Составное изображение (в масштабе) астероидов, снятых в высоком разрешении. На 2011 год это были, от большего к меньшему: (4) Веста, (21) Лютеция, (253) Матильда, (243) Ида и его спутник Дактиль, (433) Эрос, (951) Гаспра, (2867) Штейнс, (25143) Итокава

Астероид (распространённый до 2006 года синоним - малая планета ) - относительно небольшое небесное тело , движущееся по орбите вокруг . Астероиды значительно уступают по массе и размерам , имеют неправильную форму и не имеют , хотя при этом и у них могут быть .

Определения

Сравнительные размеры астероида (4) Веста, карликовой планеты Церера и Луны. Разрешение 20 км на пиксель

Термин астероид (от др.-греч. ἀστεροειδής - «подобный звезде», из ἀστήρ - «звезда» и εἶδος - «вид, наружность, качество») был придуман композитором Чарлзом Бёрни и введён Уильямом Гершелем на основании того, что эти объекты при наблюдении в выглядели как точки - 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.

Главный параметр, по которому проводится классификация, - размер тела. Астероидами считаются тела с диаметром более 30 м, тела меньшего размера называют .

В 2006 году Международный астрономический союз отнёс большинство астероидов к .

Астероиды в Солнечной системе

Главный пояс астероидов (белый цвет) и троянские астероиды Юпитера (зелёный цвет)

В настоящий момент в Солнечной системе обнаружены сотни тысяч астероидов. По состоянию на 11 января 2015 г. в базе данных насчитывалось 670 474 объекта, из которых для 422 636 точно определены орбиты и им присвоен официальный номер, более 19 000 из них имели официально утверждённые наименования. Предполагается, что в Солнечной системе может находиться от 1,1 до 1,9 миллиона объектов, имеющих размеры более 1 км. Большинство известных на данный момент астероидов сосредоточено в пределах , расположенного между орбитами и .

Самым крупным астероидом в Солнечной системе считалась , имеющая размеры приблизительно 975×909 км, однако с 24 августа 2006 года она получила статус . Два других крупнейших астероида (2) Паллада и 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 (например, (99942) Апофис).

Общая масса всех астероидов главного пояса оценивается в 3,0-3,6·10 21 кг, что составляет всего около 4 % от массы . Масса Цереры - 9,5·10 20 кг, то есть около 32 % от общей, а вместе с тремя крупнейшими астероидами (4) Веста (9 %), (2) Паллада (7 %), (10) Гигея (3 %) - 51 %, то есть абсолютное большинство астероидов имеют ничтожную по астрономическим меркам массу.

Изучение астероидов

Изучение астероидов началось после открытия в 1781 году Уильямом Гершелем планеты . Его среднее гелиоцентрическое расстояние оказалось соответствующим правилу Тициуса - Боде.

В конце XVIII века Франц Ксавер организовал группу из 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 года).

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, 385 тысяч астероидов имеют официальный номер, а 18 тысяч из них - ещё и имя.

В 2010 г. две независимые группы астрономов из США, Испании и Бразилии заявили, что одновременно обнаружили водяной лёд на поверхности одного из самых крупных астероидов главного пояса - Фемиды. Это открытие позволяет понять происхождение воды на Земле. В начале своего существования Земля была слишком горяча, чтобы удержать достаточное количество воды. Это вещество должно было прибыть позднее. Предполагалось, что воду на Землю могли занести кометы, но изотопный состав земной воды и воды в кометах не совпадает. Поэтому можно предположить, что вода на Землю была занесена при её столкновении с астероидами. Исследователи также обнаружили на Фемиде сложные углеводороды, в том числе молекулы - предшественники жизни.

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 ). Позднее и это правило перестало соблюдаться.

Получить имя может не любой астероид, а лишь тот, орбита которого более или менее надёжно вычислена. Были случаи, когда астероид получал имя спустя десятки лет после открытия. До тех пор, пока орбита не вычислена, астероиду даётся временное обозначение, отражающее дату его открытия, например, 1950 DA. Цифры обозначают год, первая буква - номер полумесяца в году, в котором астероид был открыт (в приведённом примере это вторая половина февраля). Вторая буква обозначает порядковый номер астероида в указанном полумесяце, в нашем примере астероид был открыт первым. Так как полумесяцев 24, а английских букв - 26, в обозначении не используются две буквы: I (из-за сходства с единицей) и Z. Если количество астероидов, открытых в течение полумесяца, превысит 24, вновь возвращаются к началу алфавита, приписывая второй букве индекс 2, при следующем возвращении - 3, и т. д.

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

Астероид (951) Гаспра. Одно из первых изображений астероида, полученных с космического аппарата. Передано космическим зондом «Галилео» во время его пролёта мимо Гаспры в 1991 году (цвета усилены)

Первые попытки измерить диаметры астероидов, используя метод прямого измерения видимых дисков с помощью нитяного микрометра, предприняли Уильям Гершель в 1802 и Иоганн Шрётер в 1805 годах. После них в XIX веке аналогичным способом проводились измерения наиболее ярких астероидов другими астрономами. Основным недостатком данного метода были значительные расхождения результатов (например, минимальные и максимальные размеры Цереры, полученные разными учёными, отличались в десять раз).

Современные способы определения размеров астероидов включают в себя методы поляриметрии, радиолокационный, спекл-интерферометрии, транзитный и тепловой радиометрии.

Одним из наиболее простых и качественных является транзитный метод. Во время движения астероида относительно Земли он иногда проходит на фоне отдалённой звезды, это явление называется покрытие звёзд астероидом. Измерив длительность снижения яркости данной звезды и зная расстояние до астероида, можно достаточно точно определить его размер. Данный метод позволяет достаточно точно определять размеры крупных астероидов, вроде Паллады.

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.

Метод поляриметрии может быть также использован для определения формы астероида, путём регистрации изменения его блеска в процессе вращения, так и для определения периода этого вращения, а также для выявления крупных структур на поверхности. Кроме того, результаты, полученные с помощью инфракрасных телескопов, используются для определения размеров методом тепловой радиометрии.

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 цвета, альбедо и характеристики спектра отражённого солнечного света. Изначально эта классификация определяла только три типа астероидов:

Класс С - углеродные, 75 % известных астероидов.
Класс S - силикатные, 17 % известных астероидов.
Класс M - металлические, большинство остальных.

Этот список был позже расширен и число типов продолжает расти по мере того, как детально изучается все больше астероидов:

Класс A - характеризуются достаточно высоким альбедо (между 0,17 и 0,35) и красноватым цветом в видимой части спектра.
Класс B - в целом относятся к астероидам класса C, но почти не поглощают волны ниже 0,5 мкм, а их спектр слегка голубоватый. Альбедо в целом выше, чем у других углеродных астероидов.
Класс D - характеризуются очень низким альбедо (0,02−0,05) и ровным красноватым спектром без чётких линий поглощения.
Класс E - поверхность этих астероидов содержит в своём составе такой минерал, как энстатит и может иметь сходство с ахондритами.
Класс F - в целом схожи с астероидами класса B, но без следов «воды».
Класс G - характеризуется низким альбедо и почти плоским (и бесцветным) в видимом диапазоне спектром отражения, что свидетельствует о сильном ультрафиолетовом поглощении.
Класс P - как и астероиды класса D, характеризуются довольно низким альбедо, (0,02−0,07) и ровным красноватым спектром без чётких линий поглощения.
Класс Q - на длине волны 1 мкм в спектре этих астероидов присутствуют яркие и широкие линии оливина и пироксена и, кроме того, особенности, указывающие на наличие металла.
Класс R - характеризуются относительно высоким альбедо и красноватый спектром отражения на длине 0,7 мкм.
Класс T - характеризуется низким альбедо и красноватым спектром (с умеренным поглощением на длине волны 0,85 мкм), который похож на спектр астероидов P- и D- классов, но по наклону занимающий промежуточное положение.
Класс V - астероиды этого класса умеренно яркие и довольно близки к более общему S классу, которые также в основном состоят из камня, силикатов и железа (хондритов), но отличаются S более высоким содержанием пироксена.
Класс J - это класс астероидов, образовавшихся, предположительно, из внутренних частей Весты. Их спектры близки к спектрам астероидов V класса, но их отличает особо сильные линии поглощения на длине волны 1 мкм.

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:

Класс С - углерод (карбонаты).
Класс S - кремний (силикаты).
Класс M - металл.

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

Количество астероидов заметно уменьшается с ростом их размеров. 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.

Образование астероидов

В июле 2015 года было сообщено об открытии камерой DECam телескопа имени Виктора Бланко 11-го и 12-го троянцев Нептуна - 2014 QO441 и 2014 QP441. Таким образом, число троянцев в точке L4 Нептуна увеличилось до 9. Также этим обзором было обнаружено 20 других объектов, получивших обозначения Центра малых планет, в том числе 2013 RF98, обладающий одним из самых больших периодов обращения.

Объектам этой группы даются имена кентавров античной мифологии.

Первым открытым кентавром был Хирон (1977). При приближении к перигелию у него наблюдается кома, характерная для комет, поэтому Хирон считается по классификации одновременно и кометой (95P/Chiron), и астероидом (2060 Chiron), хотя он существенно больше типичной кометы.



Натан Эйсмонт,
кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник (Институт космических исследований РАН)
Антон Ледков,
научный сотрудник (Институт космических исследований РАН)
«Наука и жизнь» №1, 2015 , №2, 2015

Солнечную систему воспринимают обычно как пустое пространство, в котором кружатся восемь планет, некоторые - со своими спутниками. Кто-то вспомнит о нескольких малых планетах, к которым недавно приписали Плутон, о поясе астероидов, о метеоритах, иногда падающих на Землю, и о кометах, изредка украшающих небосвод. Это представление вполне справедливо: ни один из многочисленных космических аппаратов не пострадал от столкновения с астероидом или кометой, - космос довольно просторен.

И тем не менее в огромном объёме Солнечной системы содержатся не сотни тысяч и не десятки миллионов, а квадриллионы (единицы с пятнадцатью нулями) космических тел различных размеров и масс. Все они движутся и взаимодействуют по законам физики и небесной механики. Часть их образовалась в самой ранней Вселенной и состоит из её первозданного вещества, и это интереснейшие объекты астрофизических исследований. Но есть и очень опасные тела - крупные астероиды, столкновение которых с Землёй способно погубить на ней жизнь. Отслеживание и ликвидация астероидной опасности - не менее важное и увлекательное направление работы астрофизиков.

История открытия астероидов

Первый астероид обнаружил в 1801 году Джузеппе Пиази, директор обсерватории в Палермо (Сицилия). Назвал он его Церера и поначалу считал малой планетой. Термин «астероид», в переводе с древнегреческого - «подобный звезде», предложил астроном Уильям Гершель (см. «Наука и жизнь» №7, 2012 г., статья «Сказка о музыканте Уильяме Гершеле, который расширил космос вдвое»). Церера и аналогичные объекты (Паллада, Юнона и Веста), открытые в последующие шесть лет, были видны как точки, а не как диски в случае планет; в то же время, в отличие от неподвижных звёзд, они двигались подобно планетам. Следует отметить, что наблюдения, в результате которых были открыты эти астероиды, велись целенаправленно в попытках обнаружить «пропавшую» планету. Дело в том, что уже открытые планеты располагались на орбитах, отстоящих от Солнца на расстояниях, соответствующих закону Бодэ. В соответствии с ним между Марсом и Юпитером должна была находиться планета. Как известно, планеты на такой орбите не нашлось, зато примерно в этом районе позже обнаружили пояс астероидов, названный главным. К тому же и закон Бодэ, как оказалось, не имеет какого-либо физического обоснования и рассматривается в настоящее время просто как некое случайное сочетание чисел. Более того, открытый позже (1848) Нептун оказался на орбите, с ним не согласующейся.

После открытия четырёх упомянутых астероидов дальнейшие наблюдения за восемь лет не привели к успеху. Их прекратили из-за Наполеоновских войн, в ходе которых сгорел городок Лилиенталь близ Бремена, где проходили заседания астрономов - охотников за астероидами. Возобновились наблюдения в 1830 году, но успех пришёл лишь в 1845-м с открытием астероида Астрея. С этого времени астероиды стали открывать с частотой не менее одного в год. Бóльшая их часть принадлежит к главному поясу астероидов, между Марсом и Юпитером. К 1868 году насчитывалось уже около сотни открытых астероидов, к 1981-му - 10 000 и к 2000-му - более 100 000.

Химический состав, форма, размеры и орбиты астероидов

Если классифицировать астероиды по их расстоянию от Солнца, то в первую группу попадают вулканоиды - некий гипотетический пояс малых планет между Солнцем и Меркурием. Ни одного объекта из этого пояса до сих пор не обнаружено, и хотя на поверхности Меркурия наблюдаются многочисленные кратеры ударного происхождения, образованные падением астероидов, это не может служить доказательством существования указанного пояса. Ранее наличием там астероидов пытались объяснить аномалии в движении Меркурия, но затем их объяснили на основе учёта релятивистских эффектов. Так что окончательный ответ на вопрос о возможном присутствии Вулканоидов пока не получен. Далее следуют околоземные астероиды, принадлежащие четырём группам.

