Где находятся пояса астероидов

Астероид Гаспра, и спутники Марса Фобос и Деймос

Первые астероиды пояса были обнаружены астрономами еще в начале XIX века. Сегодня пояс астероидов известен астрономам как одно из крупнейших скоплений космических объектов, находящихся в Солнечной системе. Для многих ученых он представляет изрядный научный интерес.

Эту область также часто называют главным поясом астероидов или просто главным поясом, подчёркивая тем самым её отличие от других подобных областей скопления малых планет, таких как пояс Койпера за орбитой Нептуна, а также скопления объектов рассеянного диска и облака Оорта.

Космический аппарат Dawn и Церера

Северный полюс Цереры

Белые пятна в кратерах Цереры

Общие сведения

Область пространства, располагающаяся от Солнца на расстоянии от 2,06 до 3,27 а. е., иногда называется ядром пояса астероидов и содержит до 93,4 % всех нумерованных астероидов.

Астероиды движутся по орбитам вокруг Солнца в том же направлении, что и планеты, в зависимости от величины большой полуоси, их период обращения колеблется от 3,5 до 6 лет.
Температура на поверхности астероида зависит от расстояния до Солнца и величины его альбедо. Для частиц пыли на расстоянии 2,2 а. е.

Поверхность большинства астероидов диаметром более 100 м, вероятно, покрыта толстым слоем раздробленной породы и пыли, образовавшихся при падении метеоритов или собранных в процессе движения по орбите. Измерения периодов вращения астероидов вокруг своей оси показали, что существует верхний предел скоростей вращения для относительно крупных астероидов диаметром более 100 м, который составляет 2,2 часа.

На сегодняшний день известно, что почти каждый третий астероид входит в состав какого-либо семейства. Признаком принадлежности астероидов к одному семейству являются примерно одинаковые орбитальные параметры, такие как большая полуось, эксцентриситет и наклон орбиты, а также аналогичные спектральные особенности, последние указывают на общность происхождения астероидов семейства, образовавшихся в результате распада более крупного тела.

Меньшие ассоциации астероидов называются группами или кластерами.

Наряду с астероидами, в поясе существуют также шлейфы пыли, состоящие из микрочастиц радиусом в несколько сотен микрометров, которые образовались в результате столкновений между астероидами и их бомбардировки микрометеоритами. Эта пыль под действием солнечной радиации постепенно по спирали движется к Солнцу.

Сочетание астероидной пыли и пыли, выбрасываемой кометами, даёт явление зодиакального света. Это слабое свечение простирается в плоскости эклиптики в виде треугольника, и его можно увидеть в экваториальных районах вскоре после захода или незадолго перед восходом Солнца. Размеры частиц, которые его вызывают, в среднем колеблются в районе 40 мкм, а время их существования не превышает 700 тыс. лет. Наличие этих частиц свидетельствует о том, что процесс их образования происходит непрерывно.

В главном поясе, в зависимости от химического состава, выделено 3 основных спектральных класса астероидов: углеродные (класс C), силикатные (класс S) и металлические или железные (класс M). Все эти классы астероидов, особенно металлические, представляют интерес с точки зрения космической индустрии в целом и промышленного освоения астероидов в частности.

Хотя открытие и изучение пояса астероидов немыслимо без науки, история исследования этого астрономического чуда берет свое начало в древних мифах и легендах.

Мелкая пыль в поясе астероидов, возникшая в результате столкновений астероидов, создаёт явление, известное как зодиакальный свет.

Загадочный Фаэтон

Гипотеза о существовании Фаэтона часто используется в научной фантастике (особенно советской). Как правило, предполагается, что на Фаэтоне существовали разумные существа, которые своими действиями вызвали разрушение планеты. Легенда об этой планете ярко описана в книге Александра Казанцева «Фаэты». В этой книге поведана история, как алчные жители планеты Фаэтон – фаэты, загубили свою землю, взорвав ее, после чего она распалась на бессчетное количество маленьких кусочков.

Эта версия лежит также в основе романа Михаила Чернолусского «Фаэтон», повестей Олеся Бердника «Катастрофа» и «Стрела времени» и Константина Брендючкова «Последний ангел», Николая Руденко «Сын Солнца — Фаэтон», в мультфильме о путешествии землян к поясу астероидов «Фаэтон — сын солнца», рассказа Георгия Шаха «Гибель Фаэтона».

Мифы и легенды – это, конечно, хорошо. Но, что же говорит о происхождении пояса астероидов наука?

Как образовался пояс астероидов

В отличие от древних сказок, в научном сообществе принято считать, что пояс астероидов – это отнюдь не обломки взорвавшейся планеты, а скопление протопланетного вещества. Такая теория, скорее всего, верна, так как, последние данные показывают, что между Марсом и Юпитером планета попросту не могла образоваться.

