Астероиды или тернистые пути исследований

Введение

О том, что в Солнечной  системе между орбитами Марса  и Юпитера движутся многочисленные мелкие тела, самые крупные из которых  по сравнению с планетами всего  лишь каменные глыбы, узнали менее 200 лет  назад. Их открытие явилось закономерным шагом на пути познания окружающего нас мира. Путь этот не был легким и прямолинейным, и лишь из дали сегодняшнего дня история открытия астероидов и их исследований, уже подернутая дымкой забвения, представляется довольно простой. Ушли в прошлое ошибки, сомнения, неудачи, отчаяние. Мы бережно храним кирпичики знания, добытого предками и позволяющего нам продвигаться вперед, но склонны забывать, каких усилий требовало приобретение того знания, которое досталось нам, и часто снисходительно смотрим на прошлое. А между тем человечеству постоянно требуется максимальное напряжение сил и способностей для разрешения клубка трудностей и противоречий.

Кто в эпоху открытия первых астероидов мог предположить, что эти малые тела Солнечной  системы, тела, о которых еще недавно нередко говорили с оттенком пренебрежения, станут объектом внимания специалистов самых различных областей естествознания космогонии, астрофизики, небесной механики, физики, химии, геологии, минералогии, газовой динамики и аэромеханики ? Тогда до этого было еще очень далеко. Еще предстояло осознать, что стоит лишь наклониться, чтобы поднять с земли кусочек астероида - метеорит. Наука о метеоритах - метеоритика - зародилась в начала XIX в., когда были открыты и их родительские тела астероиды. Но в дальнейшем она развивалась совершенно независимо. Метеориты изучались геологами, металлургами и минералогами, астероиды астрономами, преимущественно небесными механиками. Трудно привести другой пример столь абсурдной ситуации : две разные науки исследуют одни и те же объекты, а между ними практически не возникает никаких точек соприкосновения, не происходит обмена достижениями. Это отнюдь не способствует осмыслению получаемых результатов. Но сделать ничего нельзя, и так все и остается, пока новые методы исследований - экспериментальные и теоретические - не поднимут уровень исследований настолько, что создадут реальную основу для слияния обеих наук в одну.

Это произошло в начале 70-х годов XX в., и мы стали свидетелями  нового качественного скачка в познании астероидов. Об этом скачке и пути к нему я постарался наиболее понятным языком написать в этой работе. Скачок этот произошел не без помощи космонавтики, хотя космические аппараты еще не опускались на астероиды и еще не получено даже космического снимка хотя бы одного из них. Это - дело будущего, по-видимому, уже недалекого. А пока перед нами встают новые вопросы и ждут своего решения.

Астероиды.

  Астероиды (малые планеты) -небольшие планетоподобные твердые каменистые небесные тела Солнечной системы, движущиеся по околосолнечным эллиптическим орбитам. При наблюдении в телескоп астероиды очень похожи на звезды , за что получили свое название. Имея незначительные размеры, они, как и звезды , кажутся точками. Термин астероид означает - "подобный звезде". Эти космические  тела  отличаются  от  планет прежде всего своими  размерами.  Так,  самая  большая  из  маленьких  планет. Церера имеет в поперечнике 995 км; следующая за ней  (по  размеру):  Палада- 560 км, Хигея - 380 км, Психея - 240 км и т.д. Для сравнения можно  указать,

что наименьшая из больших планет Меркурий имеет  диаметр 4878 км,  т.е.  в  5 раз превосходит -  поперечник Цереры,  а  массы  их  различаются  во  многие сотни раз.

   Общее  число малых планет, доступных  наблюдению современными телескопами, определяется в 40 тыс., но общая их масса в 1 тыс. раз меньше массы Земли.

   Движение  малых планет вокруг Солнца  происходит по эллиптическим  орбитам, но более вытянутым (средний эксцентриситет орбит у них 0,51), чем у  больших планет, а наклон орбитальных плоскостей к эклептике  у  них  больше,  чем  у больших планет (средний угол 9,54). Основная масса планет  вращается  вокруг

Солнца  между  орбитами  Марса  и  Юпитера,  образуя  так  называемый   пояс астероидов. Но имеются и малые планеты, орбиты которых  располагаются  ближе к Солнцу, чем орбита Меркурия. Самые же  далекие  находятся  за  Юпитером  и даже за Сатурном.

