3 года назад
Нету коментариев

С тех пор как между Марсом и Юпитером вместо одной-единственной недостающей планеты нор­мальных размеров были открыты почти сразу четыре, а потом и огромное множество, странных планет-карликов, возник вопрос об их происхождении. Уже в 1804 г. Г Ольберс пытался объяснить их возникновение, пред­положив, что когда-то в прошлом на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца действительно двигалась одна большая пла­нета, которая разорвалась на несколько кусков, продол­жающих двигаться в окрестностях ее орбиты. Эта идея пользовалась большой популярностью. Гипотетическую планету даже назвали Фаэтоном в честь мифологиче­ского сына Солнца, разбившегося вместе с колесницей.

Было выдвинуто много и других гипотез. У. Леверье считал, например, что астероиды образуются и в нашу эпоху, сгущаясь под действием сил тяготения из косми­ческого вещества. В. Гершель указывал на возмож­ность происхождения астероидов из комет.

Около двух столетий прошло со времени открытия астероидов. Накопление фактических данных о структу­ре пояса, о закономерностях движения и физических особенностях астероидов прояснило природу их возник­новения. Советские и зарубежные исследователи почти одновременно пришли к одинаковым выводам, которые коротко сводятся к следующему.

Пояс астероидов со всеми своими многочисленными представителями, видимо, образовался в результате дробления немногих (порядка 10) крупных первичных тел со средним движением 700—900″ Движущиеся по сходным орбитам, скрещивающимся, а иногда и пере­секающим друг друга, эти тела затем сталкивались и вновь дробились, так как столкновения происходили с огромными, по нашим земным представлениям, скоро­стями — в несколько километров в секунду.

Эта гипотеза была выдвинута в 1950-х годах амери­канским астрофизиком Дж. Койпером и в настоящее время развивается многими учеными. В нашей стране ее математической разработкой в 60-х годах занимался Г Ф. Султанов. Основываясь на собственных элементах орбит астероидов, движущихся в поясе, он обнаружил 12 хорошо выраженных максимумов в распределении этих элементов. В связи с чем он высказал предположе­ние, что было 12 крупных первичных тел —почти столько, сколько известно теперь крупных астероидов.

Оценка такого же порядка была получена и другим путем. Распределение астероидов по размерам, получен­ное на основании МакДоналдского и Паломар-Лейден­ского обозрений, обнаруживает как уже упоминалось «избыток» астероидов поперечником более 50 км. Аме­риканский геохимик Э. Андерс предложил иное объяс­нение этого «избытка». Он считает, что дробление асте­роидов не зашло так далеко, чтобы уничтожить всякие следы первоначального распределения, и что «избыток» существует именно по этой причине. Определив массы (и размеры) «родительских» тел семейств (суммируя массы членов семейств), он нашел их распределение по «начальным» размерам. Затем, предположив, что все астероиды когда-то входили в семейства и что их «ро­дительские» тела имели такое же распределение по раз­мерам, как и найденное для ныне существующих семейств, Андерс получил распределение по размерам» первичных тел, не противоречащее результатам Султа­нова (рис. 13).

Распределение числа астероидов по размерам и абсолютной звездной величине

Распределение числа астероидов по размерам и абсолютной звездной величине

Важным следствием гипотезы Койпера является то, что пояс астероидов должен быть очень молодым обра­зованием. В самом деле, в ту далекую эпоху, когда за­кончилось формирование Солнечной системы, вероят­ность взаимных столкновений немногочисленных тел, двигавшихся между Марсом и Юпитером, как отмечал сам Койпер, была очень мала. Даже в том случае, если наклоны орбит этих тел к эклиптике не превышали все­го 5°, а эксцентриситеты были не более 0,1, вероятность столкновений астероидов была не более 0,1 за 2 млрд. лет. Это означает, что на протяжении первой половины истории Солнечной системы, согласно гипотезе Койпера, произошло лишь несколько столкновений. И лишь по­том, после достаточного накопления продуктов дробле­ния, столкновения в поясе астероидов стали «обычным делом».

Разные части пояса должны были пройти, по-види­мому, различный эволюционный путь. Астероиды с ма­лым средним движением (400—500″) находятся как будто в менее раздробленном состоянии (из-за меньшей вероятности встреч на внешней окраине пояса). В цент­ральной и внутренней частях пояса, где пространствен­ная плотность астероидов особенно велика, а столкно­вения часты, процесс дробления, видимо, зашел дальше, о чем свидетельствует больший «хаос» их орбит.

