Тема. Малі тіла Сонячної системи

1. Астероїди. Комети. Тіла з поясу Койпера.

2. Метеори та метеорити. Метеорні потоки. Фізичні характеристики малих тіл Сонячної системи та гіпотези їхнього походження. Астеро-їдна небезпека.

Астероїди. Комети. Тіла поясу Койпера

Астероїди. Перший астероїд (від грец. aster — зоря та eidos — вигляд) відкрив італійський астроном Д. Піацці (1746-1826). У нічна 1 січня 1801 р. він побачив слабку зорю, яка наступного вечора трохи перемістилася. Новій планеті дали назву «Церера» (заримською міфологією — богиня землеробства). За Церерою почалиуважно спостерігати: вона виявилася невеликою, навіть меншою,ніж Місяць, але оберталася навколо Сонця між орбітами Марсаі Юпітера (рис. 128). Яке ж було здивування астрономів, коли через кілька років недалеко від Церери виявили ще одну малу планету, яку назвали «Палладою» (одним з імен богині мудрості Афіни). Невдовзі були відкриті ще дві — Юнона й Веста. Потім довели,що перший відкритий астероїд є і найбільший за розмірами — діаметр Церери дорівнює 960 км. Цереру відносять до класу пла-нет-карликів.

На січень 2011 р. зареєстровано понад 500 тис. астероїдів (рис. 129), і найменші з них мають діаметр лише кілька десятків метрів.У телескопи диски цих тіл розрізнити неможливо — вони маютьвигляд світлих точок. Сумарна маса всіх астероїдів не перевищує0,1 маси Місяця.

Найяскравішим астероїдом є Веста (рис. 130, 131). Це єдиний астероїд, який ясної ночі можна спостерігати з Землі неозброєнимоком завдяки яскравості його поверхні і розміру, який становить576 км у поперечнику, та тому, що він може наближатися до Землі на відстань лише 177 млн км.

Астероїдам надають порядковий номер і назву, яку пропонує автор відкриття (рис. 130). Спочатку за традицією астероїдам давали назву на честь міфологічних богинь, але з часом число відкритих малих планет перевершило все «божественне» населення Олімпу, тому зараз нові космічні тіла називають на честь країн, міст,видатних учених, поетів і діячів мистецтва. Велику кількість малих планет відкрив у Кримській астрофізичній обсерваторії астроном М. С. Черних (1931-2006).

Найбільші астероїди

Чому між Марсом та Юпітером розташована не одна велика планета, а безліч малих тіл (рис. 132)? Для пояснення цієї загадки німецький астроном Г. Ольберс (1758-1840) висунув гіпотезу,що між Марсом та Юпітером колись існувала планета Фаетон, якачомусь вибухнула. Причиною катастрофи могла бути зустріч планети з іншим космічним тілом. На користь теорії вибуху планетисвідчить те, що більшість астероїдів мають вигляд осколків неправильної форми. Сучасні дослідження розподілу орбіт малих планет показують, що, швидше за все, між Марсом та Юпітером великої планети ніколи не було, а пояс астероїдів — це залишки тієїречовини, з якої 4,5 млрд років тому утворилися планети Сонячної системи.

За орбітою Нептуна розташоване кільце маленьких планетопо-дібних тіл (так званий пояс Койпера), які через гравітаційні збурення можуть змінювати параметри своєї орбіти (рис. 132). Зіткнення з іншою планетою або супутником спричинить руйнування цих тіл і утворення окремих фрагментів, які будуть обертатисяпо самостійних орбітах. Якщо врахувати, що ймовірність зустрічіосколків зростає зі збільшенням їхньої кількості, то пояс астероїдів може бути своєрідною машиною для подрібнення космічнихтіл на менші фрагменти.

Про те, що малі планети продовжують ділитися, свідчить відкриття так званих сімейств, або груп, астероїдів. У 1918 р. японський астроном К. Гіраяма звернув увагу на деякі групи астероїдів, що мають схожі параметри орбіт. Такі групи астероїдів назвалисімействами Гіраями — вони могли утворитися після зіткненнябільш великих тіл. Астероїди рухаються навколо Сонця в той самий бік, що й планети, і мають, як правило, еліптичні орбіти.

Комети (від грец. kometys — волохатий) своїм незвичайним виглядом привертають найбільшу увагу людей, тому що мають дивовижно красивий хвіст. Комети є залишками космічної речовини, з якої утворилися планети Сонячної системи. За традицією кометі дають назву на честь тих астрономів, які перші побачили її нанебі (рис. 133). Часто комети відкривали аматори астрономії і навіть школярі. На честь українських астрономів названі комети Ге-расименка, Неуйміна, Скоритченка, Черних, Чурюмова, Шайна.