   Исследователи   космоса  высказывают  различные   соображения  о   причине большой  концентрации   астероидов   в   сравнительно  узком   пространстве межпланетной среды  между  орбитами  Марса  и  Юпитера.  Одной  из  наиболее распространенных  гипотез  происхождения  тел  пояса   астероидов   является представление о разрушении мифической планеты Фаэтон. Сама по  себе  идея  о существовании планеты  поддерживается  многими  учеными  и  даже  как  будто подкреплена математическими расчетами. Однако необъяснимой остается  причина разрушения   планеты.   Высказываются    различные    предположения.    Одни

исследователи считают,  что  разрушение  Фаэтона произошло вследствии  его столкновения с каким-то крупным телом. По мнению других,  причинами  распада планеты были взрывные процессы в  ее  недрах.  В  настоящее  время  проблема происхождения тел астероидного пояса входит составным элементом в обширную программу исследований космоса на международном и национальных уровнях.

   Среди  малых планет выделяется своеобразная  группа  тел,  орбиты  которых

пересекаются  с  орбитой  Земли,  а  следовательно,  имеется   потенциальная

возможность их столкновения  с  нею.  Планеты  этой  группы  стали  называть Apollo object, или просто Apollo (Wetherill, 1979). Впервые о существовании Apollo стало известно  с 30-х годов текущего  столетия.  В 1932  г.  был

обнаружен астероид. Его назвали

   Apollo 1932 HA. Но он не возбудил особого  интереса,  хотя  его  название

стало нарицательным  для всех астероидов, пересекающих земную орбиту.

   В 1937 г. космическое тело с поперечником  приблизительно в 1 км прошло  в 800 тыс. км от Земли и в двукратном расстоянии  от  Луны.  Впоследствии  его назвали Гермес. На сегодняшний день выявлено 31 такое тело, и каждое из  них получило собственное название. Размеры их поперечников колеблются от 1 до  8 км, а наклон орбитальных плоскостей к эклиптике находиться в пределах  от  1 до 68. Пять из них вращаются на орбитах между Землей и Марсом,  а  остальные 26 - между Марсом и Юпитером (Wetherill, 1979). Полагают,  что из  40  тыс.

Малых планет астероидного пояса с поперечником более 1  км  может  оказаться несколько сот Apollo. Поэтому  столкновение  таких  небесных  тел  с  Землей вполне вероятно, но через весьма длительные интервалы времени.

   Можно  полагать, что раз в столетие  одно из таких космических   тел  может

пройти вблизи Земли на расстоянии меньше, чем  от нас до Луны, а раз за  250 тыс. лет может произойти столкновение его  с  нашей  планетой.  Удар  такого тела выделяет энергию равную 10 тыс. Водородных  бомб  каждая  мощностью  10

Мт. При этом должен образоваться кратер диаметром  около  20  км.  Но  такие случаи редки и  за  человеческую  историю  неизвестны.  Гермес  относится к

астероидам III класса, а ведь много таких тел и  более крупного размера -  II

и I классов. Удар при столкновении  их  с  Землей,  естественно,  будет  еще

более значительным.

  Когда в 1781  г.   был открыт  Уран   его средняя   гелиоцентричекое

расстояние  оказалось соответствующим правилу  Тициуса - Бодэ, то  с  1789  г. начались поиски  планеты,  которая,  согласно  этому  правилу,  должна  была находиться между орбитами Марса и Юпитера, на среднем расстоянии а=2,8  а.е. от солнца. Но разрозненные обзоры неба не приносили  успеха,  и  поэтому  21 сентября 1800 г. несколько немецких астрономов во главе с  К.  Цахом  решили анизовать коллективные поиски.  Они  разделили  весь поиск зодиакальных созвездий  на  24  участка   и  распределили  между  собой  для   тщательных

исследований. Но не успели они поступить к систематическим  розыскам, как  1- го января 1871г. итальянский астроном Дж.  Пиации  (1746-1826)  обнаружил  в телескоп  звездообразный  объект   седьмой   звездной   величины,   медленно перемещавшийся  по  созвездию  Тельца.  Вычисленная  К.  Гаусом  (1777-1855) орбита объекта оказалась  планетой,  соответствующей  правилу  Тициуса-Бодэ: большая  полуось  а=2,77  а.е.  и эксцентриситет  е=0,080.  Вновь открытую планету Пиации назвал Церерой.

  28  марта 1802  г.  немецкий  врач  и астроном  В.Ольберс (1758-1840)

обнаружил вблизи Цереры еще одну планету (8m) , названную  Палладой  (а=2,77

а.е., е=0,235). 2-го сентября 1804 г. была  открыта  третья  планета,  Юнона

(а=2,67 а.е.), а 29 марта  1807  г.-  4,  Веста  (а=2,36  а.е.).  Все   вновь

открытые планеты имели  звездообразный вид, без дисков, свидетельствующий  об их небольших геометрических размерах.  Поэтому  эти  небесные  тела  назвали малыми планетами или, по предложению В. Гершеля ,  астероидами  (  от  греч. «астр» - звездный  и  «еидос»- вид).

