3 года назад
Нету коментариев

Астероиды во внутренних районах Солнечной системы. Очень долго были не известны астероиды, ко­торые глубоко проникали бы внутрь орбиты Марса. Лишь 13 августа 1898 г. Г. Витт во время своих наблю­дений на обсерватории «Урания» в Берлине открыл 433-й астероид, получивший название Эрос, орбита ко­торого не была похожа ни на одну уже известную. Не­большая по размерам, сильно вытянутая, она лишь афелием «цеплялась» за пояс астероидов — большую же часть времени астероид, как оказалось, проводил вдали от него, в своем перигелии почти «касаясь» орбиты Земли.

В 1932 г. Э. Дельпорт на обсерватории в Уккле (Бельгия) открыл второй астероид с орбитой подобного же типа — Амур (1221-й астероид). Через несколько месяцев был открыт Аполлон, обладающий еще более необычной орбитой, двигаясь по которой, он проникал даже внутрь орбит Земли и Венеры. После обнаруже­ния еще нескольких подобных астероидов «рекорд» по близости к Солнцу побил и удерживает до сих пор Икар, открытый в 1949 г. В. Бааде на Паломарской обсерватории. Этот астероид подходит к Солнцу на расстояние всего лишь в 0,186 а. е., где от нестерпимого жара его поверхность раскаляется до 600°С. Размеры орбиты Икара так малы, что, несмотря на ее большой эксцентриситет (0,827), астероид не может уйти от Солнца дальше 1,97 а. е. (в афелии он движется среди немногочисленных астероидов в зоне В).

К 1976 г. было известно уже более 40 астероидов, проникающих внутрь орбиты Марса, большая часть ко­торых проходит очень близко от земной орбиты (рис. 14). Их орбиты отличаются от орбит большинства других астероидов большими эксцентриситетами и малыми размерами. Среди этих орбит находятся наиболее сильно наклоненные к плоскости эклиптики (до 64°).

Орбиты астероидов, которые могут приближаться к орбите Земли

Орбиты астероидов, которые могут приближаться к орбите Земли

Почти все астероиды, приближающиеся к орбите Земли, невелики по размерам (у большинства попереч­ники составляют всего несколько километров). А неко­торые из них совсем крошки. Всего около 600 м попе­речник, например, у Амура. Вторая космическая ско­рость на этой малютке меньше 1 м/с (с такой же ско­ростью движется медленно идущий человек!).

Благодаря тому что эти астероиды близко подходят к Земле, они в период сближения могут быть довольно яркими. Эрос, например, можно увидеть в слабенький театральный бинокль, когда его блеск достигает макси­мального значения (7,2m). Но период такой «видимо­сти» длится недолго: блеск астероида быстро падает, когда он, следуя далее по своей орбите, удаляется от Земли.

Открыть и даже пронаблюдать повторно (при сле­дующем сближении с Землей) такие астероиды очень трудно. Почти все астероиды пояса, как уже говорилось, наблюдаются на небе в районе линии эклиптики. Астероиды, сближающиеся с Землей, оказываются в той же области лишь тогда, когда они неимоверно сла­бы, будучи далеко от Земли — в поясе астероидов или его окрестностях. К Земле они подходят то с одной сто­роны, то с другой, то сверху, то снизу. А это значит, что на небо они проецируются в самых разных местах вплоть до полюсов мира.

Открытие астероида — событие случайное. Когда из­вестна лишь малая доля астероидов, то трудно при слу­чайном поиске вновь наткнуться на тот, который уже наблюдался (скорее обнаружится один из большого числа неизвестных ранее). Такое явление на языке ма­тематики — событие маловероятное. Другое дело, если были бы известны почти все астероиды. Тогда трудно было бы, наоборот, обнаружить астероид еще неизвест­ный. В связи с этим следует отметить, что ни один из астероидов, приближающихся к Земле, не был «открыт» дважды. Методы теории вероятности позволяют на осно­вании этого утверждать, что число всех астероидов, приближающихся к земной орбите, — несколько сот, а может быть, около тысячи.