Астероиды главного пояса движутся по орбитам, находящимся между орбитами Марса и Юпитера, то есть на расстояниях от 2,1 до 3,3 астрономической единицы (а.е.) от Солнца. Плоскости их орбит находятся вблизи эклиптики, их наклонение к эклиптике лежит в основном до 20 градусов, доходя у некоторых до 35 градусов, эксцентриситеты - от нуля до 0,35. Очевидно, что первыми были открыты самые большие и яркие астероиды: средние диаметры Цереры, Паллады и Весты равны 952, 544 и 525 километрам соответственно. Чем меньше размер астероидов, тем их больше: только 140 астероидов главного пояса из 100 000 имеют средний диаметр больше 120 километров. Суммарная масса всех его астероидов относительно невелика, составляя всего около 4% массы Луны. Самый большой астероид - Церера - имеет массу 946·10 15 тонн. Сама по себе величина кажется очень большой, но это всего лишь 1,3% массы Луны (735·10 17 тонн). В первом приближении размер астероида можно определить по его яркости и по расстоянию от Солнца. Но надо учитывать и отражательные характеристики астероида - его альбедо. Если поверхность астероида тёмная, светится он слабее. Именно в силу этих причин в списке десяти астероидов, расположенных на рисунке в порядке их открытия, третий по размерам астероид Гигея находится на последнем месте.

На рисунках, иллюстрирующих главный астероидный пояс, как правило, показывают множество булыжников, которые движутся довольно близко друг к другу. На самом деле картина весьма далека от действительности, поскольку, вообще говоря, небольшая суммарная масса пояса распределена по его большому объёму, так что пространство довольно пустое. Все запущенные к настоящему времени за пределы орбиты Юпитера космические аппараты пролетели сквозь астероидный пояс без ощутимого риска столкновения с астероидом. Однако по меркам астрономического времени столкновения астероидов друг с другом и с планетами уже не выглядят столь маловероятными, о чём можно судить по числу кратеров на их поверхностях.

Троянцы - астероиды, движущиеся вдоль орбит планет, первый из которых обнаружил в 1906 году немецкий астроном Макс Вульф. Астероид движется вокруг Солнца по орбите Юпитера, опережая его в среднем на 60 градусов. Далее была открыта целая группа небесных тел, движущихся впереди Юпитера.

Первоначально они получали имена в честь героев легенды о троянской войне, воевавших на стороне осаждавших Трою греков. Помимо опережающих Юпитер астероидов существует группа астероидов, отстающих от него примерно на тот же угол; они были названы троянцами в честь защитников Трои. В настоящее время астероиды обеих групп называют троянцами, и они движутся в окрестности точек Лагранжа L 4 и L 5 , точек устойчивого движения в задаче трёх тел. Небесные тела, попавшие в их окрестности, совершают колебательное движение, не уходя слишком далеко. По необъяснённым пока причинам астероидов, опережающих Юпитер, примерно на 40% больше, чем отстающих. Подтвердили это выполненные совсем недавно американским спутником NEOWISE измерения с помощью 40-сантиметрового телескопа, снабжённого детекторами, работающими в инфракрасном диапазоне. Измерения в ИК-диапазоне существенно расширяют возможности изучения астероидов по сравнению с теми, что даёт видимый свет. Об их эффективности можно судить по числу астероидов и комет Солнечной системы, внесённых в каталоги с помощью NEOWISE. Их насчитывается более 158 000, и миссия аппарата продолжается. Интересно, что троянцы заметно отличаются от большей части астероидов главного пояса. Они имеют матовую поверхность, красновато-коричневатый цвет и относятся в основном к так называемому D-классу. Эти астероиды с очень низким альбедо, то есть со слабо отражающей поверхностью. Подобные им можно найти только во внешних областях главного пояса.

Троянцы есть не только у Юпитера; другие планеты Солнечной системы, включая Землю (но не Венеру и Меркурий), также сопровождают троянцы, группирующиеся в окрестности их точек Лагранжа L 4 , L 5 . Астероид-троянец Земли 2010 ТК7 открыли с помощью телескопа NEOWISE совсем недавно - в 2010 году. Он движется, опережая Землю, при этом амплитуда его колебаний около точки L 4 очень велика: астероид достигает точки, противоположной Земле в движении вокруг Солнца, и необычно далеко выходит из плоскости эклиптики.

Столь большая амплитуда колебаний приводит к возможному его сближению с Землёй вплоть до 20 миллионов километров. Однако столкновение с Землёй, по крайней мере в ближайшие 20 000 лет, полностью исключено. Движение земного троянца сильно отличается от движения троянцев Юпитера, которые не покидают на столь значительные угловые расстояния свои точки Лагранжа. Такой характер движения делает затруднительными миссии к нему космических аппаратов, поскольку вследствие значительного наклонения орбиты троянца к плоскости эклиптики для достижения астероида с Земли и посадки на него требуются слишком высокая характеристическая скорость и, следовательно, большие затраты топлива.

Пояс Койпера лежит за пределами орбиты Нептуна и простирается вплоть до 120 а.е. от Солнца. Он близок к плоскости эклиптики, населён огромным числом объектов, включающих в свой состав водяной лёд и замёрзшие газы, и служит источником так называемых короткопериодических комет. Первый объект из этой области был обнаружен в 1992 году, а к настоящему времени их открыто уже более 1300. Поскольку небесные тела пояса Койпера расположены очень далеко от Солнца, их размеры определить трудно. Делается это на базе измерений яркости отражаемого ими света, а точность расчёта зависит от того, насколько хорошо мы знаем величину их альбедо. Измерения в инфракрасном диапазоне намного надёжнее, поскольку дают уровни собственного излучения объектов. Такие данные были получены космическим телескопом Спитцер (Spitzer) для наиболее крупных объектов пояса Койпера.

Один из интереснейших объектов пояса - Хаумеа (Haumea), названный по имени гавайской богини плодородия и деторождения; он представляет собой часть семейства, образовавшегося в результате столкновений. Этот объект, по-видимому, столкнулся с другим, размером вдвое меньшим. Удар привёл к разбросу больших ледяных кусков и вызвал вращение Хаумеа с периодом около четырёх часов. Столь быстрое вращение придало ему форму мяча для американского футбола или дыни. Хаумеа сопровождают два спутника - Хииака (Hi’iaka) и Намака (Namaka).

Согласно принятым к настоящему времени теориям, около 90% объектов пояса Койпера движутся по удалённым круговым орбитам за орбитой Нептуна - там, где они образовались. Несколько десятков объектов этого пояса (их называют кентаврами, поскольку в зависимости от расстояния до Солнца они проявляют себя то как астероиды, то как кометы), возможно, образовались в более близких к Солнцу областях, а затем гравитационное воздействие Урана и Нептуна перевело их на высокие эллиптические орбиты с афелиями вплоть до 200 а.е. и большими наклонениями. Они образовали диск толщиной 10 а.е., но на самом деле внешняя кромка пояса Койпера до сих пор не определена. Ещё совсем недавно Плутон и Харон рассматривали как единственные примеры наиболее крупных объектов ледяных миров во внешней части Солнечной системы. Но в 2005 году было открыто ещё одно планетное тело - Эрида (по имени греческой богини раздора), диаметр которого чуть меньше диаметра Плутона (первоначально предполагали, что оно на 10% больше). Эрида движется по орбите с перигелием 38 а.е. и афелием 98 а.е. У неё есть небольшой спутник - Дисномия (Dysnomia). Сначала Эриду планировали считать десятой (вслед за Плутоном) планетой Солнечной системы, но затем вместо этого Международный астрономический союз исключил Плутон из списка планет, образовав новый класс, названный карликовыми планетами, куда вошли Плутон, Эрида и Церера. Предполагается, что в поясе Койпера находятся сотни тысяч ледяных тел с поперечником 100 километров и не менее триллиона комет. Однако эти объекты в основном сравнительно невелики - 10–50 километров в поперечнике - и не очень яркие. Период их обращения около Солнца составляет сотни лет, что сильно затрудняет их обнаружение. Если согласиться с предположением, что всего около 35 000 объектов пояса Койпера имеют диаметр больше 100 километров, то их общая масса в несколько сотен раз превышает массу тел такой величины из главного астероидного пояса. В августе 2006 года сообщалось, что в архиве данных по измерению рентгеновского излучения нейтронной звезды Скорпион Х-1 обнаружены её затмения небольшими объектами. Это дало основание утверждать, что число объектов пояса Койпера размерами около 100 метров и более составляет примерно квадриллион (10 15). Первоначально, на более ранних стадиях эволюции Солнечной системы, масса объектов пояса Койпера была много больше, чем теперь, - от 10 до 50 масс Земли. В настоящее время суммарная масса всех тел пояса Койпера, а также расположенного ещё дальше от Солнца облака Оорта много меньше массы Луны. Как показывает компьютерное моделирование, почти вся масса первозданного диска за пределами 70 а.е. была утрачена из-за вызванных Нептуном столкновений, приведших к измельчению объектов пояса в пыль, которую вымел в межзвёздное пространство солнечный ветер. Все эти тела вызывают большой интерес, поскольку предполагается, что они сохранились в первозданном виде со времени образования Солнечной системы.

Облако Оорта содержит самые удалённые объекты Солнечной системы. Оно представляет собой сферическую область, которая простирается на расстояния от 5 до 100 тысяч а.е. от Солнца и рассматривается как источник долгопериодических комет, долетающих до внутренней области Солнечной системы. Само облако до 2003 года инструментально не наблюдалось. В марте 2004 года группа астрономов объявила об открытии планетоподобного объекта, который движется по орбите вокруг Солнца на рекордном удалении, что означает его уникально низкую температуру.

Этот объект (2003VB12), названный Седна (Sedna) по имени эскимосской богини, дающей жизнь обитателям арктических морских глубин, приближается к Солнцу на очень короткое время, двигаясь по сильно вытянутой эллиптической орбите с периодом 10 500 лет. Но даже во время сближения с Солнцем Седна не достигает внешней границы пояса Койпера, которая находится в 55 а.е. от Солнца: её орбита лежит в пределах от 76 (перигелий) до 1000 (афелий) а.е. Это позволило первооткрывателям Седны отнести её к впервые наблюдаемому небесному телу из облака Оорта, постоянно находящемуся за пределами пояса Койпера.

По спектральным характеристикам наиболее простая классификация распределяет астероиды на три группы:
C - углеродные (75% известных),
S - кремниевые (17% известных),
U - не входящие в первые две группы.

В настоящее время приведённая классификация всё более расширяется и детализируется, включая в себя новые группы. К 2002 году их число увеличилось до 24. Как пример новой группы можно указать М-класс в основном металлических астероидов. Однако следует учесть, что классификация астероидов по спектральным характеристикам их поверхности - задача очень трудная. Астероиды одного класса необязательно имеют идентичный химический состав.

Космические миссии к астероидам

Астероиды слишком малы для детального исследования с помощью наземных телескопов. Их изображения можно получить с использованием радаров, но для этого они должны подлететь к Земле достаточно близко. Довольно интересный метод определения размеров астероидов - наблюдение затмений астероидами звёзд из нескольких точек вдоль трассы на прямой звезда - астероид - точка на поверхности Земли. Метод состоит в том, что по известной траектории астероида вычисляют точки пересечения направления звезда - астероид с Землёй и вдоль этой трассы на некоторых удалениях от неё, определяемых предполагаемыми размерами астероида, устанавливаются телескопы, следящие за звездой. В какой-то момент астероид затеняет звезду, она пропадает для наблюдателя, а затем вновь появляется. По длительности времени затенения и известной скорости астероида определяют его поперечник, а при достаточном числе наблюдателей можно получить и силуэт астероида. В настоящее время организовано сообщество астрономов-любителей, которые успешно проводят скоординированные измерения.

Полёты космических аппаратов к астероидам открывают несравнимо больше возможностей для их исследования. Впервые астероид (951 Гаспра) был сфотографирован космическим аппаратом Галилео в 1991 году на пути к Юпитеру, затем в 1993-м он снял астероид 243 Ида и его спутник Дактиль. Но это было сделано, так сказать, попутно.

Первым специально разработанным для исследования астероидов аппаратом стал NEAR Shoemaker, который сфотографировал астероид 253 Матильда и далее вышел на орбиту около 433 Эроса с посадкой на его поверхность в 2001 году. Надо сказать, что посадка первоначально не планировалась, но после успешного исследования этого астероида с орбиты его спутника приняли решение попытаться совершить мягкую посадку. Хотя аппарат не был снабжён устройствами для посадки и его система управления не предусматривала таких операций, по командам с Земли удалось посадить аппарат, причём его системы продолжали функционировать и на поверхности. Кроме того, облёт Матильды позволил не только получить серию снимков, но и по возмущению траектории аппарата определить массу астероида.

В качестве попутной задачи (в ходе выполнения основной) аппарат Deep Space исследовал астероид 9969 Брайль в 1999 году и аппарат Stardust - астероид 5535 Аннафранк.

С помощью японского аппарата Хайабуса (в переводе - «ястреб») в июне 2010 года удалось вернуть на Землю образцы грунта с поверхности астероида 25 143 Итокава, который относится к околоземным астероидам (аполлоны) спектрального класса S (кремниевые). На фотографии астероида можно видеть пересечённую местность с множеством валунов и булыжников, из которых более 1000 имеют поперечник свыше 5 метров, а размер некоторых доходит до 50 метров. Далее мы вернёмся к этой особенности Итокавы.

Космический аппарат Розетта, запущенный Европейским космическим агентством в 2004 году к комете Чурюмова - Герасименко, 12 ноября 2014 года благополучно посадил на её ядро модуль Филы (Philae). По пути аппарат совершил облёт астероидов 2867 Штейнс (Steins) в 2008 году и 21 Лютеция (Lutetia) в 2010-м. Своё имя аппарат получил по названию камня (Розетта), найденного в Египте наполеоновскими солдатами вблизи древнего города Розетта на нильском острове Филы, давшем имя посадочному модулю. На камне высечены тексты на двух языках: древнеегипетском и древнегреческом, что дало ключ к раскрытию тайн цивилизации древних египтян - расшифровке иероглифов. Выбирая исторические названия, разработчики проекта подчёркивали цель миссии - раскрыть тайны происхождения и эволюции Солнечной системы.

