что помогло обнаружить первые астероиды
Открытие первых астероидов
Астероиды (малые планеты) — это тела, двигающиеся по своим орбитам относительно Солнца ориентировочно между Марсом и Юпитером. Еще в начале 20 века было известно около тысячи астероидов. Яркость астероидов невелика (от 6-й звездной величины и слабее), поэтому изучение их сделалось возможным только после применения сильных подзорных труб.
Существование между Юпитером и Марсом какой-то планеты подозревалось еще за столетие до открытия первого астероида. В конце 18 века Титиусом, а затем Воде, было дано эмпирическое правило для определения расстояний планет от Солнца.
Расчеты показали, что пространство, находящееся между Марсом и Юпитером, пустое, и здесь можно предполагать неизвестную планету. В конце 18 века было даже организовано общество, имевшее целью отыскать эту недостающую планету.
В начале 1801 года Пиацци (Палермо, Италия) увидел звездочку 8-й величины, не занесенную в имевшиеся тогда звездные каталоги. Перемещение новой звездочки среди других звезд дало право заключить, что это один из членов солнечной системы. Пиацци назвал эту новую планету Церерой. Достаточного ряда наблюдений над Церерой получить не удалось, так как через два месяца она скрылась в лучах Солнца.
Нужно было суметь вычислить по немногим наблюдениям элементы движения и эфемериду (таблицу положений планеты для равноотстоящих моментов времени) для дальнейших наблюдений. Трудная задача была блестяще решена еще молодым тогда Гауссом, который дал метод, как по трем и четырем наблюдениям вычислить элементы эллиптической орбиты. По указаниям Гаусса, Церера была ровно через год снова отыскана среди звезд Ольберсом. Ее среднее расстояние от Солнца оказалось равным 2,8 радиуса земной орбиты, что хорошо согласуется с правилом Титиуса-Боде.
Недалеко от Цереры Ольберс открыл новый астероид 7-й величины, названный Палладой; ее расстояние от солнца оказалось тоже равным 2,8 радиуса земной орбиты. Ольберс сделал предположение, что астероиды представляют собою осколки разбившейся на части по неизвестной причине большой планеты. В таком случае орбиты всех этих осколков,
согласно законам механики, должны пересекаться в общей точке. Эта точка, по Ольберсу, могла проектироваться с земли либо в созвездие Кита, либо Девы.
В 1804 году Гардинг в созвездии Кита открыл Юнону — это был третий астероид, а Ольберс в созвездии Девы открыл четвертый астероид — Весту. Дальнейшие поиски в указанных созвездиях не дали успешных результатов, а исследование орбит астероидов не подтвердило предположения Ольберса об их общем происхождении.
Пояс астероидов
Мы часто слышим о метеоритах или астероидах, которые врезались или будут врезаться в Землю. Но откуда берутся эти небесные объекты? И сколько их всего? Большинство этих тел собраны в круг вокруг Солнца, называемый главным поясом или поясом астероидов.
В Солнечной системе гораздо больше астероидов, чем планет. Исследователи ежегодно открывают несколько тысяч!
Долгое время ученые считали, что этот пояс астероидов был остатком древней планеты, которая взорвалась неизвестно почему. Но сейчас общепризнанным является то, что возмущения, вызванные гравитационным притяжением Юпитера, не позволили этим породам объединиться и сформировать планету.
Открытие первых астероидов
Самые первые астероиды были обнаружены в начале XIX века. С появлением космической фотографии количество открытий увеличилось с конца 19 века.
Итальянский астроном Джузеппе Пиацци, открывший Цереру, которая первоначально считалась планетой, потом в течение двух сотен лет просто крупным астероидом и наконец окончательно была определена в статусе как карликовая планета
К 1807 году исследователи обнаружили еще три массивных астероида: Паллас, Юнона и Веста. В 1845 году был открыт еще один астероид, Астрея. С тех пор, благодаря бурному развитию астрономических наблюдений, были замечены сотни тысяч других астероидов!