   К 1891 г.  визуальными методами было  обнаружено около 320 астероидов.  В конце  1891  г.   немецкий   астроном   М.   Вольф   (1863-1932)   предложил

фотографический метод  поисков:  при  2-3-  часовой  экспозиции изображения звезд на фотопластинке получались точечные , а след движущегося астероида  - в  виде  небольшой  черточки.  Фотографические  методы  привели  к   резкому увеличению открытий астероидов.  Особенно  интенсивные  исследования   малых

планет  проводятся  сейчас   в  Институте  теоретической  астрономии   (   в

Петербурге )  и  в  Крымской  астрофизической  обсерватории   Академии  наук

России.

   Астероидам , орбиты  которых   надежно   определены,  присваивают  имя   и

порядковый  номер.  Таких  астероидов  сейчас  известно  свыше  3500,  но  в

Солнечной системе  значительно больше.

   Из   указанного   числа   известных   астероидов   астрономы    Крымской

астрофизической обсерватории открыли около 550, увековечив  в  их  названиях имена известных людей.

   Подавляющее  большинство ( до 98% ) известных астероидов  движется  между орбитами Марса и  Юпитера, на средних расстояниях от Солнца от 2,06 до  4,30 а.е.  (  периоды  обращения  от  2,96  до  8,92  года).  Однако  встречаются астероиды с уникальными орбитами,  и им  присваиваются  мужские  имена,  как правило из греческой мифологии.

   Первые  три из этих малых планет движутся вне пояса астероидов, причем  в перигелии Икар подходит к Солнцу вдвое ближе Меркурия, а Гермес и  Адонис  - ближе Венеры. Они могут сближаться с Землейна расстоянии от  6  млн.  до  23 млн. км, а Гермес в 1937 г. прошел вблизи  Земли  даже   на  расстоянии  580 тыс. км, т.е. всего лишь в полтора раза дальше Луны. Гидальго  же  в  афелии уходит за орбиту Сатурна. Но Гидальго не является исключением. За  последние годы открыто около  10  астероидов,  перигелии  которых  расположены  вблизи орбит планет земной группы, а афелии - вблизи орбит  Юпитера.  Такие  орбиты характерны для комет  семейства  Юпитера  и  указывают  на  возможное  общее происхождение астероидов и комет.

   В 1977 г.  обнаружен  уникальный  астероид,  который  обращается  вокруг

Солнца по орбите с большой полуосью а=13,70 а.е. и  эксцентриситетом  е=0,38, так что в перигелии (q=8,49 а.е.) он заходит  внутрь  орбиты  Сатурна,  а  в  афелии (Q=18,91 а.е.) приближается к орбите Урана. Он  назван  Хироном.  По- видимому, существуют и другие подобные  далекие  астероиды,  поиски  которых

продолжаются.

   Блеск  большинства известных астероидов  во время противостояния от 7m  до 16m, но есть и более слабые объекты. Самым ярким (до 6m) является Веста.

   Поперечники   астероидов  вычисляются  по  их  блеску   и   отражательной

способности в  визуальных  и  инфракрасных  лучах.  Оказалось,  что  крупных астероидов не так уж много. Наиболее крупные - это Церера  (поперечник  1000 км), Паллада (610 км), Веста  (540  км)  и  Гигия  (450  км).  Только  у 14 астероидов поперечники более 250 км, а у остальных  меньше,  вплоть  до  0,7 км. У тел   таких малых размеров не может быть сфероидальной формы,   и  все астероиды  (кроме,  может  быть,  наиболее   крупных)   представляют   собой бесформенные глыбы.

   Массы  астероидов крайне различные:  наибольшей,  близкой  к  1,5.1021  кг

(т.е. в 4 тыс.  раз меньше массы земли),  обладает  Церера.  Суммарная  масса

всех астероидов не превышает 0,001 массы Земли. Конечно,  все  эти  небесные тела лишены атмосферы. У многих   астероидов  по  регулярному  изменению  их блеска обнаружено осевое вращение.

    В  частности, период вращения Цереры  равен 9,1 ч , а Паллады - 7,9ч  .

   Быстрее  всех вращается Икар, за 2ч 16м.

   Изучение   отражательной   способности   многих   астероидов   позволило

объединить  их в  три  основные  группы:  темные,  светлые  и  металлические. Поверхность темных астероидов отражает всего лишь до  5%  падающего  на  нее солнечного света и состоит из веществ, сходными  с  черными  базальтовыми  и углистыми  породами.  Эти  астероиды  часто  называют   углистыми.   Светлые астероиды  отражают  от  10%  до  25%  солнечного  света,  что   роднит   их  поверхность  с  кремниевыми   соединениями   -   это   каменные   астероиды.

Металлические астероиды (их абсолютное  меньшинство)  тоже  светлые,  но  по своим отражательным  свойствам  их  поверхность  похожа  на  железоникелевые сплавы. Такое подразделение астероидов подтверждается и химическим  составом выпадающих на Землю метеоритов . Незначительное число  изученных  астероидов

не относится  ни к одной из трех основных групп.