Миссия интересна тем, что в момент посадки модуля Филы на поверхность ядра кометы та находилась далеко от Солнца и поэтому была неактивна. По мере приближения к Солнцу поверхность ядра разогревается и начинается выброс газов и пыли. Развитие всех этих процессов можно будет наблюдать, находясь в центре событий.

Очень интересна ныне продолжающаяся миссия Dawn (Рассвет), выполняемая по программе NASA. Аппарат был запущен в 2007 году, в июле 2011-го достиг астероида Веста, затем переведён на орбиту его спутника и проводил там исследования вплоть до сентября 2012 года. В настоящее время аппарат находится на пути к самому крупному астероиду - Церере. На нём стоит электроракетный ионный двигатель малой тяги. Его эффективность, определяемая скоростью истечения рабочего тела (ксенона), почти на порядок превышает эффективность традиционных химических двигателей (см. «Наука и жизнь» №9, 1999 г., статья «Космический электровоз»). Это и позволило перелететь с орбиты спутника одного астероида на орбиту спутника другого. Хотя астероиды Веста и Церера движутся по довольно близким орбитам главного пояса астероидов и самые крупные в нём, по физическим характеристикам они сильно различаются. Если Веста - это «сухой» астероид, то на Церере, согласно данным наземных наблюдений, обнаружены вода, сезонные полярные шапки из водяного льда и даже есть очень тонкий слой атмосферы.

Китайцы также внесли вклад в исследования астероидов, направив свой космический аппарат Чанъэ к астероиду 4179 Таутатис. Он сделал серию снимков его поверхности, при этом минимальное расстояние пролёта составило всего 3,2 километра; правда, лучший снимок был сделан на удалении 47 километров. На снимках видно, что астероид имеет неправильную вытянутую форму - 4,6 километра в длину и 2,1 километра в поперечнике. Масса астероида 50 миллиардов тонн, весьма любопытная его особенность - очень неравномерная плотность. Одна часть объёма астероида имеет плотность 1,95 г/см 3 , другая - 2,25 г/см 3 . В этой связи высказываются предположения, что Таутатис образовался в результате соединения двух астероидов.

Что касается проектов полётов к астероидам в ближайшем будущем, то можно начать с японского аэрокосмического агентства, которое планирует продолжить свою программу исследований запуском в 2015 году космического аппарата Хайабуса-2 с тем, чтобы вернуть на Землю в 2020 году образцы грунта астероида 1999 JU3. Астероид принадлежит спектральному классу C, находится на орбите, пересекающей орбиту Земли, его афелий почти достигает орбиты Марса.

Годом позже, то есть в 2016-м, стартует проект NASA OSIRIS-Rex, цель которого - возврат грунта с поверхности околоземного астероида 1999 RQ36, недавно получившего имя Бенну и отнесённого к спектральному классу C. Планируется, что аппарат достигнет астероида в 2018 году и в 2023-м доставит на Землю 59 граммов его породы.

Перечислив все эти проекты, невозможно не упомянуть астероид массой около 13 000 тонн, который 15 февраля 2013 года упал вблизи Челябинска, как бы подтвердив высказывание известного американского специалиста по астероидной проблеме Дональда Йоманса: «Если мы не летим к астероидам, то они летят к нам». Тем самым подчёркивалась важность ещё одной стороны исследования астероидов - астероидной опасности и решения задач, связанных с возможностью столкновения астероидов с Землёй.

Весьма неожиданный способ исследования астероидов был предложен проектом по перемещению астероида (Asteroid Redirect Mission), или, как его называют, проектом Keck. Его концепцию разработал Институт космических исследований имени Кека в Пасадене (Калифорния). Уильям Майрон Кек - известный американский филантроп, основавший в 1954 году фонд поддержки научных исследований в США. В проекте в качестве исходного условия принималось, что задача исследования астероида решается с участием человека, иначе говоря, миссия к астероиду должна быть пилотируемая. Но в этом случае длительность всего полёта с возвращением на Землю неизбежно составит по крайней мере несколько месяцев. И что самое неприятное для пилотируемой экспедиции, в случае аварийной ситуации это время не может быть сокращено до приемлемых пределов. Поэтому было предложено, вместо того чтобы лететь к астероиду, поступить наоборот: доставить, используя беспилотные аппараты, астероид к Земле. Но не на поверхность, как само собой получилось с челябинским астероидом, а на орбиту, подобную лунной, и отправить пилотируемый корабль к ставшему близким астероиду. Этот корабль сблизится с ним, захватит, и космонавты изучат его, возьмут образцы породы и доставят их на Землю. А при аварийной ситуации космонавты смогут вернуться на Землю за время в пределах недели. В качестве основного кандидата на роль перемещаемого таким образом астероида NASA уже выбрало околоземный астероид 2011 MD, относящийся к амурам. Его диаметр от 7 до 15 метров, плотность 1 г/см 3 , то есть он может выглядеть как рыхлая груда щебня массой около 500 тонн. Его орбита очень близка к орбите Земли, наклонена к эклиптике на 2,5 градуса, а период равен 396,5 суток, чему соответствует большая полуось в 1,056 а.е. Интересно отметить, что астероид открыли 22 июня 2011 года, а 27 июня он пролетел очень близко от Земли - всего в 12 000 километров.

Миссию по захвату астероида на орбиту спутника Земли планируют на начало 2020-х годов. Космический аппарат, предназначенный для захвата астероида и его перевода на новую орбиту, будет снабжён электроракетными двигателями малой тяги, работающими на ксеноне. В состав операций по изменению орбиты астероида входит и гравитационный манёвр у Луны. Суть этого манёвра состоит в таком управлении движением с помощью электроракетных двигателей, которое обеспечит пролёт окрестности Луны. При этом за счёт воздействия её гравитационного поля скорость астероида изменяется от начальной гиперболической (то есть приводящей к уходу из поля земного тяготения) до скорости спутника Земли.

Образование и эволюция астероидов

Как уже упоминалось в разделе об истории открытия астероидов, первые из них были обнаружены в ходе поисков гипотетической планеты, которая должна была в соответствии с законом Бодэ (сейчас он признан ошибочным) находиться на орбите между Марсом и Юпитером. Оказалось, что вблизи орбиты так и не обнаруженной планеты существует пояс астероидов. Это послужило основанием для построения гипотезы, согласно которой этот пояс образовался в результате её разрушения.

Планету назвали Фаэтон по имени сына древнегреческого бога Солнца Гелиоса. Расчёты, моделирующие процесс разрушения Фаэтона, не подтвердили эту гипотезу во всех её разновидностях, начиная от разрыва планеты гравитацией Юпитера и Марса и кончая столкновением с другим небесным телом.

Образование и эволюцию астероидов можно рассматривать только как составляющую процессов возникновения Солнечной системы в целом. В настоящее время общепринятая теория предполагает, что Солнечная система возникла из первозданного газопылевого скопления. Из скопления образовался диск, неоднородности которого привели к возникновению планет и малых тел Солнечной системы. В пользу этой гипотезы говорят современные астрономические наблюдения, позволяющие обнаруживать развитие планетных систем молодых звёзд в их ранних стадиях. Компьютерное моделирование также подтверждает её, конструируя картины, удивительно похожие на снимки планетных систем на определённых фазах их развития.

На начальной стадии формирования планет возникали так называемые планетезимали - «зародыши» планет, на которые затем в силу гравитационного воздействия налипала пыль. В качестве примера такой изначальной фазы образования планет указывают на астероид Лютеция. Этот довольно большой астероид, достигающий в поперечнике 130 километров, состоит из твёрдой части и налипшего толстого (до километра) слоя пыли, а также разбросанных по поверхности валунов. По мере нарастания массы протопланет увеличивалась сила притяжения и вследствие этого сила сжатия формирующегося небесного тела. Происходили нагрев вещества и его расплавление, ведущее к расслоению протопланеты по плотности её материалов, и переход тела к сферической форме. Большинство исследователей склоняются к гипотезе, что в ходе начальных фаз эволюции Солнечной системы образовалось гораздо больше протопланет, чем планет и малых небесных тел, наблюдаемых сегодня. В то время образовавшиеся газовые гиганты - Юпитер и Сатурн - мигрировали внутрь системы, ближе к Солнцу. Это привнесло существенный беспорядок в движение возникающих тел Солнечной системы и вызвало развитие процесса, названного периодом тяжёлой бомбардировки. В результате резонансных воздействий со стороны главным образом Юпитера часть образовавшихся небесных тел была выкинута на окраины системы, а часть сброшена на Солнце. Этот процесс шёл от 4,1 до 3,8 миллиарда лет тому назад. Следы периода, который называют поздней стадией тяжёлой бомбардировки, остались в виде множества кратеров ударного происхождения на Луне и Меркурии. То же самое происходило с образующимися телами между Марсом и Юпитером: частота столкновений между ними была достаточно высокой, чтобы не дать им превратиться в объекты более крупные и более правильной формы, чем мы наблюдаем сегодня. Предполагается, что среди них есть фрагменты тел, которые прошли определённые фазы эволюции, а затем раскололись при столкновениях, а также объекты, которые не успели стать частями более крупных тел и, таким образом, представляют собой образцы более древних образований. Как упоминалось выше, астероид Лютеция именно такой образец. Подтверждением этому стали проведённые космическим аппаратом «Розетта» исследования астероида, включая съёмку во время близкого пролёта в июле 2010 года.

Таким образом, в эволюции главного астероидного пояса существенная роль принадлежит Юпитеру. В силу его гравитационного воздействия мы получили ныне наблюдаемую картину распределения астероидов внутри главного пояса. Что касается пояса Койпера, то к роли Юпитера здесь добавляется влияние Нептуна, приводящее к выбросу небесных объектов в эту удалённую область Солнечной системы. Предполагается, что влияние планет-гигантов простирается и на ещё более далёкое облако Оорта, которое, однако, сформировалось ближе к Солнцу, чем находится сейчас. На ранних фазах эволюции сближения с планетами-гигантами первородные объекты (планетезимали) в своём естественном движении выполняли то, что мы называем гравитационными манёврами, пополняя пространство, относимое к облаку Оорта. Будучи на столь больших расстояниях от Солнца, они подвержены воздействию и со стороны звёзд нашей Галактики - Млечного Пути, что приводит к их хаотическому переходу на траектории возвращения в близкую область околосолнечного пространства. Мы наблюдаем эти планетезимали как долгопериодические кометы. В качестве примера можно указать самую яркую комету ХХ столетия - комету Хейла-Боппа, открытую 23 июля 1995 года и достигшую перигелия в 1997-м. Период её обращения вокруг Солнца составляет 2534 года, а афелий находится на расстоянии 185 а.е. от Солнца.

Астероидно-кометная опасность

Многочисленные кратеры на поверхности Луны, Меркурия и других тел Солнечной системы часто упоминаются в качестве иллюстрации уровня астероидно-кометной опасности для Земли. Но такая ссылка не вполне корректна, поскольку подавляющая доля этих кратеров образовалась в «период тяжёлой бомбардировки». Тем не менее на поверхности Земли с помощью современных технологий, включая анализ спутниковой съёмки, можно обнаружить следы столкновений с астероидами, которые относятся к существенно более поздним периодам эволюции Солнечной системы. Наибольший и самый древний из известных кратеров - Вредефорт - находится в Южной Африке. Его диаметр около 250 километров, возраст оценивается в два миллиарда лет.

Кратер Чиксулуб на берегу полуострова Юкатан в Мексике образовался после удара астероида 65 миллионов лет назад, эквивалентного энергии взрыва в 100 тератонн (10 12 тонн) тротила. В настоящее время полагают, что исчезновение динозавров было следствием этого катастрофического события, вызвавшего цунами, землетрясения, извержения вулканов и климатические изменения из-за образовавшегося в атмосфере пылевого слоя, закрывшего Солнце. Один из наиболее молодых - кратер Бэрринджера - находится в пустыне штата Аризона, США. Его диаметр 1200 метров, глубина 175 метров. Он возник 50 тысяч лет назад в результате удара железного метеорита диаметром около 50 метров и массой несколько сотен тысяч тонн.

Всего сейчас насчитывают около 170 кратеров ударного происхождения, образованных падением небесных тел. Наибольшее внимание привлекло событие под Челябинском, когда 15 февраля 2013 года в этом районе вошёл в атмосферу астероид, размер которого оценили примерно в 17 метров и массу в 13 000 тонн. Он взорвался в воздухе на высоте 20 километров, самая крупная его часть массой 600 килограммов упала в озеро Чебаркуль.

