3.3. Пояс астероидов (Фаэтона)
АСТЕРОИД - небольшое планетоподобное тело Солнечной системы (малая планета). Самый большой из них Церера, имеющий размеры 970х930 км. Астероиды по размерам сильно различаются, самые маленькие из них не отличаются от частиц пыли. Несколько тысяч астероидов известно под собственными именами. Полагают, что насчитывается до полумиллиона астероидов с диаметром более полутора километров. Однако общая масса всех астероидов меньше одной тысячной массы Земли.
Большинство орбит астероидов сконцентрировано в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера на расстояниях от 2,0 до 3,3 а.е. от Солнца. Имеются, однако, и астероиды, чьи орбиты лежат ближе к Солнцу, типа группы Амура, группы Аполлона и группы Атена. Кроме того, имеются и более далекие от Солнца, типа центавров. На орбите Юпитера находятся троянцы. Астероиды могут быть классифицированы по спектру отраженного солнечного света: 75% из них очень темные углистые астероиды типа С, 15% - сероватые кремнистые астероиды типа S, а оставшиеся 10% включают астероиды типа М (металлические) и ряд других редких типов.
Классы астероидов связаны с известными типами метеоритов. Имеется много доказательств, что астероиды и метеориты имеют сходный состав, так что астероиды могут быть теми телами, из которых образуются метеориты. Самые темные астероиды отражают 3 - 4% падающего на них солнечного света, а самые яркие - до 40%. Многие астероиды регулярно меняют яркость при вращении.
Вообще говоря, астероиды имеют неправильную форму. Самые маленькие астероиды вращаются наиболее быстро и очень сильно различаются по форме. Космический аппарат "Галилео" при полете к Юпитеру прошел мимо двух астероидов, Гаспра (29 октября 1991 г.) и Ида (28 августа 1993 г.). Полученные детальные изображения позволили увидеть их твердую поверхность, изъеденную многочисленными кратерами, а также то, что Ида имеет небольшой спутник. С Земли можно получить информацию о трехмерной структуре астероидов с помощью большого радиолокатора Аресибской обсерватории.
Астероиды, как полагают, являются остатками вещества, из которого сформировалась Солнечная система. Это предположение подкреплено тем, что преобладающий тип астероидов внутри пояса астероидов меняется с увеличением расстояния от Солнца. Столкновения астероидов, происходящие на больших скоростях, постепенно приводят к тому, что они разбиваются на мелкие части.
Итак, между орбитами Марс и Юпитера находится масса небольших тел, обращающихся вокруг Солнца на том расстоянии, на котором должна была бы находиться большая планета, согласно правилу Тициуса-Боде. Известный астроном и врач Генрих Ольберс, открывший Палладу и Весту, предположил, что на месте теперешних астероидов некогда находилась планета. От чудовищного удара извне или от внутреннего удара планета взорвалась(!), оставив после себя наследие в виде астероидов. Эту гипотетическую планету, в последствии назвали ФАЭТОН, в честь сына бога Солнца Гелиоса. Согласно греческой мифологии Фаэтон, похитил у отца (Гелиоса) его огненную колесницу и поехал кататься по небу, но погиб, разбившись вместе с колесницей.
Однако, в 50-х годах 20 века против трогательной гипотезы Ольберса о Фаэтоне появились первые, но убедительные возражения, основанные на данных о метеоритах. Из анализов состава метеоритов следовало, что они неоднородны по химическому составу и никак не могут быть продуктами разрушения большой планеты, подобной Земле иди Марсу, поскольку тогда они ни за что не смогли бы сохранить свою кристаллическую структуру. В недрах массивной планеты такая структура неминуемо была бы разрушена. Более детальные исследования доказали, что метеоритное вещество могло формироваться и прийти к сегодняшнему состоянию только в небесных телах астероидных масс и размеров.
Последний аргумент в пользу существования Фаэтона прозвучал в 70-х годах прошлого века. Для этого была вычислена его гипотетическая масса и показано, что разрушение произошло около 16 миллионов лет назад. Однако, оказалось, что энергия для разрушения Фаэтона в тысячи и десятки тысяч раз слабее необходимой. Оставалось объяснить разрушение планеты гравитационным влиянием Юпитера. Оказалось, что тесное сближение с этим гигантом могло бы привести к разрушению Фаэтона! Но… Как всегда, но! Если бы такое сближение произошло, то оно было бы губительным для Фаэтона, но и сам Юпитера сильно бы пострадал. Система его галилеевых спутников была бы изменена возмущениями до такой степени, что на ее восстановление даже гигант Юпитер затратил бы 2 миллиарда лет! Но, как сказано выше, катастрофа произошла не более 16 миллионов лет назад.