   Показательно, что в  спектрах   углистых  астероидов  обнаружена  полоса

поглощения  воды  ((=  3мкм).  В  частности,  поверхность  астероида  Цереры

состоит из минералов, похожих на земные глины и содержащих около 10% воды.

   При   небольших  размерах  и  массах  астероидов  давление  в  их  недрах

невелико:  даже у самых крупных астероидов оно  не превышает 7 105

   8 10 5  Гпа (700 - 800 атм) и не  может   вызвать  разогрева  их  твердых

холодных недр. Лишь поверхность астероидов очень  слабо  нагревается  далеким

от них Солнцем, но и эта незначительная энергия  излучается  в  межпланетное

пространство.  Вычисленная  по  законам  физики   температура    поверхности подавляющего большинства астероидов оказалась близкой  к  150  -  170  К  (-

120...-100(С).

      И только у  немногих  астероидов,  которые  проходят  вблизи  Солнца,

поверхность  в  такие  периоды  сильно  нагревается   .   Так,   температура

поверхности Икара повышается почти до 1000 К (+730(С),  а при удалении  от Солнца снова резко понижается.

   Орбиты  остальных  астероидов  подвержены  значительным  возмущениям  от гравитационного  воздействия  больших  планет,  главным   образом   Юпитера. Особенно сильные возмущения испытывают небольшие астероиды, что  приводит  к столкновениям этих  тел  и  их  дроблению  на  соколки  самых  разнообразных размеров -б от сотен метров в поперечнике до пылинок.

Несмотря на то, что Земля значительно больше всех известных астероидов, столкновение с телом размером более 3 км может привести к уничтожению цивилизации. Столкновение с телом меньшего размера (но более 50 метров в диаметре) может привести к многочисленным жертвам и гигантскому экономическому ущербу.

Чем больше и  тяжелее астероид, тем большую опасность он представляет, однако и обнаружить его в этом случае гораздо легче. Наиболее опасным на данный момент считается астероид Апофис, диаметром около 300 м, при столкновении с которым в случае точного попадания может быть уничтожен большой город, однако никакой угрозы человечеству в целом такое столкновение не несёт.

Регулярно в  атмосферу Земли попадает множество  небесных камней. В основном это  маленькие осколки, которые сгорают  в атмосфере и не представляют опасности. С другой стороны, есть множество  больших астероидов, траектории движения которых понятны астрономам, и о сближении с которыми известно заранее. Например, об астероиде DA14, который 15 февраля вечером прошел недалеко от Земли, узнали за год. К счастью, к такому астероиду можно выслать небольшой автоматический космический аппарат. Если озаботиться заранее, то достаточно даже маленького воздействия, чтобы астероид прошел мимо Земли.

Астероиды вроде  того, что взорвался над Челябинском, недостаточно крупны, чтобы их смогли заранее обнаружить астрономы или  военные радары, но уже достаточно велики, чтобы представлять опасность. С Земли организовать обнаружение и наблюдение таких маленьких тел затруднительно, хотя возможно. Но даже если удастся обнаружить астероид не за год, а за 15 минут до столкновения, это даст МЧС время на эвакуацию или на оповещение населения.

Чтобы противостоять  космической угрозе, надо вывести  в космос телескопы и держать  более или менее готовыми перехватчики астероидов. Чего делать нельзя, так  это сбивать астероиды ракетами. Системы ПВО просто не способны засекать объекты, которые летят из космоса со скоростью от 11 км/с, а ракета, например с ядерной боеголовкой, теоретически может перехватить и взорвать опасное небесное тело, но в итоге оно разобьется на огромное количество осколков, которые все равно достигнут Земли. Поэтому – никаких ракет и взрывов, возможно только ювелирное отклонение на дальних подступах к нашей планете. Не нужно и никаких полетов пилотируемых кораблей к астероидам в духе «Армагеддона» – это было бы запредельно дорого, крайне опасно и находилось бы на пределе технических возможностей землян (пилотируемые корабли последний раз улетали дальше околоземной орбиты – к Луне – в 1972 году).

    В  настоящее время физическая  природа   астероидов изучается, потому  что

по  ней  можно  проследить  эволюцию  (развитие)   вещества,   из   которого

сформировалась  Солнечная система.

  Список использованной  литературы:

1. М.М. Дагаев, В.М. «Астрофизика» Москва «ПРОСВЕЩЕНИЕ»2010.г

2. А.Е. Криволуцкий. «Голубая планета» Москва «Мысль»2009.г.

3. Рябов Ю. А. Движение небесных тел. – М.: Наука, 2007.г.

4. Симоненко А. Н.  Астероиды или тернистые пути исследований. Наука, 2006.г.