Происхождение главного пояса астероидов
В настоящее время существует гипотеза, что пояс астероидов возник из примитивного материала Солнечной системы, материала, который так и не смог сформироваться в планету.
Долгое время исследователи считали, что эта коллекция камней произошла из обломков древней планеты (называемой Фаэтон), расположенной между Марсом и Юпитером. По неизвестным причинам эта планета распалась на несколько частей, дав начало главному поясу астероидов. В настоящее время от этой гипотезы отказались по нескольким причинам, главная из которых заключается в том, что общая масса пояса составляет лишь часть массы нашей Луны, что слишком мало, чтобы представлять собой останки древней планеты. Напомним, что пояс астероидов был сформирован гравитационными возмущениями, создаваемыми Юпитером.
Столкновения между астероидами
Вопреки мнению многих научно-фантастических фильмов, пересечение пояса астероидов космическим кораблем не будет очень опасным, а риск столкновения с астероидом будет минимальным. Даже если столкновения между астероидами происходят часто в астрономических масштабах (примерно одно столкновение между двумя крупными астероидами каждые 100 000 лет), в наших масштабах это не очень часто!
Следует отметить, что пространство между каждым астероидом главного пояса огромно: в самых плотных областях расстояние между двумя астероидами составляет около 5 миллионов километров (в 15 раз больше расстояния между Землей и Луной). Несколько зондов уже пересекли пояс астероидов: Вояджер 1 и 2, Пионер 10 и 11, Галилео, Кассини-Гюйгенс, NEAR Shoemaker, Улисс и Новые горизонты. Ни один из этих зондов не столкнулся с астероидом!
Астероид: будущее средство передвижения для людей?
А что, если вам сказать, что в настоящее время специалисты НАСА изучают возможности захвата и буксировки астероида длиной менее 10 метров (чтобы он не причинил вреда при столкновении с Землей) и вывода его на орбиту вокруг Луны?
НАСА очень внимательно изучает возможность отправки людей на Марс начиная с 2020-х годов, и для этого оно исследует все возможные виды транспорта. Через несколько лет они планируют отправить роботизированный корабль, способный захватить и доставить к нам астероид.
Также планируется, что люди будут отправлены на астероид для исследования примерно к 2025 году. Астероид на лунной орбите может быть использован в качестве топливного склада и, возможно, даже стартовой площадки для полетов на Марс, что было бы гораздо менее сложно и дорого, чем запуск космических аппаратов с Земли.
Кроме того, НАСА считает, что добыча ресурсов на астероидах может позволить использовать кислород и водород для создания пригодного для дыхания воздуха, питьевой воды и даже топлива. Возможность использовать природные ресурсы за пределами Земли является большой проблемой для человечества.
Если мы сможем захватить астероид, отклонить его от траектории и вывести на орбиту вокруг Луны, у нас будут все ключи к успеху в разработке методов предотвращения столкновения астероида с Землей.
Астероиды: образование, открытие, исследования
Астероиды – общий обзор
Астероиды являют собой крохотные, безвоздушные миры, вращающиеся вокруг звезды, размеры которых не позволяют обрести им планетарный статус. Их также называют планетоидами и второстепенными планетами. В сумме масса всех астероидов Солнечной системы меньше массы земного спутника – Луны. Но, несмотря на их размеры, астероиды могут быть опасными. Многие из них попадали на Землю в прошлом, а еще больше столкнется с нашей планетой в будущем. Это одна из причин, по которым ученые занимаются изучением астероидов, стремясь установить их точное число, орбиты и физические характеристики. Если астероид находится на нашем пути, мы желаем об этом знать.
Большинство астероидов находится в широком кольце между орбитами Марса и Юпитера. Этот широкий пояс содержит более 200 объектов, размер которых превышает 100 километров в поперечнике. Ученые предполагают, что астероидный пояс содержит более 750000 планетоидов, размер которых превышает 1 километр в диаметре, и миллионы с более незначительными показателями. Не все, что находится в главном поясе, может считаться астероидом: например, не так давно там были обнаружены кометы, а также Церус, что считался раньше астероидом, но теперь обрел статус карликовой планеты.