Исследования метеоритов, которые вышли из пояса астероидов и упали на Землю, показывают, что большинство из них относится к хондритам – метеоритам, в которых, в отличие от ахондритов, не происходила сепарация веществ, как обычно бывает в процессе формирования планет. Данные исследования лишний раз подтверждают вышеизложенную гипотезу, которая опираясь на реальные научные данные, выглядит гораздо убедительнее той версии, которую нам предлагают шумерские мифы.

Сегодня, ученым отлично известно, что пояс астероидов – отнюдь не сказочная, расколовшаяся планета, а остатки протопланетного вещества, которое появилось еще во времена зарождения Солнечной системы. Однако мифы и предания о легендарном Фаэтоне до сих пор живы и заставляют многих людей по всему миру проявлять интерес к такому астрономическому явлению, как пояс астероидов.

Своеобразной предысторией начала изучения пояса астероидов можно считать открытие зависимости, приблизительно описывающей расстояния планет от Солнца, получившей название правила Тициуса — Боде.

Впервые оно было сформулировано и опубликовано немецким физиком и математиком Иоганном Тициусом ещё в 1766 году, но несмотря на то, что ему, с указанными оговорками, удовлетворяли все шесть известных на то время планет (от Меркурия до Сатурна), правило долго не привлекало внимания. Так продолжалось до тех пор, пока в 1781 году не был открыт Уран, большая полуось орбиты которого точно соответствовала предсказанной данной формулой.

После этого Иоганн Элерт Боде высказал предположение о возможности существования пятой от Солнца планеты между орбитами Марса и Юпитера, которая, согласно данному правилу, должна была находиться на расстоянии 2,8 а. е. и при этом до сих пор не была обнаружена. Открытие Цереры в январе 1801 года, причём именно на указанном расстоянии от Солнца, привело к усилению доверия к правилу Тициуса — Боде среди астрономов, которое сохранялось вплоть до открытия Нептуна, который выпадает из этого правила.

Когда и при каких обстоятельствах был открыт пояс астероидов? В 1596 году Иоганн Кеплер предположил, что между Марсом и Юпитером должна быть планета, так как расстояние между этими космическими телами слишком большое, поэтому оно не может быть пустым. В 1766 году Иоганн Даниэль Тициус на основании работ Иоганна Элерта Боде изложил очевидную закономерность расположения планет Солнечной системы. Эту закономерность назвали правилом Тициуса – Боде. Она также известна как закон Боде.

Данный закон утверждает, что если начать отсчёт от 0 и рассмотреть последовательность цифр 3, 6, 12, 24, 48, удваивая каждый раз предыдущую величину, а затем добавить к каждому числу по 4 и разделить на 10, то получатся величины, близкие по своим значениям к радиусам орбит известных планет в астрономических единицах. Согласно закону, между орбитами Марса (12) и Юпитера (48) должна находиться планета (24).

Надо сказать, что до открытия Урана в 1781 году Уильям Гершелем, на этот закон мало кто обращал внимание. Но вот Уран открыли, и оказалось, что его орбита полностью соответствует закону Боде. После этого возникло устойчивое мнение, что между орбитами Марса и Юпитера обязательно должна существовать планета.

Астрономы предполагали, что между Марсом и Юпитером должна быть планета

Начало открытия пояса астероидов было положено астрономом Джузеппе Пиацци. Он 1 января 1801 года обнаружил между Марсом и Юпитером крошечное космическое тело, которое двигалось по орбите, предсказанной законом Боде. Эту планету Пиацци назвал Церерой в честь римской богини жатвы и покровительницы Сицилии.

Через 15 месяцев Генрих Ольберс открыл Палладу. В 1802 году Уильям Гершель отнёс эти новые космические тела к новой категории и назвал их астероидами, то есть звёздными. После серии наблюдений он пришёл к выводу, что их нельзя охарактеризовать ни как планеты, ни как кометы.

В 1807 году были обнаружены Юнона и Веста, а в 1848 году настала очередь Астреи. Далее всё пошло ускоренными темпами, так как к поискам подключились астрономы по всему миру. В 1868 году количество открытых космических тел превысило сотню. Но ещё в начале 50-х годов все признали правоту Гершеля и обозначили новые космические тала как астероиды.

Открытие Нептуна в 1846 году дискредитировало закон Боде, так как орбита новой планеты оказалась далеко от предсказанной позиции. На сегодняшний день никакого научного объяснения данному закону не существует, а соответствующие ему орбиты считаются простым совпадением.

