uabooks.top » Фізика » Малі тіла Сонячної системи
Інформація про новину
  • Переглядів: 459
  • Дата: 22-02-2019, 20:19
22-02-2019, 20:19

Малі тіла Сонячної системи

Категорія: Фізика




Астероїди. До малих тіл належать астероїди, комети й метеороїди. Астероїди — тверді кам’янисті тіла, що рухаються, як і планети, по еліптичних орбітах навколо Сонця з періодом 3-6 років. Як і планети, астероїди у видимому діапазоні спектра світять відбитим сонячним світлом. Для людини, яка спостерігає із Землі, кутовий діаметр навіть найбільших астероїдів не більший за 0",5, тому за допомогою наземних телескопів неможливо розгледіти їхні форми. Діаметри деяких астероїдів вдалося виміряти методом покриття зір — коли астероїд під час спостереження опиняється на одній прямій з яскравою зорею. Але здебільшого їх розміри оцінюють побічно — по блиску, кольору та відстані.

Внутрішня структура астероїдів здатна чинити опір гравітаційному стисканню. З цієї причини вони менш схильні до внутрішньої еволюції, ніж планети. Астероїдами вважають залишки протопланетного диска, з якого формувалася Сонячна система. Загальна їх кількість — більше

575 тис., а їх загальну масу оцінюють у 4,2 · 1021 кг, що становить менше одного відсотка маси Землі. Орбіти більшості відомих астероїдів розташовані між орбітами Марса та Юпітера на відстані 2,2-3,6 а. о. від Сонця. Оскільки в цій частині Сонячної системи міститься кілька сотень тисяч таких об’єктів, її назвали поясом астероїдів. Інколи цей пояс називають внутрішнім, або головним, маючи на увазі те, що за орбітою Нептуна простягається пояс Койпера, до якого належать об’єкти, що здебільшого також є малими тілами Сонячної системи. Проте тіла поясу Койпера в основному складаються з льоду.

Поза основним поясом астероїдів є ще багато малих тіл, наприклад, ас-тероїди-троянці. Це дві групи астероїдів, що обертаються навколо Сонця по орбіті Юпітера: перша рухається на 60° попереду планети, друга — на 60° позаду неї. Деякі астероїди рухаються сильно витягнутими еліптичними орбітами, що пролягають поблизу Сонця. А орбіти груп Аполлона, Амура й Афіни перетинають орбіту Землі або дуже близько підходять до неї.

Перший астероїд Цереру відкрито в 1801 р. (мал. 222). Інші найвідо-міші астероїди: Паллада, Юнона, Веста, Ерос, Амур, Гідальго, Ікар.

З 1992 р. розпочалось відкриття нових об’єктів — астероїдів з поясу Койпера, або планетоїдів («планетоподібних»). Включаючи Плутон, пояс Койпера починається за орбітою Нептуна й простягається на відстань до 150 а. о. На початок 2000 р. було відомо близько 120 планетоїдів з розмірами до 400 км. А найбільший серед них, відкритий 1996 р., має розмір близько 800 км, що становить третину діаметра Плутона. За попередніми оцінками, окрім великих планетоїдів, у поясі Койпера перебуває близько 200 млн невеликих тіл розмірами 5-10 км і менше.

Комети. Певно, найефектнішими малими тілами Сонячної системи є комети. Орбіти комет — це еліпси, які витягнуті так, що ділянки орбіт, що пролягають усередині Сонячної системи, мають вигляд параболи чи

гіперболи. Від ступеня витягнутості еліпса залежить і період обертання комети навколо Сонця. Наприклад, комета Енке має період обертання навколо Сонця 3,31 року. Найвідоміша поміж комет — комета Галлея — повертається до Сонця кожні 75,5 року. Її появу у близьких до Сонця околицях зареєстровано вже 30 разів, з них двічі — у ХХ ст. (у 1910 і 1986 рр.).