Откуда же взялись эти астероиды? Можно не сом­неваться, что сами они или их «предки» целиком двига­лись в поясе астероидов. На малые орбиты, сближаю­щиеся с земной, астероиды перешли под действием дли­тельных планетных возмущений. При помощи ЭВМ с учетом возмущений от многих планет (задача многих тел) удалось оценить время, в течение которого может произойти такой переход. Оказалось, что оно для асте­роидов с типичными орбитами составляет многие мил­лиарды лет. Эта оценка косвенно подтверждается тем, что при значительно меньшем времени пояс астероидов давно бы уж рассеялся по всей Солнечной системе. И тогда еще более непонятным стало существование сотен астероидов на малых орбитах. Ведь они-то не могут «жить» долго! Астероиды типа Аполлона суще­ствуют всего несколько десятков миллионов лет. Снача­ла возмущения планет, слегка меняя орбиту астероида, «заставляют» ее пересекаться с одной из планетных орбит. На это-то и требуется 107 лет. А если это про­изошло, астероид обречен: за очень короткое (в астро­номии) время, порядка десятков тысяч лет, астероид «вылавливается» планетой. Иными словами, астероиды очень трудно «выманить» из их пояса, но если это слу­чилось, их ждет почти мгновенная «гибель».

Ученые потратили много усилий, прежде чем нашли «источник» астероидов с малыми орбитами, да не один, а сразу несколько. Оказалось, что кроме астероидов-«домоседов» есть немногие группы «гуляк». Э. Андерс из Чикагского университета (США) считает, что это асте­роиды, движущиеся в окрестностях орбиты Марса. П. Циммерман и Г. Везерилл из Вашингтона добавили к ним астероиды, движущиеся в соизмеримости 1:2 с Юпитером, и некоторые другие, у которых в резонансе с Юпитером находится не период обращения, а некото­рая комбинация сразу трех элементов — большой полу­оси, эксцентриситета и наклонения к эклиптике. Асте­роиды легко сходят с таких орбит под действием пла­нетных возмущений и дело кончается сильным уменьше­нием размеров их орбит. Чтобы «перигелийная» часть их приблизилась к Солнцу до расстояния орбиты Земли или еще ближе, оказывается, нужны не миллиарды лет, а немногие сотни миллионов.

Остается выяснить, как астероиды попадают на быстро эволюционирующие орбиты. Вопрос этот очень сложный и не решен до сих пор. Одна из особенностей планетных возмущений заключается в том, что они не позволяют астероидам двигаться в окрестностях орбит планет или просто в резонансе с ними. Если асте­роид быстро изгоняется из каких-либо областей, то попасть ему в эти области под действием тех же пла­нетных возмущений уже совершенно невозможно. Вот здесь-то и могут прийти на помощь небольшие измене­ния орбит в результате дроблений. Когда, например, астероид движется вблизи орбиты с резонансом I 2, его осколки, хотя бы немногие, всегда будут в дан­ном резонансе.

Правда, бывает и по-другому. Какой-нибудь асте­роид может пройти около планеты на малом расстоя­нии, и тогда за короткое время, пока астероид находит­ся около планеты, за считанные часы его скорость и на­правление движения могут так сильно измениться, что орбита станет неузнаваемой.

Это случилось, например, с одним крошечным асте­роидом несколько десятков лет тому назад. Г. А. Чебо­тарев исследовал его движение и показал, что раньше этот астероид двигался по орбите огромных размеров с афелием, расположенным за орбитой Сатурна. Пери­гелий тогда должен был находиться около орбиты Зем­ли, а один из узлов орбиты — у самой Орбиты Марса, и только случай помог ему не столкнуться с этой плане­той. Астероид находился под влиянием Юпитера: его не сильно наклоненная к эклиптике орбита проходила не­далеко от орбиты этой планеты. Общее воздействие планет привело к тому, что восходящий узел астероид­ной орбиты приблизился к Юпитеру, и астероид вместе с Юпитером оказались одновременно в районе сближе­ния орбит и прошли на малом расстоянии друг от дру­га. Массивный Юпитер, кроме того, оказался немного позади астероида и так затормозил его, что тот, не про­делав и половины пути до Сатурна, стал возвращаться к Солнцу. Орбита астероида уменьшилась, а перигелий сместился к орбите Венеры, и с тех пор орбита асте­роида, медленно сокращается. В середине XXI в. пери­гелий будет уже на орбите Меркурия. Следует заметить, что этот астероид — один из немногих, «захваченных» совершенно недавно Юпитером в резонанс 3 2.