Так откуда же взялись астероиды. Современная модель происхождения Солнечной системы предполагает одновременное образование Солнца и планет (в том числе и астероидов) из огромной массы газа, состоящего преимущественно из водорода. Ее называют солнечной туманностью. Под действием гравитационных сил газовая туманность сжималась таким образом, что центральная область становилась наиболее плотной. В центре возникло Солнце, став главным объектом всего облака. Воздействие гравитационных сил и солнечного излучения разрушило первоначальную структуру облака. В нем появились разрежения и сгущения (протопланеты), захватывающие все попадающееся на их пути вещество. Именно из наиболее массивных протопланет образовались планеты. При этом на Солнце начались ядерные реакции, превращающие водород в гелий. Таким образом, около 5 миллиардов лет назад Солнечная система сформировалась такой, какую мы с вами сейчас наблюдаем.
Астероиды - остатки промежуточных тел, из которых создавались планеты, сохранились до нашего времени. Они так и не сумели сформироваться в планету из-за близости массивного Юпитера. Планета-гигант своим воздействием увеличивала относительные скорости астероидов и довела этот процесс до такого состояния, что кинетическая энергия астероидов превысила гравитационную, а в таких условиях они уже не могли соединяться и формироваться в единое тело при встрече. Скорее наоборот, столкновение приводило к взаимному дроблению, а не объединению. Увы, гипотеза о Фаэтоне не получила подтверждения. Достаточно весомые аргументы, приведенные выше, не должны оставлять у уважаемых пользователей никаких сомнений.
Самые крупные из астероидов это Церера (поперечник 940 км), Паллада (610 км), Веста (540 км), Гигея (450 км). О них мы знаем пока очень мало. Бесспорно, однако, что их недра не имеют слоистого строения, как у крупных планет. Скоре они похожи на метеориты и по плотности, и по составу. Одни из астероидов имеют плотность около 2 г/см3 и в этом отношении напоминают каменные метеориты, другие гораздо плотнее (7-8 г/см3) и сходны с железо-никелевыми метеоритами. Есть и такие, которые похожи на углекислые ходриты - разновидности каменных метеоритов, весьма богатые органическим веществами.
В октябре 1977 г. американский астроном Коуэл обнаружил на снимках звездного неба слабый, сравнительно медленно движущийся объект - астероид или остатки кометы. Оказалось, что этот объект должен иметь диаметр от 150 до 600 км и движется по околосолнечной орбите (с большей полуосью в 13,7 автономических единиц), которая проходит в пространстве между орбитами Юпитера и Урана, совершая один оборот вокруг Солнца за 50,682 года. В перигелии он приближается к Солнцу на 8,5 астрономических единиц, а в афелии уходит на расстояние, равное 18,9 единиц. Объект был назван Хироном, по имени кентавра - сына Сатурна.
В том, что астероиды - бесформенные осколки, нас убеждает периодическая переменность их блеска, вызванная осевым вращением. Амплитуды невелики, периоды заключены в пределах от 2,25 часа до 18 часов. Только два астероида - Эрос и Географ изменяют свой блеск с амплитудой в 1,5-2,0 звездной величины.