Найзнаменитішою кометою можна вважати комету Галлея, яку спостерігають вже кілька тисячоліть. Директор Гринвіцької обсерваторії Е. Галлей (1656-1742) вперше визначив орбіту комети,яку було видно у 1682 р. Для цього він вивчив стародавні літописи і звернув увагу на те, що одна з комет з’являлася на небі з постійним періодом 76 років. За допомогою третього закону Кепле-ра Галлей визначив велику піввісь орбіти та передбачив її появуу 1758 р. Останній раз комету Галлея (рис. 134, 135) спостерігали у 1986 р., а наступний її приліт до Землі очікується у 2061 р.

Хмара Оорта. Гіпотетична хмара Оорта (рис. 136) — сферична хмара крижаних об’єктів (аж до 1 трлн), яка є джерелом довгоперіодичних комет. Передбачувана відстань до зовнішніхмеж хмари Оорта від Сонця становить від 50 тис. а. о. (приблизно 1 св. рік) до 100 тис. а. о. (1,87 св. років). Вважається, щооб’єкти, які складають хмару, сформувалися біля Сонця і булирозсіяні далеко в космос гравітаційними ефектами планет-гіган-тів на ранньому етапі розвитку Сонячної системи.

Чи можна використати астероїди і комети для потреб нашої цивілізації? Можливо, в майбутньому астероїди можна буде пристосувати під бази для міжпланетних експедицій. Деякі астероїдиможуть містити рідкісні хімічні елементи, які можна було б застосовувати при спорудженні космічних поселень як у космосі, такі на поверхні супутників планет. Під час космічного будівництватреба пам’ятати, що прискорення вільного падіння на астероїдахдуже мале, тому один необережний поштовх ногою може надатикосмонавтові другу космічну швидкість. Температура на поверхні астероїдів залежить від кольору поверхні та відстані до Сонця.У головному поясі астероїдів на відстані 2,8 а. о. від Сонця температура на денному боці рідко піднімається вище 0 °С, але астероїди групи Аполлона, Амура і Атона, які рухаються по дуже витягнутих орбітах, у перигелії можуть нагріватися до +500 °С.

Сонячний вітер складається з елементарних частинок та окремих ядер легких хімічних елементів, які летять від Сонця.

Метеори та метеорити. Метеорні потоки

Назви «метеор» і «метеорит» у перекладі з грецької означають: «той, що перебуває у повітрі» (рис. 137). Астрономи колись вважали, що падаючі зорі — суто атмосферне явище, щось подібнедо звичайної блискавки. Метеорні частинки — це космічний пил,який ніколи не долітає до поверхні Землі, тому що він згоряє тавипаровується в атмосфері на висоті кількох десятків кілометрів(рис. 138, 139). Тобто метеором, або падаючою зорею, ми називаємо світлове явище, яке викликає іонізоване повітря на шляху польоту метеорної частинки, оскільки саму мікроскопічну порошинку помітити неможливо.

Метеор — світлове явище, яке виникає в іонізованому повітрі на шляху польоту маленьких метеорних частинок.

Болід — світлове явище, яке супроводжує політ метеоритного тіла в атмосфері.

Метеорити мають більшу масу, тому вони можуть досягти поверхні Землі (рис. 139, 140). Коли метеоритне тіло з великоюшвидкістю летить в атмосфері, то через опір повітря воно нагрівається до температури вище 10 000 °С і починає світитись, як розжарена куля, яку називають болідом (від грец. bolidos — спис). Підчас польоту боліда з надзвуковою швидкістю в атмосфері виникаєударна хвиля, яка створює потужні звукові коливання, тому людина чує сильний гуркіт.

Метеоритне тіло — це фрагмент астероїда, який, обертаючись навколо Сонця, зіткнувся з нашою планетою. Тобто метеорити мають астероїдне походження.

Швидкість, з якою метеор чи метеорит влітає в земну атмосферу, залежить від напрямку його руху відносно вектора швидкості Землі. Найбільшу швидкість входження в атмосферу (50-70 км/с)мають ті метеоритні тіла, які летять назустріч руху Землі, колишвидкості боліда та Землі додаються. Швидкість метеора і метеоритного тіла під час входження в атмосферу Землі не може бутименшою за 11,2 км/с, тому що навіть коли астероїдне тіло «доганяє» нашу планету, то через земне тяжіння його швидкість починає зростати. Нині за рахунок метеоритної речовини маса Землізбільшується на 500 тис. тонн за рік.