Астероиды на орбитах, сближающихся с орбитой Земли, условно делят на две группы: группу Аполлона, с астероидами на орбитах, скрещивающихся с орбитой Земли (из-за сходства их орбит с орбитой Аполлона), и группу Амура — на орбитах, только приближающихся к орбите Земли (по той же причине). Конечно, эти груп­пы отличаются от семейств, и астероиды, входящие в них, не связаны «родством»: они были совершенно слу­чайно «понадерганы» из пояса астероидов.

Когда стало известно достаточно много астероидов из групп Аполлона и Амура, провели детальное изуче­ние особенностей их орбит. Оказалось, что перигелийные расстояния орбит не распределены хаотично: околоперигелийные участки орбит собрались в три пучка. Между пучками существуют широкие просветы — на­стоящие «люки»! Самым интересным оказалось то, что как раз в этих «люках» и проходят орбиты планет. «Люки» же возникли потому, что планеты сами расчи­стили межпланетное пространство на своем пути, вы­лавливая астероиды или меняя их движение путем воз­мущений.

«Люки», указанные выше, существуют в рас­пределении современных астероидов, орбиты которых претерпевают осциллирующие (периодические) возму­щения планет. Как же эти «люки» ведут себя при изме­нениях орбит астероидов под действием планетных воз­мущений? Не исчезают ли они вовсе со временем? Ока­зывается, нет. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим дан­ный процесс более подробно.

Мы можем не учитывать вековых изменений орбит — они не успевают сколько-нибудь значительно сказаться за время «жизни» таких астероидов. Среди коротко-периодических изменений особо важны для нас осцил­ляции орбит, происходящие с периодом в десятки тысяч лет, в ходе которых меняются наклонение к эклиптике, форма орбиты и ее положение в пространстве, в то вре­мя как большая полуось остается приблизительно по­стоянной.

При этих осцилляциях линия узлов вращается в пло­скости эклиптики с указанным периодом. Когда она совпадает с линией апсид, т. е. проходит через пери­гелий и афелий орбиты (а это случается дважды за период обращения) форма орбиты приближается к кру­говой. Перигелий располагается в наибольшем удале­нии от Солнца (а афелий, наоборот, — на самом близ­ком из возможных для него расстоянии, так как q + q‘ = 2а — постоянная величина). Наклонение орби­ты к эклиптике в этот момент достигает максимума. За­тем линия узлов смещается, наклонение уменьшается, перигелий движется к Солнцу, а афелий — от него. Ма­лая полуось орбиты сокращается — эксцентриситет орбиты растет. Максимальные изменения достигаются, когда линия узлов становится перпендикулярной линии апсид (что тоже происходит дважды на период). Тогда перигелий ближе всего к Солнцу, а афелий — дальше всего, и обе эти точки орбиты сильнее всего отклонены от эклиптики (таким образом, каждая орбита как бы непрерывно пульсирует).

Оказалось, что перигелии большинства орбит колеб­лются в узких промежутках между планетными орбита­ми. Астероиды на таких орбитах остаются постоянными членами указанных выше трех групп-пучков (в «люки» они не заходят!). У астероидов с большими наклонами орбит к эклиптике амплитуда колебаний так велика, что они лишь временно бывают то в одной, то в другой группе, «гуляя» по всей Солнечной системе. Планеты на их орбиты не воздействуют из-за большого наклона их орбиты к эклиптике: ведь когда такой астероид по­падет в «люк», он из-за большого отклонения перигелия от эклиптики проходит на значительном расстоянии от планетной орбиты.

Одной из наиболее интересных особенностей астерои­дов с малыми орбитами является то, что они движутся в резонансе сразу с несколькими планетами. Впервые это было замечено в движении астероида Торо. Он со­вершает 5 орбитальных оборотов приблизительно за то же время, как и Земля — 8, а Венера — 13 оборотов (резонанс Торо с Марсом 20:17). Перигелий орбиты этого астероида находится между орбитами Земли и Венеры.