Его падение не привело к жертвам, разрушения были заметны, но не катастрофичны: на довольно обширной территории выбиты стёкла, обрушилась крыша Челябинского цинкового завода, осколками стёкол ранены около 1500 человек. Полагают, что катастрофы не случилось в силу элемента везения: траектория падения метеорита была пологой, в противном случае последствия оказались бы значительно тяжелее. Энергия взрыва эквивалентна 0,5 мегатонны тротила, что соответствует 30 бомбам, сброшенным на Хиросиму. Челябинский астероид стал наиболее подробно описанным событием такого масштаба после взрыва Тунгусского метеорита 17 (30) июня 1908 года. Согласно современным оценкам, падение небесных тел, подобных Челябинскому, во всем мире происходит примерно один раз в 100 лет. Что касается Тунгусского события, когда были выжжены и повалены деревья на площади диаметром 50 километров в результате взрыва на высоте 18 километров с энергией 10–15 мегатонн тротила, то такие катастрофы случаются примерно один раз в 300 лет. Однако известны случаи, когда тела меньшего размера, сталкивающиеся с Землёй чаще упомянутых, наносили заметный ущерб. В качестве примера можно назвать четырёхметровый астероид, упавший в Сихотэ-Алине к северо-востоку от Владивостока 12 февраля 1947 года. При том, что астероид был небольшим, он состоял почти целиком из железа и оказался крупнейшим из когда-либо наблюдавшихся на поверхности Земли железных метеоритов. На высоте 5 километров он взорвался, и вспышка была ярче Солнца. Территория эпицентра взрыва (его проекция на земную поверхность) была необитаемой, но на площади с поперечником 2 километра повреждён лес и образовалось более сотни кратеров диаметром до 26 метров. Если бы такой объект упал на крупный город, погибли бы сотни и даже тысячи людей.

В то же время совершенно очевидно, что вероятность гибели конкретного человека в результате падения астероида очень низка. Это не исключает того, что могут пройти сотни лет без существенных жертв, а затем падение крупного астероида приведёт к смерти миллионов людей. В табл. 1 даны вероятности падения астероида, соотнесённые с уровнем смертности от других событий.

Неизвестно, когда случится следующее падение астероида, сопоставимое или более тяжёлое по своим последствиям с челябинским событием. Он может упасть и через 20 лет, и через несколько столетий, но может и завтра. Получение раннего предупреждения о событии вроде челябинского не просто желательно - оно необходимо для эффективного отклонения потенциально опасных объектов размером, скажем, более 50 метров. Что касается столкновений с Землёй астероидов меньших размеров, то эти события случаются чаще, чем нам кажется: примерно один раз в две недели. Это иллюстрирует приведённая карта падений астероидов размерами метр и более в течение последних двадцати лет, подготовленная НАСА.

.

Способы отклонения потенциально опасных околоземных объектов

Открытие в 2004 году астероида Апофис, вероятность столкновения которого с Землёй в 2036 году тогда рассматривали как довольно высокую, привело к существенному росту интереса к проблеме астероидно-кометной защиты. Были развёрнуты работы по обнаружению и каталогизации опасных небесных объектов, запущены программы исследований по решению задачи предотвращения их столкновений с Землёй. В результате резко выросло число найденных астероидов и комет, так что к настоящему времени их открыто больше, чем стало известно до начала работ по программе. Предлагались и различные способы отклонения астероидов от траекторий соударения с Землёй, включая довольно экзотические. Например, покрывать поверхности опасных астероидов краской, которая изменит их отражательные характеристики, приведя к требуемому отклонению траектории астероида за счёт давления солнечного света. Продолжались исследования по способам изменения траекторий опасных объектов путём столкновения с ними космических аппаратов. Последние способы представляются достаточно перспективными и не требующими применения технологий, выходящих за пределы возможностей современной ракетно-космической техники. Однако их эффективность ограничивается массой наводимого космического аппарата. Для наиболее мощного российского носителя «Протон-М» она не может превышать 5–6 тонн.

Оценим изменение скорости, например, Апофиса, масса которого около 40 миллионов тонн: соударение с ним космического аппарата массой 5 тонн при относительной скорости 10 км/с даст 1,25 миллиметра в секунду. Если удар нанести задолго до ожидаемого столкновения, создать требуемое отклонение можно, но это «задолго» составит много десятков лет. Так далеко спрогнозировать траекторию астероида с приемлемой точностью в настоящее время невозможно, особенно если учесть, что существует неопределённость в знании параметров динамики удара и, следовательно, в оценке ожидаемого изменения вектора скорости астероида. Таким образом, для отклонения опасного астероида от столкновения с Землёй требуется найти возможность направить на него более массивный снаряд. В качестве такового можно предложить другой астероид с массой, значительно превышающей массу космического аппарата, скажем 1500 тонн. Но для управления движением такого астероида понадобится слишком много топлива, чтобы на практике реализовать идею. Поэтому для требуемого изменения траектории астероида-снаряда предложили использовать так называемый гравитационный манёвр, не требующий сам по себе какого-либо расхода топлива.

Под гравитационным манёвром понимают облёт космическим объектом (в нашем случае - астероидом-снарядом) достаточно массивного тела - Земли, Венеры, других планет Солнечной системы, а также их спутников. Смысл манёвра заключается в таком выборе параметров траектории относительно облетаемого тела (высоты, начального положения и вектора скорости), который позволит за счёт его гравитационного воздействия изменить орбиту объекта (в нашем случае - астероида) вокруг Солнца так, что он окажется на траектории соударения. Иными словами, вместо того чтобы сообщить управляемому объекту импульс скорости с помощью ракетного двигателя, мы получаем этот импульс за счёт притяжения планеты, или, как его ещё называют, эффекта пращи. Причём величина импульса может быть значительной - 5 км/с и более. Чтобы его создать стандартным ракетным двигателем, необходимо затратить количество топлива, которое в 3,5 раза больше массы аппарата. А для метода гравитационного манёвра топливо необходимо лишь для того, чтобы вывести аппарат на расчётную траекторию манёвра, что уменьшает его расход на два порядка. Следует отметить, что такой способ изменения орбит космических аппаратов не нов: его предложил в начале тридцатых годов прошлого века пионер советской ракетной техники Ф.А. Цандер. В настоящее время такую методику широко применяют в практике космических полётов. Достаточно ещё раз назвать, например, европейский космический аппарат «Розетта»: при реализации миссии за десять лет он выполнил три гравитационных манёвра у Земли и один около Марса. Можно вспомнить советские космические аппараты «Вега-1» и «Вега-2», впервые облетевшие комету Галлея, - на пути к ней они совершили гравитационные манёвры с использованием поля тяготения Венеры. Для достижения Плутона в 2015 году космический аппарат НАСА «New Horizons» применил манёвр в поле Юпитера. Этими примерами список миссий, использующих гравитационный манёвр, далеко не исчерпывается.

Использовать гравитационный манёвр для наведения относительно небольших околоземных астероидов на опасные небесные объекты для их отклонения от траектории столкновения с Землёй предложили сотрудники Института космических исследований Российской академии наук на международной конференции по проблеме астероидной опасности, организованной на Мальте в 2009 году. А в следующем году появилась журнальная публикация с изложением этой концепции и её обоснованием.

Для подтверждения реализуемости концепции в качестве примера опасного небесного объекта был выбран астероид Апофис.

Изначально приняли условие, что опасность астероида устанавливается примерно за десять лет до предполагаемого его столкновения с Землёй. Соответственно строился сценарий отклонения астероида от траектории, проходящей через неё. Прежде всего из списка околоземных астероидов, орбиты которых известны, выбрали один, который переведут в окрестность Земли на орбиту, пригодную для выполнения гравитационного манёвра, обеспечивающего попадание астероида в Апофис не позже 2035 года. В качестве критерия отбора приняли величину импульса скорости, которую надо сообщить астероиду для перевода его на такую траекторию. Максимально допустимым посчитали импульс 20 м/с. Далее численный анализ возможных операций по наведению астероида на Апофис проводили в соответствии со следующим сценарием полёта.

После выведения головного блока ракеты-носителя «Протон-М» на низкую околоземную орбиту с помощью разгонного блока «Бриз-М» космический аппарат переводят на траекторию перелёта к астероиду-снаряду с последующей посадкой на его поверхность. Аппарат закрепляется на поверхности и движется вместе с астероидом до точки, в которой включает двигатель, сообщая астероиду импульс, переводящий его на рассчитанную траекторию гравитационного манёвра - облёта Земли. В процессе движения проводят необходимые измерения для определения параметров движения как астероида-цели, так и астероида-снаряда. По результатам измерений вычисляют траекторию снаряда и производят её коррекцию. С помощью двигательной установки аппарата астероиду сообщают импульсы скорости, исправляющие ошибки в параметрах траектории движения к цели. Такие же операции выполняются и на траектории перелёта аппарата к астероиду-снаряду. Ключевым параметром в разработке и оптимизации сценария служит импульс скорости, который нужно сообщить астероиду-снаряду. Для кандидатов на эту роль определяют даты сообщения импульса, прибытия астероида к Земле и соударения с опасным объектом. Эти параметры подбираются таким образом, чтобы величина импульса, сообщённого астероиду-снаряду, была минимальной. В процессе исследований в качестве кандидатов проанализирован весь список астероидов, параметры орбит которых к настоящему времени известны, - их около 11 000.

В результате расчётов нашли пять астероидов, характеристики которых, включая размеры, приведены в табл. 2. В неё попали астероиды, размеры которых заметно превышают величины, соответствующие максимально допустимой массе: 1500–2000 тонн. В этой связи нужно сделать два замечания. Первое: для анализа использовали далеко не полный список околоземных астероидов (11 000), в то время как, по современным оценкам, их по меньшей мере 100 000. Второе: рассматривается реальная возможность использовать в качестве снаряда не астероид целиком, а, например, находящиеся на его поверхности валуны, масса которых укладывается в обозначенные пределы (можно вспомнить астероид Итокава). Заметим, что именно такой подход оценивается как реалистичный в американском проекте по доставке малого астероида на лунную орбиту. Из табл. 2 видно, что наименьший импульс скорости - всего 2,38 м/с - необходим, если использовать в качестве снаряда астероид 2006 XV4. Правда, сам он великоват и превышает предполагаемый лимит в 1500 тонн. Но если использовать его фрагмент или валун на поверхности с такой массой (при его наличии), то указанный импульс создаст стандартный ракетный двигатель со скоростью истечения газов 3200 м/с, истратив 1,2 тонны топлива. Как показали расчёты, на поверхность этого астероида можно посадить аппарат с общей массой более 4,5 тонны, так что доставка топлива не создаст проблем. А применение электроракетного двигателя позволит снизить расход топлива (точнее - рабочего тела) до 110 килограммов.

Однако следует учитывать, что приведённые в таблице данные по необходимым импульсам скорости относятся к идеальному случаю, когда требуемое изменение вектора скорости реализуется абсолютно точно. На самом деле это не так, и, как уже отмечалось, необходимо иметь запас рабочего тела для коррекций орбиты. При достигнутых к настоящему времени точностях на коррекцию может потребоваться суммарно до 30 м/с, что превышает номинальные значения величины изменения скорости для решения задачи перехвата опасного объекта.

В нашем случае, когда управляемый объект имеет массу на три порядка больше, требуется другое решение. Оно существует - это применение электроракетного двигателя, позволяющее снизить расход рабочего тела в десять раз для того же корректирующего импульса. Кроме того, для повышения точности наведения предлагается использовать навигационную систему, включающую в себя небольшой аппарат, снабжённый приёмопередатчиком, который заблаговременно размещают на поверхности опасного астероида, и два субспутника, сопровождающие основной аппарат. С помощью приёмопередатчиков измеряют расстояние между аппаратами и их относительные скорости. Такая система позволяет обеспечить попадание астероида-снаряда в цель с отклонением в пределах 50 метров при условии использования на последней фазе подлёта к цели небольшого химического двигателя с тягой в несколько десятков килограммов, выдающего импульс скорости в пределах 2 м/с.

Из вопросов, возникающих при обсуждении реализуемости концепции использования малых астероидов для отклонения опасных объектов, существенен вопрос о риске столкновения с Землёй астероида, переведённого на траекторию гравитационного манёвра вокруг неё. В табл. 2 приводятся расстояния астероидов от центра Земли в перигее при выполнении гравитационного манёвра. Для четырёх они превышают 15 000 километров, а у астероида 1994 GV равно 7427,54 километра (средний радиус Земли - 6371 километр). Расстояния выглядят безопасными, но гарантировать отсутствие всякого риска всё же нельзя, если размеры астероида таковы, что он может достичь поверхности Земли, не сгорев в атмосфере. Как предельно допустимый размер рассматривают диаметр в 8–10 метров при условии, что астероид не железный. Радикальный способ решения проблемы - использовать для манёвра Марс или Венеру.

Захват астероидов для проведения исследований

Базовая идея проекта Asteroid Redirect Mission (ARM) - перевод астероида на другую орбиту, более удобную для проведения исследований с непосредственным участием человека. В качестве таковой была предложена орбита, близкая к лунной. Как ещё один вариант изменения астероидной орбиты в ИКИ РАН рассмотрены способы управления движением астероидов с использованием гравитационных манёвров у Земли, подобные тем, что были разработаны для наведения малых астероидов на опасные околоземные объекты.

В качестве цели таких манёвров рассматривают перевод астероидов на орбиты, резонансные с орбитальным движением Земли, в частности с соотношением периодов астероида и Земли 1:1. Среди околоземных астероидов есть тринадцать, которые можно перевести на резонансные орбиты в указанном соотношении и при нижнем допустимом пределе радиуса перигея - 6700 километров. Для этого любому из них достаточно сообщить импульс скорости, не превышающий 20 м/с. Их список представлен в табл. 3, где указаны величины импульсов скорости, переводящих астероид на траекторию гравитационного манёвра у Земли, в результате которого период его орбиты становится равный земному, то есть одному году. Там же приведены максимальные и минимальные достижимые манёвром скорости астероида в его гелиоцентрическом движении. Интересно отметить, что максимальные скорости могут быть очень велики, позволяя в результате манёвра забросить астероид довольно далеко от Солнца. Например, астероид 2012 VE77 удастся отправить на орбиту с афелием на расстоянии орбиты Сатурна, а остальные - за пределы орбиты Марса.

