208 Лакримоса, простирающийся на 41 км.
Семья Эоса отдалена на 2.96-3.03 а.е. и появилась после удара 1-2 млрд. лет назад. Включает 4400 участников, напоминающих S-тип. Но ИК-анализ показывает отличия, поэтому отнесли в собственную категорию (К).
Наблюдаемые астероиды демонстрируют кратерные поверхности
Группа Темис расположена на внешней территории пояса при удаленности в 3.13 а.е. Среди объектов примечательным кажется 24 Темис, относящийся к С-типу. Крупнейшим считается Веста, а одноименное семейство сформировалась из-за столкновений.
Также в астероидном поясе можно найти пылевые линии с радиусами частичек до нескольких сотен микрометров. Мелкий материал создается при астероидных столкновениях. Есть три линии с похожими орбитальными наклонами.
Происхождение Пояса Астероидов
Изначально полагали, что астероидный пояс – результат уничтожения крупной планеты, расположенной между Марсом и Юпитером. Эту теорию предложили Г. Олбдерс и У. Гершель. Но ее отбросили.
Художественная интерпретация ранней Солнечной системы, где столкновения частичек в аккреционном диске вызвало формирование планетезималей
Прежде всего, для уничтожения планеты потребуется огромное количество энергии. К тому же, факт в том, что весь астероидный объем по массе достигает всего лишь 4% лунной. Да и сами объекты отличаются по химическому составу.
Сегодняшний вывод состоит в том, что астероиды выступают остаточным материалом ранней Солнечной системы и они никогда не были частью планеты. В первые миллионы лет, когда гравитационная аккреция привела к планетному формированию, скопления материала слились в крупные объекты. Но на территории астероидного пояса планетезимали поддались мощной гравитации Юпитера и не смогли слиться.
Но не стоит воспринимать астероиды как первоначальный материал системы. Они прошли сквозь длительный эволюционный этап (внутреннее нагревание, поверхностное таяние от столкновений и космическое выветривание). Поэтому современный пояс вмещает лишь незначительную массу изначального.
Компьютерные модели полагают, что ранняя массивность сопоставлялась с земной. Из-за гравитационных колебаний большую часть выбросило спустя миллион лет после формирования. При создании первого астероида температура на удаленности 2.7 а.е. от Солнца соответствовала «снежной линии» (ниже точки замерзания воды).
Изучение пояса Астероидов
Астероиды рассредоточены в пространстве, поэтому аппараты путешествуют по поясу астероидов между Марсом и Юпитером без повреждений. Вероятность столкновения: 1 к миллиарду.
Космический корабль Dawn прибывает к астероиду Веста
В 1972 году Пионер-10 стал первым аппаратом, пролетевшим сквозь астероидный пояс на пути к Юпитеру. На тот момент боялись, что осколки могут повредить корабль. Но он, вместе с 11-й миссией, прошел успешно. Далее были Вояджеры-1 и 2, Уллис, Галилео, NEAR, Кассини, Звездная Пыль, Новые Горизонты, Розетта и Dawn.
По большей части эти миссии предназначались для исследования внешней системы и ее объектов. Конкретно за астероидами следили Dawn, NEAR и Хаябуса. Dawn полетел к Веста в 2011-2012 гг. и потом направился к Церере.
В будущем рассматривают возможность использовать астероиды как ресурсы – драгоценные металлы, материалы и летучие вещества. Некоторые даже строят планы по колонизации крупных объектов.
Ссылки