Само название «пояс астероидов» появилось в начале 50-х годов XIX века. Но неизвестно, кто конкретно его придумал. К 1921 году была найдена 1 тыс. астероидов, а в 1981 году их насчитывалось уже 10 тыс. К началу XXI века астрономы уже знали 100 тыс. космических тел, вращающихся в главном поясе. Современные системы наблюдения используют автоматические средства поиска для поиска новых маленьких объектов. И их количество всё время возрастает.

Образование Солнечной системы началось 4,6 млрд. лет назад с гравитационного коллапса. В результате этого образовался протопланетный диск, а в нём появились твёрдые объекты – планетезималы. Последние считаются предшественниками протопланет. А те в свою очередь характеризуются как планетарные эмбрионы, из которых в результате столкновений и образовались планеты.

Предлагаем ознакомиться:  Как помыть окна без разводов все секреты

Астероиды между Юпитером и Марсом расположены не так густо, как показано на рисунке. Космос между двумя планетами можно назвать пустым

Что касается образования пояса астероидов, то он рассматривается как группа планетезималей, оказавшихся вблизи быстро растущего зародыша Юпитера. Его гравитационные возмущения спровоцировали слишком жёсткие столкновения. Они не дали твёрдым объектам объединиться в протопланеты. В результате этого 99,9% первоначальной твёрдый массы было потеряно.

Из оставшейся 0,1% первоначальной массы и возник пояс астероидов после того, как гравитационные возмущения Юпитера стабилизировались. Малые объекты начали вращаться по своим орбитам, а число столкновений между ними резко снизилось. Многие из них содержат на поверхности достаточное количество льда, так как образовались за пределами снеговой линии (характеризуется температурой, при которой происходит таяние льда). Во время формирования Солнечной системы она находилась на расстоянии 2,7 астрономических единицы от светила.

Температурный режим пояса астероидов не постоянен и зависит от расстояния до Солнца. Он колеблется от минус 73 градусов по Цельсию на расстоянии 2,2 астрономические единицы до минус 108 градусов по Цельсию на расстоянии 3,2 астрономические единицы. Однако из-за вращения космических тел их температура поверхности может значительно меняться, так как стороны попеременно подвергаются то воздействию солнечной радиации, то звёздному фону.

Владислав Иванов

Диаграмма распределения астероидов главного пояса в зависимости от наклона орбиты и размера большой полуоси. Красный — центральные области, голубой — периферия

Формирование

Исследователи космоса высказывают различные предположения о причине большой концентрации астероидов в сравнительно узком пространстве межпланетной среды между орбитами Марса и Юпитера.

Наибольшую популярность среди господствующих в XIX веке гипотез о происхождении тел пояса астероидов получила гипотеза, предложенная в 1802 году, вскоре после обнаружения Паллады, немецким учёным Генрихом Ольберсом. Он предположил, что Церера и Паллада могут быть фрагментами гипотетической планеты Фаэтон, когда-то существовавшей между орбитами Марса и Юпитера и разрушенной в результате столкновения с кометой много миллионов лет назад[19].

Однако более поздние исследования опровергают эту гипотезу. Аргументами против являются очень большое количество энергии, необходимое, чтобы разрушить целую планету, крайне малая суммарная масса всех астероидов главного пояса, которая составляет лишь 4% массы Луны, и практическая невозможность формирования крупного объекта типа планеты в области Солнечной системы, испытывающей сильные гравитационные возмущения от Юпитера.

Существенные различия химического состава астероидов также исключают возможность их происхождения из одного тела[26]. Скорее всего, пояс астероидов является не разрушенной планетой, а планетой, которая так и не смогла сформироваться ввиду гравитационного влияния Юпитера и, в меньшей степени, других планет-гигантов.

Художественное представление

протопланетного диска

вокруг звезды

В целом формирование планет и астероидов Солнечной системы близко к описанию этого процесса в небулярной гипотезе, согласно которой 4,5 млрд лет назад облака межзвёздного газа и пыли под действием гравитации образовали вращающийся газопылевой диск, в котором происходили уплотнение и конденсация вещества диска.

В течение первых нескольких миллионов лет истории Солнечной системы, вследствие турбулентных и других нестационарных явлений, в результате слипания при взаимных столкновениях мелких частиц замёрзшего газа и пыли возникали сгустки вещества. Этот процесс получил название аккреции. Взаимные неупругие столкновения, наряду с возрастающим по мере увеличения их размеров и массы гравитационным взаимодействием, вызывали увеличение скорости роста сгустков.

Состав

Изображение астероида (253) Матильда

Углеродистые астероиды класса C, названные так из-за большого процента простейших углеродных соединений в их составе, являются наиболее распространёнными объектами в главном поясе, на них приходится 75 % всех астероидов, особенно большая их концентрация характерна для внешних областей пояса. Эти астероиды имеют слегка красноватый оттенок и очень низкое альбедо (между 0,03 и 0,0938).