Преимущество резонансных астероидов в том, что они возвращаются в окрестность Земли ежегодно. Это даёт возможность хоть каждый год отправлять космический аппарат c посадкой на астероид и доставлять на Землю образцы грунта, причём на возврат спускаемого аппарата на Землю почти не требуется тратить топливо. В этом плане астероид на резонансной орбите имеет преимущества относительно астероида на орбите, подобной лунной, как планируется в проекте Keck, поскольку он для возвращения требуют заметный расход топлива. Для беспилотных миссий это может стать решающим, но для пилотируемых полётов, когда необходимо обеспечить как можно более быстрое возвращение аппарата на Землю в аварийной ситуации (в течение недели или даже раньше), преимущество может оказаться на стороне проекта ARM.

С другой стороны, ежегодное возвращение резонансных астероидов к Земле позволяет периодически проводить гравитационные манёвры, всякий раз изменяя их орбиту для оптимизации условий исследований. Орбита при этом должна оставаться резонансной, что несложно осуществить, совершая многократные гравитационные манёвры. Используя такой подход, можно перевести астероид на орбиту, идентичную земной, но немного наклонённую к её плоскости (к эклиптике). Тогда астероид станет сближаться с Землёй дважды в год. В семейство орбит, получаемых в результате последовательности гравитационных манёвров, входит орбита, плоскость которой лежит в эклиптике, но имеет очень больший эксцентриситет и, как у астероида 2012 VE77, достигает орбиты Марса.

Если далее развить технологию гравитационных манёвров у планет, включающую построение резонансных орбит, то возникает идея использовать Луну. Дело в том, что гравитационный манёвр у планеты в чистом виде не позволяет захватить объект на орбиту спутника, поскольку при облёте планеты энергия его относительного движения не изменяется. Если же при этом он облетит естественный спутник планеты (Луну), то его энергию можно уменьшить. Проблема в том, что уменьшение должно быть достаточным для перехода на орбиту спутника, то есть начальная скорость относительно планеты должна быть невелика. Если это требование не выполнено, объект покинет окрестность Земли навсегда. Но если выбрать геометрию комбинированного манёвра так, что в результате астероид останется на резонансной орбите, то через год можно повторить манёвр. Таким образом, существует возможность захватить астероид на орбиту спутника Земли, применив гравитационные манёвры у Земли с сохранением условия резонанса и координированный облёт Луны.

Очевидно, что отдельно взятые примеры, подтверждающие возможность реализации концепции управления движением астероидов с помощью гравитационных манёвров, не гарантируют решение проблемы астероидно-кометной опасности для любого небесного объекта, угрожающего столкновением с Землёй. Может случиться, что в конкретном случае не найдётся подходящего астероида, который можно на него направить. Но, как показывают последние результаты расчётов, проведённые с учётом самых «свежих» каталогизированных астероидов, при предельно допустимом импульсе скорости, необходимом для перевода астероида в окрестность планеты, равном 40 м/с, число подходящих астероидов составляет 29, 193 и 72 для Венеры, Земли и Марса соответственно. Они входят в список небесных тел, движением которых можно управлять средствами современной ракетно-космической техники. Список стремительно пополняется, поскольку в настоящее время открывают в среднем от двух до пяти астероидов в день. Так, за период с 1 по 21 ноября 2014 года открыто 58 околоземных астероидов. До сих пор на движение естественных небесных тел мы не могли влиять, но наступает новая фаза развития цивилизации, когда это становится возможным.

Словарик к статье

Закон Боде (правило Тициуса - Боде, установленное в 1766 году немецким математиком Иоганном Тициусом и переформулированное в 1772 году немецким астрономом Иоганном Боде) описывает расстояния между орбитами планет Солнечной системы и Солнцем, а также между планетами и орбитами её естественных спутников. Одна из его математических формулировок:R i = (D i + 4)/10, где D i = 0, 3, 6, 12 ... n, 2n, а R i - средний радиус орбиты планеты в астрономических единицах (а. е.).

Этот эмпирический закон выполняется для большинства планет с точностью до 3%, но, похоже, физического смысла не имеет. Есть, однако, предположение, что на стадии формирования Солнечной системы в результате гравитационных возмущений возникла регулярная кольцевая структура областей, в которых орбиты протопланет оказались стабильными. Позднейшее изучение Солнечной системы показало, что закон Боде, вообще говоря, далеко не всегда выполняется: орбиты Нептуна и Плутона, например, находятся гораздо ближе к Солнцу, чем он предсказывает (см. таблицу).

(L-точки, или точки либрации, от лат. Libration - раскачиваю) - точки в системе двух массивных тел, например Солнца и планеты или планеты и её естественного спутника. Тело существенно меньшей массы - астероид или космическая лаборатория - будет оставаться в любой из точек Лагранжа, совершая колебания небольшой амплитуды, при условии, что на него действуют только силы тяготения.

Точки Лагранжа лежат в плоскости орбиты обоих тел и обозначены индексами от 1 до 5. Первые три - коллиниарные - лежат на прямой, соединяющей центры массивных тел. Точка L 1 находится между массивными телами, L 2 - за менее массивным, L 3 - за более массивным. Положение астероида в этих точках наименее устойчиво. Точки L 4 и L 5 - треугольные, или троянские, - находятся на орбите по обе стороны от линии, соединяющей тела большой массы, под углами 60 о от линии, соединяющей их (например, Солнце и Землю).

Точка L 1 системы Земля - Луна - удобное место для размещения обитаемой орбитальной станции, позволяющей космонавтам добраться до Луны с минимальными затратами топлива, или обсерватории для наблюдения за Солнцем, которое в этой точке никогда не заслоняется ни Землёй, ни Луной.

Точка L 2 системы Солнце - Земля удобна для постройки космических обсерваторий и телескопов. Объект в этой точке неограниченно долго сохраняет ориентацию относительно Земли и Солнца. В ней уже находятся американские лаборатории «Планк», «Гершель», WMAP, Gаia и др.

В точку L 3 , по ту сторону от Солнца, писатели-фантасты неоднократно помещали некую планету - Противоземлю, которая то ли прибыла издалека, то ли была создана одновременно с Землёй. Современные наблюдения её не обнаружили.

Эксцентриситет (рис. 1) - число, характеризующее форму кривой второго порядка (эллипса, параболы и гиперболы). Математически оно равно отношению расстояния любой точки кривой до её фокуса к расстоянию от этой точки до прямой, называемой директрисой. У эллипсов - орбит астероидов и большинства других небесных тел - имеются две директрисы. Их уравнения: x = ±(a/e), где a - большая полуось эллипса; e - эксцентриситет - величина, постоянная для любой данной кривой. Эксцентриситет эллипса меньше 1 (у параболы е = 1, у гиперболы е > 1); когда е > 0, форма эллипса приближается к окружности, при е > 1 эллипс становится всё более вытянутым и сжатым, в пределе вырождаясь в отрезок - собственную большую ось 2а. Другое, более простое и наглядное определение эксцентриситета эллипса - отношение разности его максимального и минимального расстояний до фокуса к их сумме, то есть длине большой оси эллипса. Для околосолнечных орбит это отношение разности удаления небесного тела от Солнца в афелии и перигелии к их сумме (большой оси орбиты).

Солнечный ветер - постоянный поток плазмы солнечной короны, то есть заряженных частиц (протонов, электронов, ядер гелия, ионов кислорода, кремния, железа, серы) по радиальным направлениям от Солнца. Он занимает сферический объём радиусом не менее 100 а. е., границу объёма определяет равенство динамического давления солнечного ветра и давления межзвёздного газа, магнитного поля Галактики и галактических космических лучей.

Эклиптика (от греч. ekleipsis - затмение) - большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца. В действительности, поскольку Земля движется вокруг Солнца, эклиптика - это сечение небесной сферы плоскостью земной орбиты. Линия эклиптики проходит по 12 созвездиям Зодиака. Её греческое название связано с тем, что с древности известно: солнечные и лунные затмения происходят, когда Луна находится вблизи точки пересечения её орбиты с эклиптикой.

Страница 1 из 4

В переводе с греческого астероид звучит как «подобный звезде». Это небольшие по сравнению с планетами небесные тела, движущиеся по орбите вокруг Солнца. Астероиды преимущественно состоят из различных металлов и каменистых пород.

Паллада

Дочь древнегреческого бога Тритона. Астероид открыл 28 марта 1802 года немецкий астроном Генрих Вильгельм Ольберс. Это произошло в Бремене (Германия). Размеры астероида 582x556x500 км, плотность 2,7 г/см3, период вращения 7,81 часов,
температура поверхности -109 °С.

Юнона

Древнеримская богиня, супруга Юпитера; богиня брака, рождения и материнства. Астероид открыл 1 сентября 1804 года немецкий астроном Карл Людвиг Хардинг. Это произошло в Лилиентальской обсерватории, (Лилиенталь, Германия). Размеры астероида 320x267x200 км, плотность 2,98 г/см3, период вращения 7,21 часов, температура поверхности -110 °С.

Веста

Древнеримская богиня, покровительница семейного очага и жертвенного огня. Астероид открыл 29 марта 1807 года немецкий астроном Генрих Вильгельм Ольберс. Это произошло в Бремене, Германия. Размеры астероида 578 х 560 х 458 км, плотность 3,5 г/см3, период вращения 5,34 часа, температура поверхности -95 °С.

Астрея

Древнегреческая богиня справедливости, дочь Зевса и Фемиды. Астероид открыл 8 декабря 1845 года немецкий астроном Карл Людвиг Хенке. Это произошло в Дрезденко (Польша). Размеры астероида 167x123x82 км, плотность 2,7 г/см3, период вращения 0,7 дня, температура поверхности -106 °С.

Геба

Древнегреческая богиня юности, дочь Зевса и Геры. Астероид открыл 1 июля 1847 года немецкий астроном Карл Людвиг Хенке. Это произошло в Дрезденко (Польша). Размеры астероида 205x185x170 км, плотность 3,81 г/см3, период вращения 0,303 дня,температура поверхности -103 °С.

Ирида

Древнегреческая богиня радуги, дочь Тавманта и Электры. Астероид открыл 13 августа 1847 года английский астроном Джон Рассел Хайнд. Это произошло в Обсерватории Бишопа (Лондон, Англия). Размеры астероида 240x200x200 км, плотность 3,81 г/см3, период вращения 0,2975 дня, температура поверхности -102 °С.

Флора

Древнеримская богиня цветов и весны. Астероид открыл 18 октября 1847 года английский астроном Джон Рассел Хайнд. Это произошло в Обсерватории Бишопа (Лондон, Англия). Размеры астероида 136x136x113 км, плотность 3,13 г/см3, период вращения 0,533 дня, температура поверхности -93 °С.

Метила

Древнегреческая богиня мудрости. Астероид открыл 25 апреля 1848 года ирландский астроном Эндрю Грэхем. Это произошло в Маркрийской обсерватории (графство Слайго, Ирландия). Размеры астероида 222x182x130 км, плотность 4,12 г/см3, период вращения 0,2116 дня, температура поверхности 100 "С.

Гигея

Древнегреческая богиня здоровья. Астероид открыл 12 апреля 1849 года итальянский астроном Аннибале де Гаспарис. Это произошло в Обсерватории Каподимонте (Неаполь, Италия). Размеры астероида 530x407x370 км, плотность 2,08 г/см3, период вращения 27,623 часов, температура поверхности -109 °С.

Парфенопа

Сирена, основавшая город Парфенопа, в настоящее время - Неаполь. Астероид открыл 11 мая 1850 года итальянский астроном Аннибале де Гаспарис. Это произошло в Обсерватории Каподимонте (Неаполь, Италия). Диаметр астероида 153,3 км, плотность 3,28 г/см3, период вращения 9,43 часов, температура поверхности -99 “С.

Виктория

Древнегреческая богиня здоровья. Астероид открыл 13 сентября 1850 года английский астроном Джон Рассел Хайнд. Это произошло в Обсерватории Бишопа (Лондон, Англия). Диаметр астероида 112,8 км, плотность 2 г/ см3, период вращения 8,66 часов, температура поверхности -95 °С.

Эгерия

Древнеримская нимфа воды. Астероид открыл 2 ноября 1850 года итальянский астроном Аннибале де Гаспарис. Это произошло в Обсерватории Каподимонте (Неаполь, Италия). Диаметр астероида 207,64 км, плотность 3,46 г/см3, период вращения 7,04 часов, температура поверхности -99 °С.

Ирена

Древнегреческая богиня мира. Астероид открыл 13 сентября 1850 года английский астроном Джон Рассел Хайнд. Это произошло в Обсерватории Бишопа (Лондон, Англия). Диаметр астероида 152 км, плотность 4,42 г/см3, период вращения 15,06 часов, температура поверхности -198 °С.

Эвномия

Древнегреческая ора, дочь Зевса и Фемиды. Астероид открыл 29 июля 1851 года итальянский астроном Аннибале де Гаспарис. Это произошло в Обсерватории Каподимонте (Неаполь, Италия). Размеры астероида 357x255x212 км, плотность 3,09 г/см3, период вращения 6,083 часов, температура поверхности -107 °С.

Психея

Олицетворения души в древнегреческой мифологии. Астероид открыл 17 марта 1852 года итальянский астроном Аннибале де Гаспарис. Это произошло в Обсерватории Каподимонте (Неаполь, Италия). Размеры астероида 240x185x145 км, плотность 6,49 г/см3, период вращения 4,196 часов, температура поверхности -113 °С.

Фетида

Нереида, дочь Нерея и Дориды. Астероид открыл 17 апреля 1852 года немецкий астроном Робертом Лютером. Это произошло в Дюссельдорфской обсерватории (Дюссельдорф, Германия). Диаметр астероида 90 км, плотность 3,21 г/см3, период вращения 12,27 часов, температура поверхности -100 °С.