Строго говоря, резонанс у Торо с планетами не очень точный. Чтобы Торо двигался в резонансе с Зем­лей 5 8, его среднее движение должно было бы иметь значение 2217,62″, а при резонансе с Венерой 5 13 — 2218,34″ У Торо среднее движение колеблется между 2215,0 и 2222,0″, совершая одно колебание за 100 лет, а иногда и больше. Поддерживают эти колебания… сами планеты — то ускоряя, то замедляя движение Торо. В подвижной системе координат, с центром в Солнце и вращающейся вместе с планетой (Землей или Венерой), Торо благодаря резонансу описывает красивые петли. Чем точнее резонанс, тем компактнее расположены эти петли. Очевидно, что резонанс астероида с Венерой наступает более точный, когда рас­страивается его резонанс с Землей. Так Торо и «мечет­ся» из одного резонанса в другой, а Земля и Венера будто им «играют».

Другой астероид, Амур, движется в резонансе 3:13 с Венерой, 3 8 — с Землей, 12 17 — с Марсом и 9 2 — с Юпитером (рис. 15).

Движение Амура в системе координат, с центром в Солнце

Движение Амура в системе координат, с центром в Солнце

Очевидно, резонансы — удел большинства, если не всех астероидов на малых орбитах. Это предохраняет их от «вылавливания» планетами и тем самым продляет им «жизнь».

Астероиды в окрестностях земной орбиты. Насколь­ко близко могут к Земле подойти астероиды, двигаясь в окрестностях ее орбиты, не могут ли они столкнуться с нашей планетой? Именно такое столкновение Земли с астероидом Икар — каменистой глыбой поперечником чуть более 1 км и с массой в сотни миллионов тонн, предсказывал один из астрофизиков в 1966 г. По расче­там получалось, что удар Икара был бы эквивалентен взрыву 1000 водородных бомб. Что же произошло в дей­ствительности?

В сентябре 1967 г. Икар покинул пояс астероидов, вошел внутрь орбиты Марса и начал приближаться к Солнцу. Пройдя затем на расстоянии 15 млн. км от Меркурия, он промчался вокруг Солнца со скоростью 92 км/с и стал сближаться с Землей. Вечером 14 июня 1968 г. Икар пронесся около Земли на расстоянии 6,36 млн. км — столкновения не произошло.

Близ Земли проходили и другие астероиды, некото­рые из них — даже ближе Икара. Например, Аполлон, чуть более крупный по сравнению с Икаром астероид, пролетел мимо Земли на расстоянии 3,5 млн. км, Адо­нис (0,75 км в поперечнике) — на расстоянии 1,5 млн. км, а Гермес (всего 1 км в поперечнике) в ок­тябре 1937 г. сблизился с Землей до расстояния 1 млн. км (лишь в 2,6 раза дальше орбиты Луны).

И наконец, земная поверхность хранит в себе следы столкновений с астероидами в отдаленном прошлом. Удары астероидов и их осколков о поверхность Земли вызвали появление на ней чудовищных «ран» — астроблем или метеоритных кратеров, если размеры падаю­щих на Землю тел не очень велики. Наибольший из хорошо сохранившихся метеоритных кратеров (рис. 16) расположен в Аризоне (США) на высоком плато, сложенном из песчаников и известняков, и имеет почти круглую форму (диаметр кратера более 1,2 км, глубина около 200 м).

Метеоритный кратер в Аризоне

Метеоритный кратер в Аризоне

Следы огромных кратеров — астроблем сохранились и в нашей стране. Один из них, поперечником около 100 км, образовался несколько десятков миллионов лет назад на севере Сибири, там, где, образуя небольшую извилину недалеко от устья, течет река Попигай. Кра­тер был создан телом в несколько километров попереч­ником. Когда-то он был очень глубоким. Но за прошед­шие геологические эпохи он «заплыл»: дно его подня­лось, вал, окружавший кратер, опустился и разрушился так, что кратер почти слился с окружающим рельефом.