Сразу же после открытия в 1898 г. Эрос привлек внимание исключительностью его орбиты. Эксцентриситет его эллиптической орбиты равен 0,223, большая полуось 1,458 астрономической единицы. Поэтому в некоторых противостояниях, которые называются "великими", Эрос может приблизится к Земле до 20 млн. км. В это время его блеск повышается до 7-ой звездной величины. В афелий он удаляется от Солнца за орбиту Марса почти на 30 млн. км; пересечения орбит быть не может, так как наклонение его орбиты к плоскости эклиптики велико
. Хотя противостояние Эроса наступают в среднем через 2-3 года, великие противостояния происходят через 30 лет. В нашем столетии они были в 1901, 1931, 1975 и 1982 г. Большие сближения Эроса с Землей астрономы использовали для точных определений его положений. При этих наблюдениях была открыта переменность его блеска, период которой равен 5 ч. 16 мин. с изменяющейся амплитудой, доходящей до 1,5 звездной величины. Как в 1930-31, так и в 1974-75гг. было получено много наблюдений блеска астероида, так что период и кривая изменения блеска определены очень надежно . Амплитуда изменения блеска Эроса переменная и зависит от того, как наклонена его ось вращения к лучу зрения. Это позволило определить направление оси вращения, которая пересекает небесную сферу около звезды Альфа Андромеды. Амплитуда наибольшая, когда Земля, "входит" в плоскость экватора планеты. В 1975 г. наблюдалось еще более редкое явление. Эрос на несколько секунд закрыл звезду c Близнецов и звезда "погасла". Это позволило оценить диаметр астероида в 20 км таким образом, Эрос - вытянутая каменная глыба, вращающаяся вокруг малой оси, в результате чего изменяется его блеск.
Американские и европейские астрономы обнаружили признаки существования парных поясов астероидов у звезд Вега и Фомальгаут; не исключено, что между этими поясами могут скрываться целые "семейства" планет. Авторы исследования использовали данные с американского космического телескопа "Спитцер" и европейского телескопа "Гершель", которые фиксировали инфракрасное излучение, приходящее от этих звезд.
Пылевые диски в окрестностях звезд нельзя обнаружить в видимом диапазоне, поскольку их затмевает сияние звезды. Однако пыль заметна в инфракрасном свете. Данные "Спитцера" и "Гершеля" подтвердили присутствие пылевого диска, ранее обнаруженного вокруг Фомальгаута, и показали, что он есть и вокруг Веги.
Пояса астероидов в окрестностях Веги и в Солнечной системе
При этом в обеих системах были обнаружены два пылевых пояса – "теплый" и "холодный", второй примерно в 10 раз дальше от звезды, чем первый. Примерно так же в этом отношении устроена и Солнечная система, где есть главный пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера, и пояс Койпера – за орбитой Плутона. Именно планеты, как считают ученые, постоянно "расчищают" пространство между двумя поясами астероидов. Масса этих поясов значительно выше, чем в Солнечной системе, поскольку эти звезды значительно моложе Солнца и расчистка их окрестностей еще не завершилась.
Вега, которая находится в 25 световых годах от Земли в созвездии Лиры и является пятой по яркости звездой на небосводе, возникла всего лишь около 450 миллионов лет назад.
Американские астрофизики Ребекка Мартин и Марио Ливио предложили модель образования пригодных для жизни планет, согласно которой возможность их существования определяется радиусом орбиты газового гиганта в системе и плотностью пояса астероидов. Работа опубликованав журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а ее краткое содержание можнопрочитатьна сайте NASA.
Авторы анализировали механизм возникновения планет на основе данных о Солнечной системе. Ученые обратили внимание на то, что Юпитер отделен от Марса и Земли поясом астероидов, в то время как у большинства внешних систем газовые гиганты находятся гораздо ближе к своим звездам.
Астрофизики предположили, что такое относительное положение пояса астероидов и газового гиганта в нашей системе может быть не случайно и связано с возникновением жизни. Чтобы проверить эту гипотезу, ученые провели моделирование того, как образование внутренних планет вроде Земли или Марса зависит от движения газовых гигантов.
Оказалось, что если газовый гигант со временем сильно приближается к своей звезде, то по ходу движения он не дает образоваться более мелким каменистым планетам. Протопланетный материал в таком случае остается "размазанным". Однако, если гигант остается на той же орбите, где и сформировался, то его гравитационное воздействие порождает очень плотный пояс астероидов, которые постоянно бомбардируют внутренние планеты, что уничтожает на них все живое.
По словам авторов, существует оптимальный радиус орбиты, на который должен опуститься газовый гигант, чтобы на внутренних планетах могла появиться и сохраниться жизнь.
Ученые проанализировали орбиты 520 из известных в настоящее время экзопланет-гигантов, и установили, что только 19 из них вращаются на достаточно большом расстоянии от своих звезд. Это может говорить о том, что среди уже открытых планетных систем лишь малая доля содержит планеты, пригодные для жизни.