Множество астероидов находится за пределами основного пояса. Например, группа астероидов под названием Трояны расположилась вдоль орбитального пути Юпитера. Три других группы – Афины, Аполлоны и Купидоны, – известных также под названием «околоземных астероидов», вращаются во внутренней части Солнечной системы, иногда пересекаясь с орбитами Марса и Земли.
Образование
Астероиды являют собой остатки от формирования нашей солнечной системы (около 4,6 миллиарда лет назад). Ранее рождение Юпитера остановило процесс формирования других планет в промежутке между ним и Марсом, поэтому небольшие объекты, попадающие в эту область, сталкиваются, что приводит к их фрагментации с последующим возникновением астероидов.
Физические характеристики
Астероиды могут достигать размеров Церуса (940 километров в поперечнике), что позволяет им считаться карликовыми планетами. С другой стороны, один из самых маленьких, обнаруженный в 1991 году, имел в диаметре лишь шесть метров.
Почти все астероиды не имеют стабильной формы, несколько из них, таких как Церус, имеют почти сферические очертания. На их поверхности часто можно заметить кратеры и ямы, например, на Весте обнаружен гигантский кратер диаметром в 460 километров.
Вращаясь вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, сами астероиды иногда описывают замысловатые акробатические фигуры. Более 150 астероидов имеют сопровождающие их повсюду небольшие спутники. Двойные астероиды также существуют. В таких парах два объекта, приблизительно равные по размерам, вращаются друг вокруг друга. Известны также случаи тройных астероидных систем. Множество астероидов попадают в сферу влияния планетной гравитации и становятся спутниками. Среди таких объектов выделяются спутники Марса Фобос и Деймос, а также те, что вращаются вокруг Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.
Классификация
Вдобавок к классификации астероидов, основанной на их орбитах, большинство этих объектов принадлежат к трем группам, определяемых их составом. Тип «С» (углеродный) является наиболее распространенным, к нему принадлежат более 75% всех известных астероидов. Их приблизительный состав – глина и каменистые силикатные скалы; они населяют внешнюю часть основного пояса. Тип «S» (кремниевые) отличается красными и зелеными оттенками. К данному типу принадлежит 17% всех известных астероидов, они преобладают во внутренней части основного пояса. Их приблизительный состав – силикатные материалы, никель и железо. Тим «М» (металлические) имеют красноватый оттенок, населяют среднюю область основного пояса. Их основные элементы – никель и железо. Существуют и многие другие типы астероидов, такие как, например, «V»-тип (представлен Вестой), в состав которого входят, прежде всего, базальт и остатки вулканической корки.
Влияние на Землю
Еще с самого рождения Земли (около 4.5 миллиарда лет назад) астероиды и кометы постоянно сталкивались с нашей планетой. Опасные объекты, тем не менее, появляются очень редко.
Для нанесения глобального ущерба ширина астероида должна превышать четверть мили. Ученые предполагают, что этого будет достаточно для подъема огромного количества пыли в атмосферу, после чего начнется так называемая «ядерная зима», которая нанесет непоправимый вред сельскому хозяйству во всем мире. Астероиды таких размеров попадают на Землю в среднем раз на тысячу столетий.
Небольшие астероиды падают на поверхность нашей планеты в промежутке от 1000 до 10000 лет. Они могут, например, уничтожить большой город или стать причиной гигантских цунами.
Если астероид или его часть попадает на Землю, то это явление называется метеоритом. Типичный состав метеоритов:
Открытия
В 1801 году, во время разработки звездной карты, итальянский священник и астроном Джузеппе Пьяццы случайно обнаружил самый первый и одновременно самый большой астероид – Церус, вращающийся между Марсом и Юпитером. Масса Церуса равняется четверти показателей всех известных астероидов основного пояса Солнечной системы.