У комет розрізняють голову й характерний хвіст, що виникає, коли комета наближається до Сонця. Голова комети складається з невеликого льодяного ядра з домішками твердих речовин і газової оболонки навколо нього, яке світить відбитим сонячним світлом. Ядра комет зазвичай мають діаметр у кілька кілометрів або в кілька десятків кілометрів, тоді як діаметр світних оболонок (їх називають комою) навколо них може сягати діаметра Сонця. Ці світні оболонки виникають під час наближення комети до Сонця. Ядро нагрівається, і його речовина сублімує — переходить із твердого в газоподібний стан. Це відбувається між орбітами Сатурна та Юпітера, але частіше — у ділянці поясу астероїдів між Юпітером і Марсом. Кометний хвіст формується під тиском світла й сонячного вітру — речовину коми відкидає у протилежний бік від Сонця. Іноді довжина хвоста комети сягає сотень мільйонів кілометрів. Водночас речовина, з якої складається голова (за винятком ядра) і хвіст комети, надзвичайно розріджена.

Багато нового про комети астрономи дізналися завдяки космічним зондам, які досліджували ці тіла з близької відстані. Уперше космічний апарат наблизився до комети в 1985 р. Тоді вдалося виміряти густину речовини в комі та хвості комети Джикобіні-Циннера. Потім за допомогою космічних зондів «Вега-1», «Вега-2» і «Джотто» (Giotto) вивчали комету Галлея (1986), комету Бореллі (2001, Deep Space 1). 4 липня 2005 р. космічний апарат Deep Impact скинув у ядро комети Темпель-1 мідний снаряд масою 372 кг, який вибив з поверхні фонтан речовини загальною масою до 10 000 т. З’ясувалося, що комета складається не лише з водяного льоду й пилу (причому пилу було значно більше, ніж води), а ще й з вуглекислого газу, аміаку й органічних сполук.

Але найдокладніші результати вдалося отримати завдяки місії «Розет-та» до комети Чурюмова-Герасименко. У листопаді 2014 р. космічний апарат доставив на поверхню ядра комети спусковий модуль з обладнанням для хімічного аналізу, а сам до кінця вересня 2016 р. був її супутником

(мал. 223). Одна із знахідок «Розетти» — молекулярний кисень О2 в газовій оболонці біля ядра комети. До цього О2 було виявлено в космічному просторі лише двічі (у туманностях), бо ця молекула дуже швидко реагує або з воднем, утворюючи Н2О, або з вуглецем, утворюючи СО2 (вуглекислий газ).

Походження ядер комет поки що лишається таємницею. Але є гіпотеза, згідно з якою вони походять із хмари Оорта, що перебуває на дальній околиці Сонячної системи.

Метеори та метеорити. Окрім астероїдів і комет, у Сонячній системі є велика кількість тіл порівняно невеликого розміру (до 50 м), які називають метеороїдами. Вони рухаються в міжпланетному просторі й час від часу проникають в атмосферу Землі. Частки космічного пилу ніколи не долітають до поверхні Землі, бо вони згорають та випаровуються в атмосфері на висоті кількох десятків кілометрів. Світлове явище, яке спостерігається під час згорання метеороїда в атмосфері Землі, називають метеором. Інколи спостерігається незвичайне небесне явище «зоряний» дощ (мал. 224). Це явище пояснюється тим, що від комети залишаються тверді силікатні пилинки, які продовжують рух по орбіті та перетворюються в метеорні потоки. Коли Земля перетинає орбіту такого метеорного потоку, на небі можна побачити тисячі метеорів.

Якщо в атмосферу Землі вривається метеороїд, маса якого становить десятки чи сотні грамів, то він породжує явище боліда. Яскравий спалах боліда важко не помітити, на коротку мить він може освітити нічний пейзаж, як удень. Інколи болід пролітає небом велику відстань, а потім розпадається зі своєрідним шумом на багато дрібних фрагментів, які згорають, не досягаючи поверхні. Під час боліда, коли метеороїд летить з надзвуковою

швидкістю, в атмосфері виникає ударна хвиля, яка створює потужні звукові коливання (сильний гуркіт). Швидкість, з якою метеороїдне тіло влітає в земну атмосферу, залежить від напрямку його руху відносно вектора швидкості Землі. Найбільшу швидкість входження в атмосферу

мають ті метеороїдні тіла, які летять назустріч руху Землі,

коли швидкості тіла та Землі додаються. Швидкість метеороїдного тіла під час входження в атмосферу Землі не може бути меншою, ніж

бо

навіть тоді, коли тіло «доганяє» нашу планету, через земне тяжіння його швидкість починає зростати.