Мельпомена

Древнегреческая муза трагедии. Астероид открыл 24 июня 1852 года английский астроном Джон Рассел Хайнд. Это произошло в Обсерватории Бишопа (Лондон, Англия). Размеры астероида 170x155x129 км, плотность 1,69 г/см3, период вращения 11,57 часов, температура поверхности -96 °С.

Фортуна

Ддревнеримская богиня удачи. Астероид открыл 13 сентября 1850 года английский астроном Джон Рассел Хайнд. Это произошло в Обсерватории Бишопа (Лондон, Англия). Размеры астероида 225x205x195 км, плотность 2,70 г/см3, период вращения 7,44 часов, температура поверхности -93 °С.

Массадия

Греческое имя французского города Марсель. Астероид открыл 19 сентября 1852 года итальянский астроном Аннибале де Гаспарис. Это произошло в Обсерватории Каподимонте (Неаполь, Италия). Размеры астероида 160x145x132 км, плотность 3,54 г/см3, период вращения 8,098 часов, температура поверхности -99 °С.

Лютеция

Латинское имя французского города Париж. Астероид открыл 13 сентября 1850 года немецко-французский астроном Герман Гольдшмидт. Это произошло в Размеры астероида 132x101x76 км, плотность 3,4 г/см3, период вращения 8,16 часов, температура поверхности -101 °С.

Каллиопа

Древнегреческая муза эпической поэзии. Астероид открыл 16 ноября 1852 года английский астроном Джон Рассел Хайнд. Это про ишшло н Обсерватории Бишопа (Лондон, Англия). Размеры астероида 235x144x124 км, плот нос in 3,35 г/смпериод вращения 4/ИК часов, температура поверхносi и 112 "С.

Талия

Древнегреческая муза комедии и легкой поэзии. Астероид открыл 15 декабря 1852 года английский астроном Джон Рассел Хайнд. Это произошло в Обсерватории Бишопа (Лондон, Англия). Диаметр астероида 107,5 км, плотность 2 г/см3, период вращения 12,308 часов, температура поверхности -109 °С.

Фемида

Древнегреческая богиня правосудия. Астероид открыл 5 апреля 1853 года итальянский астроном Аннибале де Гаспарис. Это произошло в Обсерватории Каподимонте (Неаполь, Италия). Диаметр астероида 107,5 км, плотность 2,78 г/см3, период вращения 8 часов 23 минуты, температура поверхности -114 °С.

Накатал за пару бессонных ночей рассказ о том, как называли и называют астероиды. Имхо, интересная история как с точки зрения развития астрономии, так и в плане демонстрации того, что даже в столь точной и благородной науке не всё бывает гладко.

Для начала напомню базовые вещи. Астероидами (термин ввёл Уильям Гершель в 1802 году) или малыми планетами называются малые тела Солнечной системы (недостаточно большие, чтобы считаться планетой, но больше тридцати метров, меньшие объекты называют метеороидами) , обращающиеся вокруг Солнца и не являющиеся кометами (для комет характерна газообразующая активность при приближении к Солнцу; при этом отдельные астероиды являются, по сути, «выродившимися», «потухшими» кометами) .

Первым открытым астероидом стала Церера (она была открыта 1 января 1801 года). Поначалу её считали полноценной планетой (занимающей положение между Марсом и Юпитером), потом стало ясно, что она является лишь одним из представителей большой группы небесных тел, а уже в 2006 году её переклассифицировали как карликовую планету. Последующие астероиды были открыты в 1802 (Паллада), 1804 (Юнона) и 1807 (Веста) годах. Затем наступил перерыв до 1845 года (когда была открыта Астрея), а с 1847 года астероиды стали открывать уже по несколько в год. К началу XX века было известно уже более четырёх с половиной сотен астероидов; понятно, что в дальнейшем частота их открытий постоянно возрастала, в конце XX века этот рост стал взрывным. По состоянию на 9 июля 2017 года известно 734274 астероида, из которых 496815 имеют постоянные номера (то есть, их орбита считается надёжно вычисленной), тогда как собственные имена имеют лишь 21009 астероидов (инфа от Центра малых планет).

Изображение взято отсюда: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Minor_planet_count.svg

Понятно, что обозначение и именование астероидов является довольно серьёзной проблемой (раз уж количество астероидов столь велико). О решениях этой проблемы я и постараюсь рассказать. Основная часть текста базируется на книге Schmadel, Lutz D. Dictionary of Minor Planet Names. - Fifth Revised and Enlarged Edition. - B., Heidelberg, N. Y.: Springer, 2003. - P. 298. - ISBN 3-540-00238-3 (не перевод, а вольный пересказ), плюс привлекалась информация из википедии. Кому интересно - читаем дальше.

Формальные обозначения астероидов

До середины XIX столетия номенклатурной проблемы в отношении астероидов не существовало. Церера, Паллада, Юнона и Веста (первые открытые астероиды) упоминались просто по именам. Проблема возникла лишь примерно в 1850-х годах в связи со значительным ростом числа открытых астероидов. Поначалу казалось возможным просто давать каждому астероиду собственное имя и создавать для каждого из них отдельный астрономический символ (то есть, действовать так же, как ранее поступали с большими планетами). Однако практика присуждения символов быстро показала свою несостоятельность. Использование этих символов оказалось как затруднительным с точки зрения книгоиздательской техники, так и совершенно непрактичным с точки зрения нагрузки на память (упомнить все эти символы, учитывая дальнейший рост их числа, представлялось невозможным). Вероятней всего, последним астрономом, присвоившим отдельный символ астероиду (а именно астероиду (32) Фидес ), был Карл Теодор Роберт Лютер (Luther, 1855).

Вместо использования символов была введена система порядковых номеров. Впервые подобную идею (с помещением порядкового номера астероида в кружок) высказал Иоганн Франц Энке (Enke, 1851) на страницах «Berliner astronomisches Jahrbuch» (далее - BAJ ). Первое практическое применение данной системы принадлежит американскому астроному Джеймсу Фергюсону (Ferguson, 1852), который обозначил Психею как ⑯ Психея (астероид Психея был открыт в 1852 году; в настоящее время порядковый номер астероида помещается в круглые скобки - (16) Психея ). Порядковый номер присуждался редактором журнала «Astronomische Nachrichten» (далее - AN ) соответственно дате первой публикации об открытии нового астероида, что вскоре привело к неприятным противоречиям: так, в начале октября 1857 года Фергюсон открыл астероид Виргиния, которому присвоили порядковый номер 50, тогда как астероиду, открытому Гольдшмидтом ещё в сентябре того же года (Мелета), был присвоен порядковый номер 56. Астрономическое сообщество пришло к выводу, что назначение астроидам собственного имени может и отодвигаться на некоторый срок, тогда как традиция присуждения порядковых номеров строго в соответствии с хронологией открытий должна соблюдаться неукоснительно.

Вопросы наименования и присуждения порядковых номеров дополнительно осложнялись тем, что сложно было судить, кого именно считать первооткрывателем и кто именно имеет право давать имя новому астероиду. Рудольфу Вольфу (Wolf, 1859) принадлежит следующее замечание: «Открытие Урана не может быть приписано Флемстиду, открытие Нептуна не может быть приписано Лаланду, точно так же открытие астероида-56 нельзя приписать Гольдшмидту: первооткрыватель планеты - не тот, кто её впервые увидел или пронаблюдал, а тот, кто впервые распознал в ней новый небесный объект». Случаи, когда первый наблюдатель не осознал природу наблюдаемого объекта, а основная роль в открытии принадлежала лицу, впервые рассчитавшему орбиту нового тела, уже тогда были нередкими. Вопросы, связанные с этими деталями, остаются актуальными и по сей день.

Снимок Цереры в натуральном цвете, сделанный космическим аппаратом «Dawn» 4 мая 2015 года.

Быстрый рост числа открытий новых астероидов заставил редакции журналов BAJ и AN присуждать порядковые номера как можно скорее, соответственно датам открытий. Несмотря на то, что сама идея о неукоснительном соответствии между порядковыми номерами и хронологией открытий не вызывала возражений, быстрый рост числа новооткрытых астероидов вскоре породил новые сложности. Значительное число новых астероидов наблюдалось лишь спорадически, без уверенного вычисления и подтверждения их орбит - как же следовало поступать с ними? Присуждать им какие-либо порядковые номера или нет? Адальберт Крюгер (Kruger, 1892) предложил следующую систему: «Отныне редактор AN будет присуждать каждой новой планете [подразумеваются астероиды] врéменное обозначение следующего вида: 18xx A, B, C... согласно дате регистрации [сообщения об открытии] в Центральном Бюро Астрономических Телеграмм. Окончательный порядковый номер будет присуждаться лишь позже редактором BAJ. Это позволит исключить придание порядковых номеров тем планетам [т. е., астероидам], чьи орбитальные элементы не могут быть рассчитаны из-за недостатка данных». То есть, первый астероид, предположительно открытый в 1893 году, получал врéменное обозначение 1893 A, второй открытый в этом же году - 1893 B, и так далее. Однако уже через год, в 1893 году, стало ясно, что одних лишь заглавных букв не хватит, в связи с чем было решено расширить эту систему посредством удвоения букв: так, за астероидом 1893 Z должен был следовать астероид 1893 AA, за ним - 1893 AB, и так далее. Система была принята в обиход, но следует заметить, что в годы Первой мировой войны также использовались отдельные «неофициальные» системы; в частности, астрономы Симеизской обсерватории (это та, которая у нас в Крыму), некоторое время работавшие без надёжной связи с остальным астрономическим миром, были вынуждены ввести свою собственную систему врéменной нумерации новых астероидов.

В 1924 году (учитывая всё возрастающее число новооткрытых астероидов) была предложена новая система врéменных обозначений: сначала идёт год открытия, а после пробела латинская буква, обозначающая полумесяц открытия (A - для первой половины января, B - для второй половины января, C - для первой половины февраля и так далее, исключая букву I, так как её можно спутать с единицей); к ней присоединяется ещё одна латинская буква, обозначающая очерёдность открытия в соответствующем полумесяце (опять же, исключая букву I). Так, например, обозначение 1926 AD означает, что астероид был открыт четвёртым по счёту в первой половине января 1926 года, а обозначение 1927 DG - что астероид был открыт седьмым по счёту во второй половине февраля 1927 года. Почти сразу же (Kopff, 1924) эта система была дополнительно расширена до нынешнего состояния («на тот невероятный случай (sic!!!) - как писал сам Август Копфф - если за полумесяц будет открыто более 25 астероидов »): сейчас, если за полумесяц открыто более 25 малых планет (26 букв латинского алфавита минус одна, I не используется), то к обозначению прибавляют цифровой индекс, который показывает, сколько раз была использована алфавитная последовательность во второй позиции (таким образом число открытий в этой половине месяца определяется умножением индекса на 25 плюс порядковый номер второй буквы в обозначении астероида). То есть, двадцать пятый астероид, открытый за первую половину января 1950 года, получит обозначение 1950 AZ, тогда как следующий (26-й) получит обозначение 1950 AA 1 , 27-й - 1950 AB 1 , 51-й - 1950 AA 2 и так далее. Проверьте свою сообразительность и ответьте на вопрос: в каком именно полумесяце и каким по порядку в этом полумесяце было открыто небесное тело 2003 VB 12 ? Правильный ответ я приведу в самом конце записи:).

С 1952 года, согласно предложению американского астронома Пауля Хергета, постоянные (окончательные) порядковые номера стали присуждаться лишь в случае соблюдения ряда условий (Herget, 1952). Орбитальные параметры этих объектов должны были быть вычислены:
а) на основании наблюдений в как минимум двух противостояниях (данное требование можно исключить, если перигелийное расстояние у наблюдаемого тела меньше, чем 1,67 а. е.);
б) с учётом возмущений;
в) удовлетворяя всем доныне произведенным наблюдениям.

По прошествии времени требования к присвоению постоянного порядкового номера ещё более ужесточились: за исключением объектов с довольно необычными орбитами или же могущими сближаться с Землёй для присвоения постоянного номера требовалось уже тщательное наблюдение объекта в как минимум трёх противостояниях. В 1991 году американский астроном Брайан Марсден (бывший тогда руководителем Центра малых планет - центральной на сегодня организацией, занимающейся систематизацией данных по новым открытым телам Солнечной системы) выдвинул требование даже о четырёх и более наблюдениях в противостоянии для присвоения постоянного порядкового номера (исключая объекты, сближающиеся с Землёй или постоянно уверенно наблюдаемые).

Развитие традиций по именованию астероидов

Названия первых астероидов (Церера, Паллада, Юнона и Веста) следовали классической традиции, по которой небесные тела назывались именами античных (греческих и римских) богов или мифологических персонажей. Поначалу казалось, что эта традиция будет незыблемой, однако название уже двенадцатого астероида Виктория (открыт в 1850 году; формально имя соответствовало римской богине победы, но у астрономического сообщества были серьёзные подозрения в том, что первооткрыватель, британец Джон Рассел Хайнд, дал это имя в честь королевы Виктории) породило дискуссии о том, допустимо ли называть астероиды в честь действующих правителей. Одним из наиболее активных радетелей за исключительно «классические» названия был немецкий астроном Карл Теодор Роберт Лютер (Luther, 1861), постулировавший следующее: «Раз уж мы считаем необходимым давать собственные названия звёздам, кометам, спутникам Сатурна и Урана и даже горам на Луне, то кажется разумным предпочитать названия из классической мифологии. Неклассические имена неразумны с точки зрения длительного использования, вместо них уж лучше использовать лишь нумерацию».