Поскольку они отражают очень мало солнечного света, их трудно обнаружить. Вполне вероятно, что в поясе астероидов находится ещё немало относительно крупных астероидов, принадлежащих к этому классу, но до сих пор не найденных из-за малой яркости. Зато эти астероиды довольно сильно излучают в инфракрасном диапазоне из-за наличия в их составе воды.

Вторым по распространённости спектральным классом среди астероидов главного пояса является класс S, который объединяет силикатные астероиды внутренней части пояса, располагающиеся до расстояния 2,5 а. е. от Солнца. Спектральный анализ этих астероидов выявил наличие в их поверхности различных силикатов и некоторых металлов (железо и магний), но практически полное отсутствие каких-либо углеродных соединений.

Это указывает на то, что породы за время существования этих астероидов претерпели значительные изменения, возможно, в связи с частичным плавлением и дифференциацией. Они имеют довольно высокое альбедо (между 0,10 и 0,2238) и составляют 17 % от всех астероидов. Астероид (3) Юнона является самым крупным представителем этого класса.

Металлические астероиды класса M, богатые никелем и железом, составляют 10 % от всех астероидов пояса и имеют умеренно большое альбедо (между 0,1 и 0,1838). Они расположены преимущественно в центральных областях пояса на расстоянии 2,7 а. е. от Солнца и могут быть фрагментами металлических ядер крупных планетезималей (небесное тело, образующееся в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска;

непрерывно притягивая к себе новый материал и накапливая массу, планетезимали формируют более крупное тело), вроде Цереры, существовавших на заре формирования Солнечной системы и разрушенных при взаимных столкновениях. Однако в случае с металлическими астероидами не всё так просто. В ходе исследований обнаружено несколько тел, вроде астероида (22) Каллиопа, спектр которых близок спектру астероидов класса M, но при этом они имеют крайне низкую для металлических астероидов плотность.

Одной из загадок астероидного пояса являются относительно редкие базальтовые астероиды класса V. До 2001 года считалось, что большинство базальтовых объектов в поясе астероидов являются фрагментами коры Весты (отсюда и название класс V), однако подробное изучение астероида (1459) Магния позволило выявить определённые различия в химическом составе открытых ранее базальтовых астероидов, что предполагает их отдельное происхождение.

Прослеживается довольно чёткая зависимость между составом астероида и его расстоянием от Солнца. Как правило, каменные астероиды, состоящие из безводных силикатов, расположены ближе к Солнцу, чем углеродные глинистые астероиды, в которых часто обнаруживают следы воды, в основном в связанном состоянии, но возможно, и в виде обычного водяного льда.

Во внутренних областях пояса влияние солнечной радиации было более значительно, что привело к выдуванию лёгких элементов, в частности, воды, на периферию. В результате вода сконденсировалась на астероидах внешней части пояса, а во внутренних областях, где астероиды прогреваются достаточно хорошо, её практически не осталось.

На сегодняшний день астрономы выделяют три класса астероидов согласно основному веществу, входящему в их состав:

  • углеродные (класс С);
  • силикатные (класс S) с преобладанием кремния;
  • металлические (класс М).

Первые составляют примерно 75% от числа всех известных астероидов. Подобная классификация, однако, некоторыми учеными не считается приемлемой. На их взгляд, существующие данные не позволяют однозначно утверждать, какой элемент преобладает в составе космических тел пояса астероидов.

В 2010 году группа астрономов сделала интересное открытие, касающееся состава астероидов. Ученые обнаружили на поверхности Фемиды, достаточно крупного объекта этой зоны, водяной лед. Находка подтверждает косвенно гипотезу о том, что одним из источников воды на молодой Земле были астероиды.

Прочие характеристики

Сравнительные размеры Луны и 10 первых астероидов, расположенных в порядке открытия

Вопреки распространённому мнению, расстояние между объектами в поясе астероидов велико. Несмотря на то, что число открытых на 2011 год астероидов превысило 300 000, а всего в поясе насчитывается несколько миллионов и более (в зависимости от того, где провести нижнюю границу размера) объектов, объём пространства, занимаемый поясом астероидов, огромен, и, как следствие, плотность объектов в поясе весьма мала.

Размеры и масса

Характерные оценки размеров для различных классов малых тел Солнечной системы

Астероидами считаются тела с диаметром более 30 м, тела меньшего размера называют метеороидами[80]. Крупных тел в поясе астероидов очень мало, так, астероидов с диаметром более 100 км насчитывается около 200[81], ещё известно около 1000 астероидов с радиусом более 15 км, а данные исследований в инфракрасном диапазоне спектра позволяют предположить, что, помимо них, в главном поясе существует ещё от 700 тыс.