С мелкими осколками астероидов — размерами в метры, десятки сантиметров и мельче, Земля сталкива­ется непрерывно, так как их число огромно в окрестно­стях земной орбиты. Со скоростью не меньше 11 км/с они вторгаются в земную атмосферу и, преодолевая ее сопротивление, огненным шаром проносятся по небу. Это свечение создается главным, образом возбужденны­ми атомами и молекулами образующихся паров асте­роидного осколка и воздуха.

Осколки во время полета в земной атмосфере дро­бятся и испаряются. Лишь немногие из них выпадают в виде метеоритов на поверхность Земли. Предсказать падение метеорита невозможно, потому что порождаю­щие его астероидные осколки малы и не видны в кос­мическом пространстве даже вблизи Земли.

Метеориты — осколки астероидов. С изучением асте­роидов нам повезло: более далекие, чем Луна, они сами «позаботились» о доставке их во внутренние рай­оны Солнечной системы. Земле остается лишь «выло­вить» из космического пространства мелкие, но много­численные астероидные обломки, большая часть кото­рых, однако, падает в океаны, горные области и пусты­ни. В’ руки ученых попадает всего 5—6 метеоритов еже­годно. Бывают, правда, редкие удачи. Так, несколько лет назад недалеко от своей базы в Антарктиде япон­ские исследователи обнаружили сразу 600 метеоритов.

По внешнему виду метеориты похожи на обычные камни, и если их не наблюдали при падении, они редко привлекают внимание человека. Учитывая огромную научную ценность метеоритов, мы укажем некоторые их характерные особенности, позволяющие отличать ме­теориты от целого ряда земных образований.

Во время движения в атмосфере Земли поверхност­ные слои метеорита нагреваются до нескольких тысяч градусов, так что их вещество плавится и испаряется. Но внутренние части даже небольших метеоритов не успевают прогреться, так как время движения в плот­ных слоях атмосферы составляет обычно немногие се­кунды, и поэтому они падают холодными (лишь их поверхность бывает слегка теплой, но и она быстро осты­вает). Внутри метеоритов не бывает пустот, как в ме­таллургических шлаках, а их поверхность обычно по­крыта (полностью или частично) корой плавления — застывшей тонкой пленкой вещества, которое было рас­плавлено во время движения в атмосфере. Следы атмосферного воздействия остаются на метеорите в виде характерных вмятин — регмаглиптов. Иногда бы­вают обнажены поверхности раскола без регмаглиптов и без коры плавления.

Хотя каменные метеориты падают чаще, чем желез­ные или железокаменные, но опознать их на земле труд­нее и находят их реже. Часто они имеют неправильную обломочную форму (рис. 17) — след дробления в меж­планетном пространстве или в атмосфере Земли. Они иногда серые, иногда темные. У них нет ярко выражен­ной крупнокристаллической структуры (как у гранита), нет слоистости (как у глин и сланцев). В их составе отсутствуют карбонатные породы, такие, как известняк и мел. Железокаменные метеориты представляют собой железную губку, в порах которой находится каменистое вещество. На Земле такие формы пород не встречаются.

Структура поверхности разлома

Структура поверхности разлома

Лишь благодаря тому, что метеориты не успевают прогреться за короткое время движения в атмосфере (рис. 18) сохраняется неизменной и доступной для изу­чения их внутренняя структура и состав. У большинства метеоритов они очень своеобразны, не похожи на изве­стные земные горные породы и свидетельствуют о том, что многие из астероидов не подвергались существен­ным изменениям со времени аккумуляции первичных тел, давших начало поясу астероидов. Таким образом, метеориты — это наименее измененные остатки прото­планетного вещества, доступные изучению. Этим опре­деляется их научная ценность, и потому в СССР все метеориты, найденные на территории нашей страны, на­равне с полезными ископаемыми являются народным достоянием и охраняются законом.

Распределение температур внутри каменистого астероидного осколка

Распределение температур внутри каменистого астероидного осколка

О метеоритах мы здесь сказали очень мало, хотя их изучением занимается очень большая область науки — метеоритика, и на основе данных этой науки можно на­писать и ни одну брошюру.