Столь догматичный подход немедленно столкнулся с суровой критикой. Карл Август Штейнгейль (Steinheil, 1861) полемизировал с Лютером: «В чём преимущество использования лишь классических имён? Неужели новые планеты должны лишь напоминать нам, что мы когда-то посещали классическую школу? Неужели астрономия чем-то столь обязана филологии, чтобы помнить все эти имена?»

Снимок Весты (самого яркого из астероидов), выполненный космическим аппаратом «Dawn» в 2012 году.

Несмотря на то, что категоричный подход Лютера встретил немало возражений, тенденция присваивать новооткрытым астероидам имена из греко-римской мифологии довольно долго преобладала. Разумеется, было и немало исключений: наиболее ярким примером может послужить астероид (45) Евгения , открытый в 1857 году и названный в честь французской императрицы Евгении де Монтихо, супруги Наполеона III (первый случай, когда астероиду было присвоено имя в честь ещё живущего человека). Астероид (51) Немауза (открытый в 1858 году) был назван по латинскому названию французского города Ним. Астероид (77) Фригга (открытый в 1862 году) был назван в честь Фригг, жены Одина и верховной богини в германо-скандинавской мифологии. Астероид (89) Юлия (открытый в 1866 году) был назван в честь христианской святой Юлии Корсиканской, умершей в V веке. Астероид (88) Фисба был назван в честь героини вавилонского легендариума (Пирам и Фисба - вавилонский аналог Ромео и Джульетты). И т. д. и т. п. Тем не менее заметим, что даже названия, не имевшие прямого отношения к греко-римской мифологии, всё же по традиции переводились в форму женского рода.

Борьба за исключительно «классические» имена, тем не менее, продолжалась. Тот же Лютер в 1878 году заявлял: «Нынешние названия астероидов стали более чем разномастной смесью. Кажется весьма целесообразным вернуться к старым предпочтениям, к классическим мифологическим именам. Любые намёки должны избегаться - ради чести нашей науки». Ему вторил Генрих Брунс (Bruhns, 1878): «Лучшим решением представляется избегать любые имена, вызывающие ассоциации с ныне живущими людьми и текущими событиями. Лишь классические имена получат всеобщее признание».

Когда количество открытых астероидов перевалило за четыре сотни, поддерживать «мифологическую» традицию стало ещё сложнее, чем ранее. Неофициальное, но пользовавшееся широким признанием правило в отношении именования новых астероидов было сведено лишь к требованию использовать исключительно женские имена. Юлиус Баушингер (Bauschinger, 1899; он, к слову, был консультантом докторской диссертации Альфреда Вегенера, который позже выдвинул теорию дрейфа материков) в бытность свою директором Astronomisches Rechen-Institut даже почти угрожал: «Имеются причины просить первооткрывателей не отклоняться от традиции использовать женские имена, поскольку это правило было нарушено - небеспричинно - лишь один раз в отношении астероида (433) Эрос . Мужские названия астероидов не будут приниматься BAJ». С Баушингером полностью соглашался также Генрих Крейц (Kreutz, 1899), бывший тогда редактором AN, заявивший, что мужские имена не будут рассматриваться редакцией AN. Следует пояснить, что астероид (433) Эрос , открытый в 1898 году Карлом Виттом, действительно стал первым астероидом с классическим мужским именем, но ему это тогда «простили» за то, что его орбита оказалась крайне необычной для тогдашних представлений: если «классические астероиды» обращались лишь между орбитами Марса и Юпитера, то Эрос стал первым открытым телом из группы «околоземных астероидов», перигелий его орбиты лежит внутри орбиты Марса.

Астероид Эрос (серия фотографий, выполненная космическим аппаратом NEAR в 2000 году, демонстрирует его вращение).

Традиция наименования астероидов лишь женскими именами (даже если женское имя создавалось лишь искусственно путём прибавления окончаний -a или -ia ) продержалась довольно долго - примерно до конца Второй мировой войны (хотя её и неоднократно нарушали). Для примера, согласно этой традиции астероид 449 (открытый в 1899 году и получивший название в честь Гамбурга) получил имя Гамбурга , астероид 662 (открытый в 1908 году и получивший название в честь города Ньютон из штата Массачусетс) получил имя Ньютония , а астероид 932, открытый в 1920 году и названный в честь Герберта Гувера, получил название Гуверия , и т. д., примеров много. Окончательный уход от этой традиции был задекларирован в циркуляре Центра малых планет под номером 837 (1952 год): «Традиция придания женских окончаний к мужским именам уже имеет множество исключений. Отныне предлагаемые имена не будут отвергаться или модифицироваться, если они будут иметь мужскую форму».

Нынешние предпочтения в отношении именования астероидов (назвать их прямо жёсткими правилами сложно) были сформулированы в 1985 году. Сейчас работает следующая процедура:
1. Сначала новооткрытому телу дают врéменное буквенно-цифровое обозначение (см. выше).
2. Когда орбита нового тела определена достаточно уверенно (как правило, для этого требуется наблюдение объекта в четырёх и более противостояниях), Центр малых планет присуждает ей постоянный номер.
3. После присуждения постоянного порядкового номера первооткрывателю предлагается дать телу собственное название. Первооткрыватель должен сопроводить своё название кратким объяснением причин, по которым он считает данное имя достойным выбора.
4. Предложенные названия рассматриваются и утверждаются рабочей группой Международного Астрономического Союза по номенклатуре малых тел.

К предлагаемым именам предъявляются следующие формальные требования (не всегда соблюдаемые, но всё же крайне желательные) :
1. Название не должно состоять из более чем 16 букв.
2. Весьма желательно, чтобы оно состояло из одного слова.
3. Слово должно быть произносимым и иметь смысл хотя бы на каком-нибудь языке (то есть, просто случайный набор букв вроде Azzzxwfhu , вероятней всего, будет отвергнут) .
4. Название не должно быть оскорбительным или вызывать неприятные ассоциации.
5. Новое название не должно быть слишком похожим на уже имеющиеся имена других объектов Солнечной системы.
6. Клички домашних питомцев не одобряются (хотя были прецеденты, когда астероиды получали имена именно в честь любимцев первооткрывателей) .
7. Названия коммерческого типа (торговые марки и т. п.) недопустимы.
8. Названия, основанные на именах политиков или связанные с какими-либо военными действиями допускаются к рассмотрению только если после смерти персонажа или события прошло 100 лет.
9. В отличие от комет, астероиды не называются автоматически в честь их первооткрывателей (впрочем, нередко первооткрыватели называли разные астероиды в честь друг друга). Однако, и тут имеется исключение: астроид (96747) Кресподасилва был назван в честь своей первооткрывательницы, Lucy d’Escoffier Crespo da Silva, которая покончила с собой вскоре после своего открытия в 22 года.

Для именования отдельных групп астероидов (характеризуемых определёнными свойствами) по-прежнему придерживаются более строгих традиций. Например, так называемые троянские астероиды (находящиеся в резонансе 1:1 с Юпитером) получают имена в честь героев Троянской войны; транснептуновые объекты со стабильными и долгоживущими орбитами получают мифологические имена, так или иначе связанные с сотворением мира, и др.

Название становится официальным после его обнародования в циркуляре Центра малых планет. Международный Астрономический Союз не присуждает названия за деньги.

По состоянию на 9 июля 2017 года из 734274 известных астероидов окончательные номера присвоены 496815 астероидам, тогда как имена собственные имеются лишь у 21009 из них (то есть, лишь у четырёх процентов от общего числа астероидов с постоянными номерами). Большинство имён астероидов состоит из семи букв (информация на 2003 год). Правило о том, что длина названия не должна превышать 16 символов, было нарушено один раз в случае с астероидом (4015) Wilson-Harrington .

Интересные факты

Первым астероидом с названием, не связанным с античной мифологией, стал (20) Массалия (открытый в 1852 году и названный греческим именем города Марсель).

Первым астероидом, названным в честь живого лица, стал (45) Евгения (открытый в 1857 году и названный в честь жены Наполеона III Евгении де Монтихо).

Первым мужчиной, в честь которого был назван астероид, стал Александр фон Гумбольдт: в его честь был назван астероид (54) Александра , открытый в 1858 году (видно, что имени астероида всё же придали женскую форму; кроме того, можно было считать, что название было дано в честь Александры, дочери мифологического царя Приама, но намерение первооткрывателя состояло в названии астероида именно в честь Гумбольдта).

Хотя имена домашних питомцев сейчас и считаются «запретными», прецеденты подобного рода всё же имеются. Так, астероиды (482) Петрина и (483) Сеппина названы в честь собак (Питер и Сепп) первооткрывателя М. Ф. Вульфа (оба астероида были открыты в 1902 году). Астероид, открытый в 1971 году, получил название (2309) Мистер Спок в честь кота первооткрывателя (кот, в свою очередь, получил свою кличку в честь персонажа телесериала «Звёздный путь»).

Среди названий астероидов можно встретить и такие необычные, как (4321) Зеро (назван в честь прозвища американского комедийного актёра Сэмюэла Джоэла «Зеро» Мостела), (6042) Чеширский кот (назван в честь персонажа «Алисы в Стране чудес»), (9007) Джеймс Бонд (тут сыграл на руку порядковый номер астероида), (13579) Всенечётные (в оригинале - Allodd , порядковый номер астроида состоит из нечётных чисел, идущих в возрастающем порядке), (24680) Всечётные (в оригинале - Alleven ).

Фотография астероида Гаспра (названного в честь крымского посёлка), который стал первым астероидом, исследованным космическим аппаратом («Галилео», 1991 год).

Названия астероидов нередко адаптируются в отдельных национальных языках. Так, самый первый открытый астероид (сейчас считающийся карликовой планетой) мы называем Церера, тогда как многие западные языки называют его Ceres, а греки - так и вообще Деметра (Δήμητρα). Юнону греки называют Герой, Весту - Гестией и т. п., согласно аналогиям между греческой и римской мифологией. В китайском языке классические названия астероидов заканчиваются иероглифом 星 (звезда, небесное тело), перед которым следует иероглиф 神 (божество) или 女 (женщина), а уже перед ним - иероглиф, описывающий наиболее характерное свойство этого божества. Так, например, Церера именуется на китайском 穀神星 (то есть, «планета божества зерновых»), Паллада - 智神星 (то есть, «планета божества мудрости») и т. п.

Было три парадоксальных случая, когда астероиды успевали получить собственное имя ещё до получения постоянного порядкового номера (то есть, до того, как их орбита была надёжно вычислена). Таковы (1862) Аполлон (открыт в 1932 году, но постоянный номер получил лишь в 1973), (2101) Адонис (открыт в 1936 году, но постоянный номер получил лишь в 1977) и (69230) Гермес (открыт в 1937 году, но постоянный номер получил лишь в 2003). В промежутке между датой открытия и датой присвоения постоянного номера эти астероиды считались «утерянными». «Утерянных», но позже «повторно найденных» астероидов насчитывается около двух десятков. Астероидов, наблюдавшихся лишь считанные дни и окончательно утерянных (ну, то есть, до сих пор не найденных), насчитывается порядка 1-2 десятков тысяч.

Несмотря на то, что номенклатура небесных тел - вещь как бы весьма серьёзная, в ней имеется множество примеров несуразиц, странностей и, казалось бы, неприемлемых совпадений. Например, многие астероиды и спутники больших планет имеют одинаковые имена: Европа (спутник Юпитера) и астероид (52) Европа , Пандора (спутник Сатурна) и астероид (55) Пандора и т. д. Иногда имена совпадают, но имеют разное происхождение: так, астероид (218) Бианка был назван в честь австрийской оперной певицы Бианки (настоящее имя - Берта Шварц), а спутник Урана Бианка был назван по имени персонажа из пьесы Шекспира «Укрощение строптивой». Нередко названия похожи и в некоторых языках даже «пересекаются»: например спутник Юпитера Каллисто в языках, использующих латиницу, обозначается как Callisto, тогда как астероид (204) Каллисто - уже как Kallisto.

Наконец, довольно часто астероиды имеют разные имена, но при этом эти имена отсылают к одному и тому же референту (часто речь идёт о ситуациях, когда для наименования использовались аналоги между греческими и римскими мифологическими персонажами). Так, кроме Луны (спутник Земли) имеется астероид (580) Селена (Селена - греческое название Луны), имя астероида (4341) Посейдон является греческим аналогом латинского названия планеты Нептун. Астероиды (433) Эрос , (763) Купидон и (1221) Амур отсылают к одному и тому же референту. Сравни также (2063) Бахус и (3671) Дионис . Или вот более забавные «пересечения»: (1125) Китай и (3789) Чжунго (Чжунго - название Китая на китайском языке), (14335) Алексосипов и (152217) Акосипов (оба названы в честь советского и украинского астронома Александра Осипова).

Отгадка на загадку
Для начала напомню вопрос: в каком именно полумесяце и каким по порядку было открыто небесное тело с временным обозначением 2003 VB 12 ?

Ответ: данный астероид стал 302-м астероидом, открытым за первую половину ноября 2003 года. Год открытия понятен. Первая буква V указывает на первую половину ноября (V - 22-я буква латинского алфавита, но буква I не используется в данной системе, 22 минус 1 даёт 21, то есть это первая половина одиннадцатого месяца). Цифровой индекс 12 показывает, что последовательность из двадцати пяти «вторых» букв (напоминаю - I не используется) повторилась 12 раз (то есть, умножаем 12 на 25 получаем 300). Далее смотрим на вторую букву в обозначении - B, вторая буква латинского алфавита. Прибавляем 2 к 300 - получаем 302. Речь идёт о временном обозначении, присвоенном телу, который сейчас более известен как транснептуновый объект Седна.

