Малые тела в солнечной системе

1. Астероиды. Астрономы давно обратили внимание на слишком большой «пробел», существующий между орбитами Марса и Юпитера, и предполагали, что там может находиться ещё неизвестная планета. В 1801 г. после длительных поисков в этом промежутке действительно была открыта планета, которая по традиции получила имя, взятое из древней мифологии, — Церера. Она оказалась слишком маленькой по сравнению с другими известными в ту пору планетами — её диаметр около 1000 км. Однако выяснилось, что в этой части Солнечной системы Церера вовсе не единственная планета. Вскоре были открыты Паллада (550 км), Веста (530 км) и др. (рис. 4.19). Кроме Весты ни одна из них не видна невооружённым глазом. Эти объекты стали называть малыми планетами или астероидами (звездоподобными), поскольку даже в телескоп они видны как светящиеся точки, похожие на звёзды. Эти малые планеты и другие, обнаруженные за последующие два столетия, обращаются в основном между орбитами Марса и Юпитера, образуя так называемый пояс астероидов. К концу XX в. в этом поясе открыто более 100 тыс. объектов. Наиболее крупные из них имеют шарообразную форму, а те, размер которых менее 100 км, в большинстве своём — неправильную. Общая масса всех этих тел составляет не более 1/1000 массы Земли.

Рис. Размеры астероидов

Тем не менее, стало очевидно, что в состав Солнечной системы входит также множество малых тел, орбиты которых очень сильно меняются под действием планет.

Современные наблюдательные средства, в частности приборы, установленные на космических аппаратах, обнаружили, что в окрестностях Земли каждый месяц пролетает несколько тел размером от 5 до 50 м. К настоящему времени известно более 6000 объектов, периодически сближающихся с Землёй. Из них около 900 имеют размеры более 1 км, в том числе свыше 100 таких объектов считаются потенциально опасными для нашей планеты. С помощью космических аппаратов впервые удалось с расстояния в несколько десятков тысяч километров получить изображения малых планет. Как и предполагалось, породы, составляющие их поверхность, оказались аналогичны тем, которые распространены на Земле и Луне. Подтвердились представления о том, что небольшие астероиды имеют неправильную форму, а их поверхность испещрена кратерами.

2. Планеты-карлики Рис. Плутон со спутником Хароном

После открытия большого числа астероидов, а в 1846 г. планеты Нептун, в астрономии начались длительные поиски «занептунной» планеты. Лишь в 1930 г. за орбитой Нептуна удалось открыть Плутон. Оказалось, что по размерам и массе он меньше Луны, а по плотности существенно отличается от планет обеих групп. В 1978 г. у него был обнаружен очень крупный спутник Харон. Начатые в эти годы систематические поиски других столь же далёких объектов привели к открытию множества малых тел между орбитами Юпитера и Нептуна. Затем в 1992 г. за орбитой Нептуна был открыт первый объект диаметром около 280 км. К настоящему времени известно уже около 1500 тел, находящихся в этой части Солнечной системы. Диаметры большинства из них составляют от 100 до 1000 км. Некоторые из них, а не только Плутон, имеют спутники. Тем самым подтвердилось высказанное американским астрономом Дж. Койпером ещё в середине прошлого века предположение о существовании за орбитой Нептуна на расстоянии 35—50 а. е. от Солнца ещё одного пояса малых тел, которые оказывают влияние на движение этой планеты. Плутон стал прототипом планет-карликов, а наиболее крупным объектом этого класса стала Эрида (диаметр 2400 км). Ещё две карликовые планеты — Хаумея и Макимаки — также относятся к поясу Койпера. В число планет-карликов включена также Церера, которая прежде считалась крупнейшим из астероидов.

Возможно, что именно пояс Койпера является остатком того самого протопланетного облака, из которого формировалась Солнечная система.

3. Кометы. Из-за своего необычного вида (наличие хвоста, который может простираться на несколько созвездий) кометы с древних времён обращали на себя внимание людей, даже далёких от астрономии. За всё время наблюдений было замечено и описано свыше 2000 комет (рис. 4.23).

Рис. Комета на звёздном небе Рис. Орбита кометы Галлея

Вдали от Солнца кометы имеют вид очень слабых туманных пятен. По мере приближения к нему у кометы появляется и постепенно увеличивается хвост, направленный в противоположную от Солнца сторону. У наиболее ярких комет хорошо заметны все три составные части: голова, ядро и хвост. При удалении от Солнца яркость кометы и её хвост уменьшаются. Она снова превращается в туманное пятно, а затем ослабевает настолько, что становится недоступной для наблюдений.

Кроме необычного внешнего вида, кометы обращали на себя внимание неожиданностью появления. Среди комет немало таких, которые наблюдались всего один раз и могут вернуться только через несколько столетий. Сближение комет с планетами позволяет определить их массу, которая не превышает тысячных долей массы земной атмосферы и в сотни миллионов раз меньше массы земного шара.

Ежегодно наблюдается 15—20 комет, большинство которых видны только в телескоп. Некоторые из них оказываются новыми, неизвестными ранее. Предполагается, что общее число комет в Солнечной системе превышает десятки миллиардов.

4. Метеоры, болиды и метеориты. Метеоры, которые в старину называли «падающими звёздами», можно видеть практически в любую ясную ночь, если только не мешает свет Луны. Явление метеора вызывается метеорными телами или метеороидами — мелкими камешками и песчинками, влетающими в атмосферу Земли со скоростями в десятки километров в секунду. В спектре вспыхнувшего метеора наблюдаются линии кремния, кальция, железа и других металлов. Теряя скорость при торможении в атмосфере, метеороиды разогреваются, испаряются и практически полностью разрушаются, не долетев до поверхности Земли. На своём пути они ионизуют молекулы воздуха. Благодаря этому светящийся метеорный след отражает радиоволны, что позволяет с помощью радиолокаторов наблюдать метеоры не только ночью, но и днём.

Рис. След метеора на звёздном небе

Метеорные тела, догоняющие Землю, влетают в её атмосферу со скоростью не менее 11 км/с, а летящие навстречу — 60—75 км/с. Они имеют массу от миллиграммов до нескольких граммов. Оставшаяся после разрушения этих тел мелкая пыль постепенно оседает на поверхность Земли.

Когда в атмосферу Земли попадает из космического пространства крупное тело, наблюдается явление, называемое болидом. Болиды имеют вид огненного шара и оставляют после своего полёта след, который иногда можно наблюдать в течение 15—20 мин. Наиболее яркие болиды видны даже днём.

В отдельных случаях тело, вызвавшее появление болида, не успевает до конца испариться в атмосфере и падает на поверхность Земли в виде метеорита .Считается, что в течение года на Землю выпадает около 2000 метеоритов. По химическому составу различают каменные, железные и железокаменные метеориты. Железные метеориты состоят в основном из никелистого железа, содержащего 90% железа и 9% никеля.