Общая масса всех астероидов главного пояса приблизительно равна от 3,0·1021 до 3,6·1021 кг, что составляет всего 4% от массы Луны или 0,06% от массы Земли[83][84]. Половина этой массы приходится на 4 крупнейших астероида из первой десятки: Цереру, Весту, Палладу и Гигею, причём почти её треть приходится на Цереру[7].

Состав

Подавляющее большинство объектов в главном поясе составляют астероиды трёх основных классов: тёмные углеродные астероиды класса C, светлые силикатные астероиды класса S и металлические астероиды класса M. Существуют астероиды и других, более специфических классов, но их содержание в поясе крайне незначительно.

Углеродистые астероиды класса C, названные так из-за большого процента простейших углеродных соединений в их составе, являются наиболее распространёнными объектами в главном поясе, на них приходится 75% всех астероидов, особенно большая их концентрация характерна для внешних областей пояса[85]. Эти астероиды имеют слегка красноватый оттенок и очень низкое альбедо (между 0,03 и 0,0938).

Поскольку они отражают очень мало солнечного света, их трудно обнаружить. Вполне вероятно, что в поясе астероидов находится ещё немало относительно крупных астероидов, принадлежащих к этому классу, но до сих пор не найденных из-за малой яркости. Зато эти астероиды довольно сильно излучают в инфракрасном диапазоне из-за наличия в их составе воды.

(433) Эрос

, типичный

астероид класса S

Вторым по распространённости спектральным классом среди астероидов главного пояса является класс S, который объединяет силикатные астероиды внутренней части пояса, располагающиеся до расстояния 2,5 а. е. от Солнца[85][86]. Спектральный анализ этих астероидов выявил наличие в их поверхности различных силикатов и некоторых металлов (железо и магний), но практически полное отсутствие каких-либо углеродных соединений.

Это указывает на то, что породы за время существования этих астероидов претерпели значительные изменения, возможно, в связи с частичным плавлением и дифференциацией. Они имеют довольно высокое альбедо (между 0,10 и 0,2238) и составляют 17% от всех астероидов. Астероид (3) Юнона является самым крупным представителем этого класса.

(216) Клеопатра

, типичный

астероид класса M

Металлические астероиды класса M, богатые никелем и железом, составляют 10% от всех астероидов пояса и имеют умеренно большое альбедо (между 0,1 и 0,1838). Они расположены преимущественно в центральных областях пояса на расстоянии 2,7 а. е. от Солнца[62] и могут быть фрагментами металлических ядер крупных планетезималей, вроде Цереры, существовавших на заре формирования Солнечной системы и разрушенных при взаимных столкновениях.

Однако в случае с металлическими астероидами не всё так просто. В ходе исследований обнаружено несколько тел, вроде астероида (22) Каллиопа, спектр которых близок спектру астероидов класса M, но при этом они имеют крайне низкую для металлических астероидов плотность[87]. Химический состав подобных астероидов на сегодняшний день практически неизвестен, и вполне возможно, что по составу они близки к астероидам класса C или S[88].

(4) Веста

, типичный

астероид класса V

Одной из загадок астероидного пояса являются относительно редкие базальтовыеастероиды класса V[89]. Теория формирования пояса астероидов предсказывала, что на ранней стадии в поясе астероидов должно было быть немало крупных объектов размером с Весту, в которых должна была начаться дифференциация недр.

Подобные объекты должны были иметь кору и мантию, состоящие преимущественно из базальтовых пород. При последующем разрушении этих планетезималей более половины астероидов должны были состоять из базальта и оливина. На деле же оказалось, что 99% базальтового материала отсутствует в поясе астероидов[90].

До 2001 года считалось, что большинство базальтовых объектов в поясе астероидов являются фрагментами коры Весты (отсюда и название класс V), однако подробное изучение астероида (1459) Магния позволило выявить определённые различия в химическом составе открытых ранее базальтовых астероидов, что предполагает их отдельное происхождение[90].

Этот факт получил подтверждение в связи с более подробным изучением в 2007 году во внешней части пояса двух астероидов различного базальтового состава: (7472) Кумакири и (10537) 1991 RY16, которые не имеют никакого отношения к Весте. Эти два тела являются единственными астероидами данного класса, обнаруженными во внешней части главного пояса[89].