На Землі астрономи та геологи виявили більше сотні метеоритних кратерів різного діаметра (рис. 141), які називають астро-блемами (від грец. astra — зоря і blema рана), але більшість кратерів не збереглася, тому що протягом століть атмосферні процеси знищували сліди космічних катаклізмів. Велику кільцеву структуру метеоритного походження діаметром 7 км виявили в Україні в Іллінецькому районі Вінницької області. Геологічні дослідження показують, що початкова маса метеорита була не меншніж 1011 кг.

На територію України щорічно падають кілька метеоритів масою від 1 кг і більше, тому астрономи звертаються до всіх учнів із проханням допомогти в пошуках цих космічних мандрівників.Зверніть увагу на падіння болідів, які летять із надзвуковою швидкістю, тому виникає різкий вибуховий звук, як при польоті реактивного літака, коли він долає звуковий бар’єр. Уночі під час польоту боліда видно яскраве світіння у вигляді розжареної кулі, якаможе розпастися на осколки. Для пошуків метеорита визначте напрямок, у якому летів болід, запишіть, о котрій годині спостерігалося це явище, і зразу повідомте про це вчителю астрономії абонапишіть до найближчої астрономічної обсерваторії.

Фізичні характеристики малих тіл Сонячної системи та гіпотези походження. Астероїдна небезпека

Ядро комети, з якого утворюється хвіст, складається в основному з льоду. Уперше воно було сфотографоване радянською АМС «Вега» у 1986 р. (рис. 142). Діаметр таких крижаних ядер можебути лише кілька десятків кілометрів, тому на великій відстані відЗемлі їх не видно. Крига у ядрах комет, які часто наближаютьсядо Сонця, з часом повністю випаровується. Від комети залишаються тверді силікатні пилинки, які продовжують рух по орбіті та перетворюються в метеорні потоки. Коли Земля перетинає орбіту такого метеорного потоку, спостерігається «зоряний дощ».

Тривалий час загадкою для астрономів був довгий хвіст комети, який іноді простягається на мільйони або сотні мільйонів кілометрів, причому напрямок хвоста змінюється таким чином, що він весь час відхиляється у протилежний від Сонця бік (рис. 143, 144).Здається, що хвіст до Сонця не притягується, а навпаки, відштовхується, начебто від Сонця дме своєрідний вітер. Зазвичай хвіст комети притягується до Сонця, але для частинок із діаметром меншніж 5-10 м сила відштовхування стає більшою за силу притягання.Хвіст комет саме і складається з мікроскопічних частинок космічного пилу, на які діє відштовхувальна сила сонячного вітру.

Астероїдна небезпека. Найбільшу увагу астрономів привертають астероїди групи Аполлона, Амура і Атона, оскільки в перигелії вонинаближаються до Землі або навіть перетинають її орбіту. Наприклад,у 1932 р. астероїд 1862 Аполлон (діаметр 3 км) пролетів повз Землі на відстані 0,028 а. о. Ще ближче від Землі у 1994 р. пролетів астероїд 1994 ХМІ — від катастрофи нас відділяло всього 112 тис. кму просторі та 1 година у часі. Хоча ймовірність зустрічі з окремимастероїдом досить мала, але, враховуючи їхню значну кількість, ступінь ризику загинути від космічної катастрофи виявився такий самий, як від звичайної повені або авіакатастрофи (рис. 145). За сучасними даними, існують близько 2000 астероїдів із діаметром більшніж 1 км і кілька сотень тисяч із діаметром більше 100 м, які перетинають орбіту Землі (рис. 146). Під час зустрічі Землі з астероїдомдіаметром 1 км виділиться енергія, еквівалентна вибуху мільйоніватомних бомб. Крім того, викид пилу в атмосферу призведе до утворення суцільної хмарності, тому поверхня Землі буде отримуватименше сонячної енергії. Це може зумовити початок новому льодовиковому періоду.

Ступінь ризику — це добуток ймовірності космічної катастрофи на кількість можливих людських жертв.

Нині створений Міжнародний фонд «Космічна варта», розроблена програма пошуків небезпечних астероїдів і комет та обчислення їхніх орбіт. Значний внесок у ці дослідження зробили українські астрономи Києва (В. Кручиненко, К. Чурюмов), Криму (М. Черних) і Харкова (Д. Лупішко).

Це матеріал з підручника Астрономія 11 клас Пришляк (профільний рівень) під керівництвом Яцківа Я. С.