Присваивание имен
Поскольку Международное Астрономическое Объединение не слишком строго относится к наименованию астероидов, особенно, в сравнении с другими объектами, можно наткнуться на такие названия как Мистер Спок из «Звездного пути» и Франк Заппа (рок-музыкант), а также те, что связаны с данью уважения (группа из семи астероидов была названа в честь экипажа разбившегося космического шаттла «Колумбия»). Называть астероиды в честь домашних любимцев, тем не менее, запрещено. В названии астероида могут присутствовать цифры, например, Апофис 99942 или популярный нынче астероид под названием 2012 da14.
Исследования
Первым космическим аппаратом, сумевшим сделать приближенные снимки поверхности астероида, стал «Галилей» (принадлежит НАСА, 1991 год). Он также первым зафиксировал спутники, вращающиеся вокруг астероидов (1994 год).
Астероид
Астеро́ид — относительно небольшое небесное тело Солнечной системы, движущееся по орбите вокруг Солнца. Астероиды значительно уступают по массе и размерам планетам, имеют неправильную форму, и не имеют атмосферы, хотя при этом и у них могут быть спутники.
Содержание
Определения
Термин астероид (от др.-греч. ἀστεροειδής — «подобный звезде», из ἀστήρ — «звезда» и εῖ̓δος — «вид, наружность, качество») был введён Уильямом Гершелем на основании того, что эти объекты при наблюдении в телескоп выглядели как точки звёзд — в отличие от планет, которые при наблюдении в телескоп выглядят дисками. Точное определение термина «астероид» до сих пор не является установившимся. До 2006 года астероиды также называли малыми планетами.
Астероиды в Солнечной системе
В настоящий момент в Солнечной системе обнаружены сотни тысяч астероидов. По состоянию на 6 сентября 2011 в базах данных насчитывалось 84 993 238 объектов, у 560 021 точно определены орбиты и им присвоен официальный номер. [2] 15 615 из них на этот момент имели официально утверждённые наименования. [3] Предполагается, что в Солнечной системе может находиться от 1,1 до 1,9 миллиона объектов, имеющих размеры более 1 км. [4] Большинство известных на данный момент астероидов сосредоточено в пределах пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера.
Самым крупным астероидом в Солнечной системе считалась Церера, имеющая размеры приблизительно 975×909 км, однако с 24 августа 2006 года она получила статус карликовой планеты. Два других крупнейших астероида (2) Паллада и (4) Веста имеют диаметр
500 км. (4) Веста является единственным объектом пояса астероидов, который можно наблюдать невооружённым глазом. Астероиды, движущиеся по другим орбитам, также могут быть наблюдаемы в период прохождения вблизи Земли (см., например, (99942) Апофис).
Изучение астероидов
Изучение астероидов началось после открытия в 1781 году Уильямом Гершелем планеты Уран. Его среднее гелиоцентрическое расстояние оказалось соответствующим правилу Тициуса — Боде.
В конце XVIII века Франц Ксавер (англ.) русск. организовал группу, включавшую 24 астрономов. С 1789 года эта группа занималась поисками планеты, которая, согласно правилу Тициуса-Боде, должна была находиться на расстоянии около 2,8 астрономических единиц от Солнца — между орбитами Марса и Юпитера. Задача состояла в описании координат всех звёзд в области зодиакальных созвездий на определённый момент. В последующие ночи координаты проверялись, и выделялись объекты, которые смещались на большее расстояние. Предполагаемое смещение искомой планеты должно было составлять около 30 угловых секунд в час, что должно было быть легко замечено.
По иронии судьбы первый астероид, Церера, был обнаружен итальянцем Пиацци, не участвовавшим в этом проекте, случайно, в 1801 году, в первую же ночь столетия. Три других — (2) Паллада, (3) Юнона и (4) Веста были обнаружены в последующие несколько лет — последний, Веста, в 1807 году. Ещё через 8 лет бесплодных поисков большинство астрономов решило, что там больше ничего нет, и прекратило исследования.
Однако Карл Людвиг Хенке проявил настойчивость, и в 1830 году возобновил поиск новых астероидов. Пятнадцать лет спустя он обнаружил Астрею, первый новый астероид за 38 лет. Он также обнаружил Гебу менее чем через два года. После этого другие астрономы подключились к поискам, и далее обнаруживалось не менее одного нового астероида в год (за исключением 1945).