Метеороїд, що не «згорів» в атмосфері й досяг поверхні Землі, називають метеоритом. Щорічно на Землю випадає до 500 000 тонн космічної речовини. Але порівняно з масою Землі це мізерна величина, яка не відіграє істотної ролі у збільшенні її маси.

Залежно від маси метеороїдного тіла та швидкості, з якою воно входить в атмосферу, внаслідок його падіння може утворитися кратер. Хоча термін «кратер» зазвичай використовують для позначення структури вулканічного походження, в астрономії його застосовують для позначення западин, утворених внаслідок падіння космічних тіл.

На Землі є метеоритні кратери різних розмірів — від кількох метрів до сотень кілометрів у діаметрі. Їх називають астроблемами. Їхня форма залежить від багатьох чинників, як-то: природа поверхні, у якій утворився кратер, фізичні й кінетичні параметри тіла, що впало, і непередбачені геологічні й атмосферні зміни, що відбулися внаслідок цієї події.

Якщо порівняти з іншими тілами Сонячної системи, наприклад, з Місяцем або Меркурієм, кратерів на земній поверхні дуже мало. Тих, метеоритне походження яких вважають підтвердженим, є до 200, і лише 128 з них лежать на поверхні відкритими, інші ж приховано водами морів, льодовиками та рослинністю. Причин, чому Земля бідна на кратери, дві: наявність активної атмосфери, що руйнує кратери впродовж геологічного проміжку часу, й активне відновлення ґрунту через вулканічну й тектонічну діяльність.

До найвідоміших земних метеоритних кратерів належить Аризон-ський кратер діаметром 1200 м. Його відкрили в 1891 р., а утворився він приблизно 50 000 років тому.

Є такі кратери й на території України. Наприклад, Бовтиський кратер у Кіровоградській області — 26 км у діаметрі й 600 м завглибшки віком 65 млн років; Оболонський кратер в Полтавській області — 20 км у діаметрі й віком у майже 170 млн років або Іллінецька западина у Вінницькій області — 7 км у діаметрі й віком близько 400 млн років.

Проблема астероїдної небезпеки. Тепер зрозуміло, що численні кратери (астроблеми) є наслідком бомбардування Землі космічними тілами в далекому минулому. Окремі науковці вважають, що масове зникнення

динозаврів 65 млн років тому пов’язане з падінням велетенського метеорита, унаслідок чого на тривалий час змінився клімат і харчовий ланцюг цих тварин. Кратер Чиксулуб від падіння метеорита, з яким ототожнюють зникнення динозаврів, міститься на півострові Юкатан (Мексика). Дата його утворення збігається із часом зникнення динозаврів наприкінці крейдового періоду. Проте багато палеонтологів вважають, що падіння метеорита, навіть великого розміру, було лише однією з причин цього процесу.

Імовірність того, що астероїд великих розмірів (або комета) зіткнеться із Землею, мала, проте вона є. Щоб мінімізувати загрозу катастрофи, яку несе падіння крупного небесного тіла на поверхню планети, нині активно діють системи спостереження за потенційно небезпечними космічними об’єктами. Найвідоміші з них — LINEAR, Space Watch і LONEOS. Розташовані вони на базі великих університетів в Аризоні, на Гавайських островах, у штаті Нью-Мексико та в інших місцях. Кілька обсерваторій з телескопами діаметром від одного до чотирьох метрів повсякчас сканують небесну сферу. Причому діють вони в автоматичному режимі, що не вимагає присутності людини. Знімки за допомогою комп’ютера тут же порівнюють з уже наявними, і якщо в тій чи іншій ділянці з’являється нова світна цятка, що зміщується відносно зір, то, швидше за все, це і є астероїд. За низкою знімків комп’ютер обчислює його траєкторію та розміри.