Альенде

 — углеродистый хондритный метеорит, который упал в Мексике в 1969 году

Прослеживается довольно чёткая зависимость между составом астероида и его расстоянием от Солнца. Как правило, каменные астероиды, состоящие из безводных силикатов, расположены ближе к Солнцу, чем углеродные глинистые астероиды, в которых часто обнаруживают следы воды, в основном в связанном состоянии, но возможно, и в виде обычного водяного льда.

При этом близкие к Солнцу астероиды обладают значительно более высоким альбедо, чем астероиды в центре и на периферии. Считается, что это связано со свойствами той части протопланетного диска, из которого формировались астероиды. Во внутренних областях пояса влияние солнечной радиации было более значительно, что привело к выдуванию лёгких элементов, в частности, воды, на периферию.

Температура на поверхности астероида зависит от расстояния до Солнца и величины его альбедо. Для частиц пыли на расстоянии 2,2 а. е. температурный диапазон начинается с 200 К (−73 °C) и ниже, а на расстоянии 3,2 а. е. уже со 165 К (−108 °C)[91]. Однако для астероидов это не совсем справедливо, поскольку из-за вращения температуры на его дневной и ночной сторонах могут существенно различаться.

Средняя скорость, с которой объекты этой области облетают Солнце, равна 20 км/с. При этом на один оборот астероиды главного пояса тратят от трех до девяти земных лет. Для большинства из них характерен небольшой наклон орбиты к плоскости эклиптики — 5-10º. Однако встречаются и объекты, траектория полета которых составляет с плоскостью вращения Земли вокруг светила более внушительный угол, вплоть до 70º.

Астероид Веста

Церера, снимок межпланетного зонда Dawn

Ида и ее спутник Дактиль. Размер Иды 58 × 23 км, Дактиля — 1,5 км, расстояние между ними 85 км

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.

Возникновение

В позапрошлом столетии в научных кругах широко обсуждалась гипотеза о погибшем Фаэтоне. Расстояние от Марса до Юпитера достаточно внушительное, и здесь могла бы проходить орбита еще одной планеты. Однако подобные представления сегодня уже считаются устаревшими. Современные астрономы придерживаются версии, что на месте, где проходит пояс астероидов, планета возникнуть просто не могла. Причина этого в Юпитере.

Газовый гигант еще на ранних этапах своего формирования оказывал гравитационное воздействие на область, лежавшую ближе к Солнцу. Он притягивал к себе часть вещества из этой зоны. Не захваченные Юпитером тела разбрасывались в разные стороны, скорости протоастероидов возрастали, увеличивалось число столкновений.

Исследования

Полёт космического аппарата Dawn к Весте (слева) и Церере (справа)

Пояс астероидов вызывал интерес ученых не только в течение прошлых столетий, но и в последние годы. Первым серьезным достижением современных технологий в области изучения этого скопления небесных объектов был полет космического аппарата «Пионер-10», который был создан для изучения Юпитера и долетел до области главного пояса 16 июля 1972 года.

Аппараты «Пионер-11», «Вояджер-1» и «Вояджер-2», а также зонд «Улисс» пролетали через пояс без запланированных или случайных сближений с астероидами. Аппарат «Галилео» стал первым космическим аппаратом, который сделал снимки астероидов. Первыми сфотографированными объектами стали астероид (951) Гаспра в 1991 году и астероид (243) Ида в 1993 году.

После этого в НАСА была принята программа, согласно которой любой аппарат, пролетающий через пояс астероидов, должен, по возможности, пролететь мимо какого-либо астероида. В последующие годы космическими зондами и аппаратами были получены изображения ряда мелких объектов, таких как (253) Матильда в 1997 году с аппарата NEAR Shoemaker, (2685) Мазурский в 2000 году с «Кассини», (5535) Аннафранк в 2002 году со «Стардаст», (132524) APL в 2006 с зонда «Новые горизонты», (2867) Штейнс в 2008 году и (21) Лютеция в 2010 году с «Розетты».

Большинство изображений астероидов главного пояса, переданных космическими аппаратами, получены в результате краткого пролёта зондов вблизи астероидов на пути к основной цели миссии — для подробного изучения астероидов отправляли только два аппарата: NEAR Shoemaker, который исследовал (433) Эрос и Матильду, а также «Хаябуса», главной целью которого было изучение (25143) Итокава. Аппарат в течение длительного времени изучал поверхность астероида и даже, впервые в истории, доставил частицы грунта с его поверхности.

27 сентября 2007 года к крупнейшим астероидам Весте и Церере была отправлена автоматическая межпланетная станция Dawn. Аппарат достиг Весты 16 июля 2011 года и вышел на её орбиту. После изучения астероида в течение полугода он направился к Церере, которой достиг в 2015 году. Изначально предполагалось расширение его миссии для исследования Паллады.

