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