В 1891 году Макс Вольф впервые использовал для поиска астероидов метод астрофотографии, при котором на фотографиях с длинным периодом экспонирования астероиды оставляли короткие светлые линии. Этот метод значительно ускорил обнаружение новых астероидов по сравнению с ранее использовавшимися методами визуального наблюдения: Макс Вольф в одиночку обнаружил 248 астероидов, начиная с (323) Брюсия, тогда как до него было обнаружено немногим более 300. Сейчас, век спустя, только несколько тысяч астероидов идентифицировано, пронумеровано и поименовано. Известно об их гораздо большем количестве, однако учёные не очень беспокоятся об их изучении, называя астероиды «космическим сбродом» («vermin of the skies»).
Именование астероидов
Сначала астероидам давали имена героев римской и греческой мифологии, позднее открыватели получили право называть их как угодно — например, своим именем. Вначале астероидам давались преимущественно женские имена, мужские имена получали только астероиды, имеющие необычные орбиты (например, Икар, приближающийся к Солнцу ближе Меркурия). Позднее и это правило перестало соблюдаться.
После получения имени официальное именование астероида состоит из числа (порядкового номера) и названия — (1) Церера, (8) Флора и т. д.
Определение формы и размеров астероида
Метод поляриметрии заключается в определении размера на основании яркости астероида. Чем больше астероид, тем больше солнечного света он отражает. Однако яркость астероида сильно зависит от альбедо поверхности астероида, что в свою очередь определяется составом слагающих его пород. Например, астероид Веста из-за высокого альбедо своей поверхности отражает в 4 раза больше света, чем Церера и является самым заметным астероидом на небе, который иногда можно наблюдать невооружённым глазом.
Однако само альбедо тоже можно определить достаточно легко. Дело в том, что чем меньше яркость астероида, то есть чем меньше он отражает солнечной радиации в видимом диапазоне, тем больше он её поглощает и, нагреваясь, излучает её затем в виде тепла в инфракрасном диапазоне.
Классификация астероидов
Общая классификация астероидов основана на характеристиках их орбит и описании видимого спектра солнечного света, отражаемого их поверхностью.
Группы орбит и семейства
Астероиды объединяют в группы и семейства на основе характеристик их орбит. Обычно группа получает название по имени первого астероида, который был обнаружен на данной орбите. Группы — относительно свободные образования, тогда как семейства — более плотные, образованные в прошлом при разрушении крупных астероидов от столкновений с другими объектами.
Спектральные классы
В 1975 году Кларк Р. Чапмен (Clark R. Chapman), Дэвид Моррисон (David Morrison) и Бен Целлнер (Ben Zellner) разработали систему классификации астероидов, опирающуюся на показатели цветности, альбедо и характеристики спектра отражённого солнечного света. [8] Изначально эта классификация определяла только три типа астероидов [9] :
Этот список был позже расширен и число типов продолжает расти по мере того, как детально изучается все больше астероидов:
Следует учитывать, что количество известных астероидов, отнесённых к какому-либо типу, не обязательно соответствует действительности. Некоторые типы достаточно сложны для определения, и тип определённого астероида может быть изменён при более тщательных исследованиях.
Проблемы спектральной классификации
Изначально спектральная классификация основывалась на трёх типах материала, составляющего астероиды:
Однако существуют сомнения в том, что такая классификация однозначно определяет состав астероида. В то время, как различный спектральный класс астероидов указывает на их различный состав, нет никаких доказательств того, что астероиды одного спектрального класса состоят из одинаковых материалов. В результате, учёные не приняли новую систему, и внедрение спектральной классификации остановилось.