Первым космическим аппаратом, пролетевшим через пояс астероидов, стал «Пионер-10», который долетел до области главного пояса 16 июля1972 года. В то время ещё была обеспокоенность по поводу возможности столкновения аппарата с одним из небольших астероидов, однако с тех пор на пути к внешним планетам через пояс астероидов без всяких инцидентов пролетело уже 9 космических аппаратов.

Аппараты «Пионер-11», «Вояджер-1» и «Вояджер-2», а также зонд «Улисс» пролетали через пояс без запланированных или случайных сближений с астероидами. Аппарат «Галилео» стал первым космическим аппаратом, который сделал снимки астероидов. Первыми сфотографированными объектами стали астероид (951) Гаспра в 1991 году и астероид (243) Ида в 1993 году.

После этого в НАСА была принята программа, согласно которой любой аппарат, пролетающий через пояс астероидов, должен, по возможности, пролететь мимо какого-либо астероида. В последующие годы космическими зондами и аппаратами были получены изображения ряда мелких объектов, таких как (253) Матильда в 1997 году с аппарата NEAR Shoemaker, (2685) Мазурский в 2000 году с «Кассини», (5535) Аннафранк в 2002 году со «Стардаст», (132524) APL в 2006 с зонда «Новые горизонты», (2867) Штейнс в 2008 году и (21) Лютеция в 2010 году с «Розетты»[22].

Большинство изображений астероидов главного пояса, переданных космическими аппаратами, получены в результате краткого пролёта зондов вблизи астероидов на пути к основной цели миссии — для подробного изучения астероидов отправляли только два аппарата: NEAR Shoemaker, который исследовал (433) Эрос и Матильду[23], а также «Хаябуса», главной целью которого было изучение (25143) Итокава. Аппарат в течение длительного времени изучал поверхность астероида и даже, впервые в истории, доставил частицы грунта с его поверхности[24].

27 сентября2007 года к крупнейшим астероидам Весте и Церере была отправлена автоматическая межпланетная станцияDawn. Аппарат достиг Весты 16 июля 2011 года и вышел на её орбиту. После изучения астероида в течение полугода он направится к Церере, которой достигнет в 2015 году. Если зонд будет продолжать работать и после изучения этих двух астероидов, то возможно расширение его миссии для исследования Паллады[25].

Дополнительные кольца

Главный пояс астероидов не одинок. На его внешней границе размещаются еще два менее внушительных подобных образования. Одно из этих колец расположено непосредственно на орбите Юпитера и представлено двумя группами объектов:

  • «греки» опережают газовый гигант примерно на 60º;
  • «троянцы» отстают на такое же количество градусов.

Характерной особенностью этих тел является стабильность их движения. Она возможна благодаря расположению астероидов в «точках Лагранжа», где уравновешиваются все гравитационные воздействия на эти объекты.

Несмотря на относительно близкое расположение к Земле, пояс астероидов изучен недостаточно и хранит множество тайн. Первая из них, конечно, это происхождение малых тел Солнечной системы. Существующие предположения на этот счет, хотя и звучат достаточно убедительно, еще не получили однозначного подтверждения.

Вызывают вопросы и некоторые особенности строения астероидов. Известно, например, что даже родственные объекты пояса по некоторым параметрам достаточно сильно отличаются друг от друга. Изучение характеристик астероидов и их происхождения необходимо как для понимания событий, предшествующих формированию Солнечной системы в известном нам виде, так и для построения теорий о процессах, происходящих в удаленных участках космоса, в системах других звезд.

Астероиды как источники ресурсов

Постоянный рост потребления ресурсов промышленностью приводит к истощению их запасов на Земле, по некоторым оценкам, запасы таких ключевых для промышленности элементов, как сурьма, цинк, олово, серебро, свинец, индий, золото и медь, могут быть исчерпаны уже через 50—60 лет[104], и необходимость искать новые источники сырья станет особенно очевидной.

С точки зрения промышленного освоения астероиды являются одними из самых доступных тел в Солнечной системе. Ввиду малой гравитации посадка и взлёт с их поверхности требуют минимальных затрат топлива, а если использовать для разработки околоземные астероиды, то и стоимость доставки ресурсов с них на Землю будет низкой.

Астероиды могут быть источниками таких ценных ресурсов, как, например, вода (в виде льда), из которой можно получить кислород для дыхания и водород для космического топлива, а также различные редкие металлы и минералы, такие как железо, никель, титан, кобальт и платина, и, в меньшем количестве, другие элементы вроде марганца, молибдена, родия и т. п.