Рассмотрим теперь, как могла образоваться та дю­жина первичных крупных тел, которая дала начало поясу астероидов. Согласно гипотезе О. Ю. Шмидта, получившей развитие в трудах его учеников, их «колы­белью», (как и всей Солнечной системы) стало огром­ное холодное газопылевое облако, сгустившееся далеко от центра Галактики из межзвездной пыли и газа. Га­зовая компонента этого протопланетного облака состоя­ла, по этой гипотезе, главным образом, из водорода, гелия и неона с примесью других газов, а мелкая пыль (пылинки размером порядка 1 мкм) — из силикатов и разного типа льдов. Это облако медленно вращалось вокруг некоторой центральной оси. В самом центре его родилось Солнце. Интересующие нас астероиды образо­вались на расстоянии 300—600 млн. км от этого центра. Там пылинки, атомы и молекулы, участвуя в общем кру­говом движении, должны были обладать еще и «хаоти­ческими» движениями (поэтому они и сталкивались между собой). Известно, что столкновения атомов газа происходят упруго, молекул — почти упруго, а столкно­вения пылинок — неупруго. В соответствии с этим атомы и молекулы при столкновениях в облаке отскакивали друг от друга почти с прежними скоростями, и хаотич­ность их движений не менялась. У пылинок «хаотиче­ские» скорости при столкновениях должны были умень­шаться, и их кинетическая энергия переходить в тепло­вую, которая затем излучалась в окружающее простран­ство.

Из-за вращения протопланетного облака пылинки, теряя «хаотические» скорости, не могли падать к цент­ру, на рождающееся Солнце, а оседали к экваториаль­ной плоскости облака. Пылевая компонента протопла­нетного облака уплощалась, и постепенно около Солн­ца должен был сформироваться плоский пылевой диск, погруженный в газовую среду. Со временем, когда он стал достаточно тонким и плотным, появилась возмож­ность возникновения в нем сгущений частиц. Некоторые из них оказывались настолько большими, что сохранялись, благодаря собственным силам тяготения. Они дви­гались вокруг Солнца в том же направлении, в котором вращалось протопланетное облако. Массы их постепен­но возрастали за счет присоединения к ним новых час­тиц. Встречаясь с другими сгущениями, они объединя­лись, и по мере увеличения своей массы могли притяги­вать друг друга, в связи с чем рост их шел все более эффективно.

С момента своего образования эти сгущения должны были обладать медленным вращением вокруг собствен­ной оси, а «хаотические» скорости частиц внутри сгуще­ний из-за взаимных столкновений быстро уменьшались. Сталкиваясь друг с другом с малыми скоростями, в своеобразных условиях вакуума частицы могли слипать­ся. Сгущения в связи с этим постепенно сливались в сплошные тела, вращающиеся вокруг своих осей, и про­должали медленно расти за счет объединения и вычер­пывания вещества из окружающего пространства. В ре­зультате возникло множество крупных тел размерами в десятки и сотни километров. Они двигались вокруг Солнца по почти круговым орбитам, мало наклоненным к экваториальной плоскости облака, как и те сгущения, из которых они образовались.

Именно эти тела стали теми «кирпичиками», из ко­торых сложились планеты. Но в огромной зоне между орбитами Марса и Юпитера «кирпичики» не могли образовать планету (хотя их было там очень много), так как в их «жизнь» вмешался выросший рядом до огромных размеров Юпитер. Путем гравитационного воздействия он все время возмущал их движение, и упо­рядоченные круговые скорости вновь сменились «хаоти­ческими». Эти тела, сталкиваясь с большими скоростя­ми, уже не могли объединиться и, дробясь, порождали бесчисленные осколки.

Этим влияние Юпитера не ограничивалось: в окрест­ностях его орбиты, на расстоянии почти в 2 а. е., не осталось ровным счетом ничего. Поглотив огромное ко­личество вещества, он, благодаря своему возросшему гравитационному воздействию, еще больше вещества «вышвырнул» из Солнечной системы.

Когда все это закончилось, пылевая компонента со­бралась в планеты, ее остатки были выброшены за пре­делы Солнечной системы, газообразная компонента была выдута «солнечным ветром», и Солнце, наконец, засияло — в пустом межпланетном пространстве лишь между Марсом и Юпитером одиноко двигалось около десятка маленьких холодных планет-карликов. А столк­новения этих тел друг с другом породили целый сонм огромных каменистых глыб, летающих около Солнца со скоростями в десятки километров в секунду — свое­образное структурное образование, пояс астероидов.