Распределение по размерам
Число астероидов заметно уменьшается с их размерами. Хотя это в целом соответствует степенному закону, есть пики при 5 км и 100 км, где больше астероидов, чем ожидалось бы в соответствии логарифмическому распределению. [10]
| D | 100 м | 300 м | 500 м | 1 км | 3 км | 5 км | 10 км | 30 км | 50 км | 100 км | 200 км | 300 км | 500 км | 900 км |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | 25 000 000 | 4 000 000 | 2 000 000 | 750 000 | 200 000 | 90 000 | 10 000 | 1100 | 600 | 200 | 30 | 5 | 3 | 1 |
Образование астероидов
В модели Ниццы многие объекты пояс Койпера захватываются во внешнем поясе астероидов, на расстоянии более чем 2,6 а.е. Большинство из них были позже выбрасывается Юпитером, но те, что остались, могут быть астероидами класса D и, возможно, включают в себя Цереру. [13]
Опасность астероидов
В настоящий момент не существует астероидов, которые могли бы существенно угрожать Земле.
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. Представлять глобальную опасность могут астероиды более 10 км в поперечнике. Все астероиды такого размера известны астрономам и находятся на орбитах, которые не могут привести к столкновению с Землёй.
Происхождение астероидов
Во время очередного наблюдения в телескоп 1 января 1801 года учёный Пиацци обнаружил странный объект, склонение и прямое восхождение которого значительно менялось с каждой ночью. Позже этим объектом заинтересовался Гаусс и вычислил его размеры. Оказалось, что это тело, напоминающее планету, имеет очень маленький диаметр. Его назвали Церерой. Спустя некоторое время были найдены похожие объекты: Паллада, Веста, Юнона. В 19 веке, который ознаменовался открытием не одного десятка подобных тел, им было присвоено название — астероиды. Но каково же происхождение астероидов?
Над этим вопросом размышляли многие учёные ещё со времён открытия Цереры. Так, например, в 1804 году Генрих Ольберс высказал гипотезу о том, что между Марсом и Юпитером (где и обнаружили первый астероид) находилась ещё одна планета-Фаэтон, разрушенная спустя какое-то время по неизвестным причинам. Теория имела успех, ведь по ней учёный смог предсказать местонахождение ещё одного тела-Юноны. Руководствуясь законами небесной механики, Ольберс понял, что траектории движения обломков должны пересекается в одной точке — в месте разрыва планеты.
Итальянский астроном Джузеппе Пиацци, открывший Цереру, которая первоначально считалась планетой, потом в течение двух сотен лет просто крупным астероидом и наконец окончательно была определена в статусе как карликовая планета
Однако такое происхождение астероидов со временем было опровергнуто. На данный момент учёные полагают, что малые планеты появились ещё во время зарождения Солнечной системы. На этом этапе начали образовываться сгустки пыли и горячего газа, вращающиеся вокруг будущего Солнца. Из них в дальнейшем образовывались планеты земной группы и планеты-гиганты. Так, по предположениям учёных, между самым большим объектом Солнечной системы (не считая самой звезды) — Юпитером и красным телом, напоминающем Землю — Марсом начала образовываться планета. Однако этому помешало приливное действие Юпитера, т.е. силы гравитации воздействовали на части тела по-разному. И если силы притяжения между фрагментами объекта оказывались больше, то он сохраняет свой вид, если нет, то разрушается, что и произошло в этом случае.
По этой причине Генрих Ольберс был отчасти прав, предположив, что между четвёртой и пятой планетами должна была быть ещё одна. Это же подтверждают вычисления расстояний между телами. Однако он не догадался, что планета была разрушена раньше, чем успела сформироваться.
Самые крупные астероиды
Самым большим объектом из названой группы по праву считается Церера, ведь в ней сосредоточено почти 1/3 массы всего пояса астероидов между Юпитером и Марсом. Имеет размеры 975×909 км. С 2006 года астрономы изменили её статус, переведя в группу карликовых планет.
Вторым по величине (до 2006 года) считалась Паллада, третьим — Веста. Последний примечателен не только своими размерами (578х560х458 км), но и своей яркостью. Это единственный астероид, который можно наблюдать невооружённым глазом.
Несмотря на множество догадок и гипотез, происхождение астероидов оказалось вполне объяснимым и естественным процессом. Однако эта версия до сих пор не подтверждена до конца, и с каждым годом, по мере развития науки и техники, учёные находят всё новые сведения о таком масштабном процессе.