По сути, большинство элементов тяжелее железа, добываемых сейчас с поверхности нашей планеты, являются остатками астероидов, упавших на Землю в период поздней тяжёлой бомбардировки[105][106]. Астероиды являются практически неисчерпаемыми источниками ресурсов, так, один небольшой астероид класса M диаметром в 1 км может содержать железо-никелевой руды до 2 млрд тонн, что в 2—3 раза превышает добычу руды за 2004 год[107].

Постоянный рост потребления ресурсов промышленностью приводит к истощению их запасов на Земле, по некоторым оценкам, запасы таких ключевых для промышленности элементов, как сурьма, цинк, олово, серебро, свинец, индий, золото и медь, могут быть исчерпаны уже через 50—60 лет, и необходимость искать новые источники сырья станет особенно очевидной.

С точки зрения промышленного освоения астероиды являются одними из самых доступных тел в Солнечной системе. Ввиду малой гравитации посадка и взлёт с их поверхности требуют минимальных затрат топлива, а если использовать для разработки околоземные астероиды, то и стоимость доставки ресурсов с них на Землю будет низкой.

Астероиды могут быть источниками таких ценных ресурсов, как, например, вода (в виде льда), из которой можно получить кислород для дыхания и водород для космического топлива, а также различные редкие металлы и минералы, такие как железо, никель, титан, кобальт и платина, и, в меньшем количестве, другие элементы вроде марганца, молибдена, родия и т. п.

В 2004 году мировое производство железной руды превысило 1 млрд тонн. Для сравнения, один небольшой астероид класса M диаметром в 1 км может содержать до 2 млрд тонн железо-никелевой руды, что в 2-3 раза превышает добычу руды за 2004 год. Самый крупный известный металлический астероид (16) Психея содержит 1,710^19 кг железо-никелевой руды (что в 100 тысяч раз превышает запасы этой руды в земной коре).

Примером астероида, наиболее перспективного для освоения, является астероид (4660) Нерей. Этот астероид имеет очень низкую первую космическую скорость, даже по сравнению с Луной, что позволяет легко поднимать с его поверхности добытые материалы. Однако, чтобы доставить их на Землю, потребуется разогнать корабль до гораздо большей скорости.

Добыча руды и доставка её на место последующей переработки

Переработка добытой руды прямо на месте добычи, с последующей доставкой полученного материала

Перемещение астероида на безопасную орбиту между Луной и Землёй. Это теоретически может позволить сэкономить добытые на астероиде материалы.

Гражданин Соединенных Штатов, занимающийся добычей ресурсов астероида или других космических ресурсов, имеет право владеть, транспортировать, использовать и продавать эти ресурсы в соответствии с действующим законодательством и международными обязательствами США.

При этом в законе подчеркивается, что разрешено владеть именно добытыми ресурсами, а не самими космическими объектами (владение космическими объектами запрещает Договор о космосе).

Размеры Солнечной системы

Напоследок хочу привести цитату из книги Билла Брайсона «Краткая история почти всего на свете».

«…Наша Солнечная система, пожалуй, самое оживленное место на триллионы миль вокруг, однако все, что мы видим в ней — Солнце, планеты со спутниками, миллиард или около того кувыркающихся камней пояса астероидов, кометы и разные другие плавающие обломки, — занимает менее одной триллионной части имеющегося пространства.

Вы также легко поймете, что ни на одной из встречавшихся вам карт Солнечной системы масштаб даже отдаленно не соответствует реальному. На большинстве школьных схем планеты изображены рядом, вплотную одна к другой — на многих иллюстрациях планеты-гиганты даже отбрасывают друг на друга тени, — но это неизбежный обман, дабы поместить их все на одном листе бумаги.

Расстояния эти таковы, что на практике невозможно изобразить Солнечную систему с соблюдением масштаба.

Даже если сделать в учебнике большую раскладывающуюся вклейку или просто взять самый длинный лист бумаги, этого все равно будет недостаточно. Если на масштабной схеме Солнечной системы Землю изобразить размером с горошину, Юпитер будет находиться на расстоянии 300 м, а Плутон в 2,5 км (и будет размером с бактерию, так что в любом случае вы не сможете его разглядеть).

В том же масштабе ближайшая звезда, Проксима Центавра, будет находиться в 16 000 км от нас. Если даже вы ужмёте все до такой степени, что Юпитер станет размером с точку в конце этого предложения, а Плутон не больше молекулы, то и в этом случае Плутон будет находиться на расстоянии больше десяти метров…

…А теперь еще одна вещь, которую следует учесть: пролетая мимо Плутона, мы лишь пролетаем мимо Плутона. Если заглянете в план полета, то увидите, что его цель — путешествие к краю Солнечной системы, но боюсь, что мы еще не добрались до него. Плутон может быть последним объектом, отмеченным на школьных схемах, но сама система здесь не кончается.

Загрузка ...
Adblock detector