Спостереження за поведінкою малих тіл Сонячної системи вказує на те, що їх рух може змінюватися як під дією випадкових збурень, так і від зіткнень між собою. Це призводить до того, що час від часу такі тіла падають на Сонце чи Юпітер. Прикладом є падіння комети Шумейкерів-Леві-9 на Юпітер у 1994 р.

Середня ймовірність зіткнення Землі з космічним об’єктом (наприклад, астероїдом чи кометою), залежно від його діаметра, така: тіло діаметром 1 м — кілька разів на рік; 10 м — один раз на 100 років; 100 м — один раз на 500 років; 1 км — один раз на 10 мільйонів років. Тіло діаметром 5-10 км падає на Землю, ймовірно, раз на 25-200 млн років, а понад 10 км — раз на 500 млн років. Згідно з нинішніми оцінками, нам відомо про менш ніж 50 % потенційно небезпечних космічних об’єктів від загальної їх кількості.

Значний внесок у дослідження астероїдної небезпеки зробили українські астрономи Києва (В. Кручиненко, К. Чурюмов), Криму (М. Черних) і Харкова (Д. Лупішко).

ЗНАЮ, вмію, розумію

1. Що світиться далі від Землі — комети чи метеори?

2. Чим відрізняється форма більшості кометних орбіт від орбіт планетних?

3. Як направлений хвіст комети щодо Сонця? Поясніть.

4. Чому метеорні потоки пов’язують з певними кометами?

Перевірте себе (§ 39-48)

1. Момент, коли світило перебуває найвище над горизонтом, називається...

А пряме сходження

Б верхня кульмінація

В нижня кульмінація

Г елонгація

2. Чи можна в Канаді та Україні побачити одночасно сузір’я Велика Ведмедиця?

А не можна

Б можна тільки влітку

В можна тільки взимку

Г можна будь-коли

3. «Світло від сузір’я Геркулес летить до нас 10 000 років», — стверджувалось в одній газетній статті. Чому це повідомлення викликає сумнів?

А сузір’я Геркулес розташовані набагато ближче Б сузір’я Геркулес розташовані набагато далі В відстань до сузір’я Геркулес астрономи ще не виміряли Г зорі в сузір’ї Геркулес розташовані на різній відстані від Землі

4. Абсолютна зоряна величина — це зоряна величина, яку б мала зоря на відстані... А 5 парсек

Б 10 парсек В 20 парсек Г 15 парсек

5. Густина якої планети Сонячної системи менша від густини води?

А Меркурія

Б Сатурна В Нептуна Г Марса

6. Під яким кутом видно Землю з орбіти Марса та Венери, якщо Марс перебуває у великому протистоянні (56 млн км), а Венера — у сполученні (45 млн км).

А 47"; 58",4 Б 57"; 58",4 В 47"; 48",4 Г 27"; 28",44

7. Горизонтальний паралакс Сонця становить 8",8, а Марса — 23",2. Яке із цих небесних тіл ближче до Землі й у скільки разів? Яка відстань до Марса, якщо до Сонця вона становить 150 000 000 км? Виразіть цю відстань в астрономічних одиницях.

8. Зоряна величина Місяця у фазі повного Місяця дорівнює -12,5“, а Сонця — -26,8“. У скільки разів Сонце яскравіше, ніж Місяць?

9. Визначте синодичний період Sобертання Юпітера, якщо його сидеричний період триває 12 років.

10. Чи може існувати в Сонячній системі комета, яка в афелії проходить біля Плутона й обертається навколо Сонця з періодом 100 років? Відповідь обґрунтуйте.

 

Це матеріал з підручника Фізика і астрономія за 10 клас Засєкіна (профільний рівень)

 




^