Форма и поверхность астероида Ида.
Север находится сверху.
Анимацию выполнил Тайфун Онер.
(Copyrighted © 1997 by A. Tayfun Oner).

1. Общие представления

Астероиды - это твердые каменистые тела, которые подобно планетам движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам. Но размеры этих тел намного меньше, чем у обычных планет, поэтому их еще называют малыми планетами. Диаметры астероидов находятся в пределах от нескольких десятков метров (условно) до 1000 км (размер наибольшего астероида Цереры). Термин "астероид" (или "звездоподобный") был введен известным астрономом XVIII века Уильямом Гершелем для характеристики вида этих объектов при наблюдениях в телескоп. Даже с помощью самых крупных наземных телескопов невозможно различить видимые диски у наибольших астероидов. Они наблюдаются как точечные источники света, хотя, как и другие планеты, в видимом диапазоне сами ничего не излучают, а лишь отражают падающий солнечный свет. Диаметры некоторых астероидов были измерены с помощью метода "покрытия звезд", в те удачные моменты, когда они оказывались на одном луче зрения с достаточно яркими звездами. В большинстве же случаев их размеры оцениваются с помощью специальных астрофизических измерений и расчетов. Основная масса известных на сегодняшний день астероидов движется между орбитами Марса и Юпитера на расстояниях от Солнца 2,2-3,2 астрономических единиц (далее - а. е.). Всего на сегодняшний день открыто примерно 20000 астероидов, из которых около 10000 зарегистрированы, то есть им присвоены номера или даже имена собственные, а орбиты рассчитаны с большой точностью. Имена собственные астероидам, обычно присваивают их первооткрыватели, но в соответствии с установленными международными правилами. Вначале, когда малых планет было известно еще немного, их имена брали, как и для других планет, из древнегреческой мифологии. Кольцевая область пространства, которую занимают эти тела, называется главным поясом астероидов. При средней линейной орбитальной скорости около 20 км/с астероиды главного пояса затрачивают на один оборот вокруг Солнца от 3 до 9 земных лет в зависимости от удаленности от него. Наклоны плоскостей их орбит по отношению к плоскости эклиптики иногда достигают 70° , но в основном находятся в диапазоне 5-10° . На этом основании все известные астероиды главного пояса делят примерно поровну на плоскую (с наклонами орбит до 8°) и сферическую подсистемы.

При телескопических наблюдениях астероидов было обнаружено, что яркость абсолютного большинства их меняется за короткое время (от нескольких часов до нескольких дней). Астрономы уже давно предполагали, что эти изменения блеска астероидов связаны с их вращением и определяются, в первую очередь, их неправильной формой. Первые же снимки астероидов, полученные с помощью космических аппаратов, это подтвердили и еще показали, что поверхности этих тел изрыты кратерами или воронками разных размеров. На рисунках 1-3 показаны первые космические изображения астероидов, полученные с помощью разных космических аппаратов. Очевидно, что такие формы и поверхности малых планет образовались при их многочисленных столкновениях с другими твердыми небесными телами. В общем случае, когда форма наблюдаемого с Земли астероида неизвестна (поскольку он виден как точечный объект), то ее стараются аппроксимировать с помощью трехосного эллипсоида.

В таблице 1 приведена основная информация о самых крупных или просто интересных астероидах.

Таблица 1. Информация о некоторых астероидах.

N	Астероид Название Рус./Лат.	Диаметр (км)	Масса (10 15 кг)	Период вращения (час)	Орбиталь. период (лет)	Спектр. класс	Большая п/ось орб. (а.е.)	Эксцентриситет орбиты
1	Церера/ Ceres	960 х 932	87000	9,1	4,6	С	2,766	0,078
2	Паллада/ Pallas	570 х 525х 482	318000	7,8	4,6	U	2,776	0,231
3	Юнона/ Juno	240	20000	7,2	4,4	S	2,669	0,258
4	Веста/ Vesta	530	300000	5,3	3,6	U	2,361	0,090
8	Флора/ Flora	141		13,6	3,3	S		0,141
243	Ида/ Ida	58 х 23	100	4,6	4,8	S	2,861	0,045
253	Матильда/ Mathilde	66 х 48 х 46	103	417,7	4,3	C	2,646	0,266
433	Эрос/Eros	33 х 13 х 13	7	5,3	1,7	S	1,458	0,223
951	Гаспра/ Gaspra	19 х 12 х 11	10	7,0	3,3	S	2,209	0,174
1566	Икарус/ Icarus	1,4	0,001	2,3	1,1	U	1,078	0,827
1620	Географ/ Geographos	2,0	0,004	5,2	1,4	S	1,246	0,335
1862	Аполлон/ Apollo	1,6	0,002	3,1	1,8	S	1,471	0,560
2060	Хирон/ Chiron	180	4000	5,9	50,7	B	13,633	0,380
4179	Тоутатис/ Toutatis	4,6 х 2,4х 1,9	0,05	130	1,1	S	2,512	0,634
4769	Касталия/ Castalia	1,8 х 0,8	0,0005		0,4		1,063	0,483

Пояснения к таблице.

1 Церера - самый большой астероид, который был обнаружен первым. Он был открыт итальянским астрономом Джузеппе Пиацци 1 января 1801 г. и назван в честь римской богини плодородия.

2 Паллада - второй по величине астероид, обнаруженный также вторым. Это было сделано немецким астрономом Генрихом Ольберсом 28 марта 1802 г.

3 Юнона - открыт К. Гардингом в 1804 г.

4 Веста - третий по величине астероид, открытый также Г. Ольберсом в 1807 г. У этого тела имеются наблюдательные признаки наличия базальтовой коры, покрывающей оливиновую мантию, что может быть следствием плавления и дифференциации его вещества. Изображение видимого диска этого астероида было впервые получено в 1995 г. с помощью американского Космического телескопа им. Хаббла, работающего на околоземной орбите.

8 Флора - самый крупный астероид большого семейства астероидов, названного тем же именем, насчитывающего несколько сотен членов, которое впервые было охарактеризовано японским астрономом К. Хираямой. Астероиды этого семейства имеют очень близкие орбиты, что, вероятно, подтверждает их совместное происхождение от общего родительского тела, разрушенного при столкновении с каким-то другим телом.

243 Ида - астероид главного пояса, изображения которого получены с помощью космического аппарата "Галилео" 28 августа 1993 г. Эти изображения позволили обнаружить маленький спутник Иды, названный впоследствии Дактилем. (См. рисунки 2 и 3).

253 Матильда - астероид, изображения которого получены с помощью космического аппарата "НИАР" в июне 1997 г. (См. рис. 4).

433 Эрос - сближающийся с Землей астероид, изображения которого были получены с помощью космического аппарата "НИАР" в феврале 1999 г.

951 Гаспра - астероид главного пояса, изображения которого впервые были получены с помощью межпланетного аппарата "Галилео" 29 октября 1991 г. (См. рис. 1).

1566 Икарус - сближающийся с Землей и пересекающий ее орбиту астероид, имеющий очень большой эксцентриситет орбиты (0,8268).

1620 Географ - сближающийся с Землей астероид, являющийся либо двойным объектом, либо имеющий очень нерегулярную форму. Это следует из зависимости его блеска от фазы вращения вокруг собственной оси, а также из его радиолокационных изображений.

1862 Аполлон - самый большой астероид одноименного семейства тел, сближающихся с Землей и пересекающих ее орбиту. Эксцентриситет орбиты Аполлона достаточно велик - 0,56.

2060 Хирон - астероид-комета, проявляющий периодически кометную активность (регулярные увеличения яркости вблизи перигелия орбиты, то есть на минимальном расстоянии от Солнца, что можно объяснить испарением входящих в состав астероида летучих соединений), движущийся по эксцентричной траектории (эксцентриситет 0,3801) между орбитами Сатурна и Урана.

4179 Тоутатис - двойной астероид, компоненты которого, находятся, вероятно, в контакте и имеют размеры примерно 2,5 км и 1,5 км. Изображения этого астероида были получены с помощью радиолокаторов, расположенных в Аресибо и Голдстоуне. Из всех известных на сегодняшний день астероидов, сближающихся с Землей в XXI столетии, Тоутатис должен быть на ближайшем расстоянии (около 1,5 млн. км, 29 сентября 2004 г.).

4769 Касталия - двойной астероид с примерно одинаковыми (по 0,75 км в диаметре) компонентами, находящимися в контакте. Его радио-изображение было получено с помощью радиолокатора в Аресибо.

Изображение астероида 951 Гаспра

Рис. 1. Изображение астероида 951 Гаспра, полученное с помощью космического аппарата "Галилео", в псевдоцветах, то есть как комбинация изображений через фиолетовый, зеленый и красный светофильтры. Результирующие цвета специально усилены для того, чтобы подчеркнуть слабые различия в поверхностных деталях. Голубоватый оттенок имеют области обнажения горных пород, в то время как красноватый цвет имеют области, покрытые реголитом (раздробленным материалом). Пространственное разрешение в каждой точке снимка составляет 163 м. Гаспра имеет неправильную форму и примерные размеры вдоль 3-х осей 19 х 12 х 11 км. Солнце освещает астероид справа.
Снимок NASA GAL-09.

Изображение астероида 243 Иды

Рис. 2 Изображение астероида 243 Иды и ее маленького спутника Дактиля в псевдоцветах, полученное с помощью космического аппарата "Галилео". Исходные изображения, использованные для получения представленного на рисунке снимка, были получены примерно с расстояния 10500 км. Цветовые различия могут указывать на вариации в составе поверхностного вещества. Ярко-голубые участки, возможно, покрыты веществом, состоящим из железосодержащих минералов. Размер Иды вдлину составляет 58 км, а ее ось вращения ориентирована вертикально с небольшим наклоном вправо.
Снимок NASA GAL-11.

Рис. 3. Изображение Дактиля, маленького спутника 243 Иды. Пока неизвестно, является ли он куском Иды, отколотым от нее при каком-то столкновении, или посторонним объектом, захваченным ее гравитационным полем и движущимся по круговой орбите. Это снимок был получен 28 августа 1993 г. через нейтральный светофильтр с расстояния примерно 4000 км, за 4 минуты до наиболее тесного сближения с астероидом. Размеры Дактиля составляют примерно 1,2 х 1,4 х 1,6 км. Снимок NASA GAL-04

Астероид 253 Матильда

Рис. 4. Астероид 253 Матильда. Снимок NASA, космический аппарат NEAR

2. Как мог возникнуть главный пояс астероидов?

Орбиты тел, сосредоточенных в главном поясе, являются устойчивыми и имеют близкую к круговой или слабо эксцентричную форму. Здесь они движутся в "безопасной" зоне, где минимально гравитационное влияние на них больших планет, и в первую очередь, Юпитера. Имеющиеся на сегодняшний день научные факты показывают, что именно Юпитер сыграл главную роль в том, что на месте главного пояса астероидов в период зарождения Солнечной системы не смогла возникнуть еще одна планета. Но даже в начале нашего века многие ученые еще были уверены в том, что между Юпитером и Марсом раньше существовала еще одна большая планета, которая по каким-то причинам разрушилась. Первым высказал такую гипотезу еще Ольберс, сразу после своего открытия Паллады. Он же придумал и название этой гипотетической планете - Фаэтон. Сделаем небольшое отступление и опишем один эпизод из истории Солнечной системы - той истории, которая основывается на современных научных фактах. Это необходимо, в частности, для понимания происхождения астероидов главного пояса. Большой вклад в формирование современной теории происхождения Солнечной системы сделали советские ученые О.Ю. Шмидт и В.С. Сафронов.

Одно из самых крупных тел, образовавшееся на орбите Юпитера (на расстоянии 5 а.е. от Солнца) около 4,5 млрд. лет назад, стало увеличиваться в размерах быстрее других. Находясь на границе конденсации летучих соединений (Н 2 , Н 2 О, NH 3 , CO 2 , СН 4 и др.), которые вытекали из более близкой к Солнцу и более разогретой зоны протопланетного диска, это тело стало центром аккумуляции вещества, состоящего в основном из замерзших газовых конденсатов. При достижении достаточно большой массы, оно стало захватывать своим гравитационным полем ранее сконденсированное вещество, находящееся ближе к Солнцу, в зоне родительских тел астероидов, и таким образом тормозить рост последних. С другой стороны, более мелкие тела, не захваченные прото-Юпитером по каким-либо причинам, но находящиеся в сфере его гравитационного влияния, эффективно разбрасывались в разные стороны. Аналогичным образом, вероятно, происходил выброс тел из зоны формирования Сатурна, хотя и не так интенсивно. Эти тела пронизывали и пояс родительских тел астероидов или планетезималей, возникших ранее между орбитами Марса и Юпитера, "выметая" их из этой зоны или подвергая дроблению. Причем до этого постепенный рост родительских тел астероидов был возможен благодаря их небольшим относительным скоростям (примерно до 0,5 км/с), когда столкновения каких-либо объектов заканчивались их объединением, а не дроблением. Увеличение же потока тел, вбрасываемых в пояс астероидов Юпитером (и Сатурном) в ходе его роста, привело к тому, что относительные скорости родительских тел астероидов значительно возросли (до 3-5 км/с) и стали более хаотическими. В конечном итоге процесс аккумуляции родительских тел астероидов сменился процессом их фрагментации при взаимных столкновениях, а потенциальная возможность формирования достаточно большой планеты на данном расстоянии от Солнца исчезла навсегда.

3. Орбиты астероидов

Возвращаясь к современному состоянию пояса астероидов, следует подчеркнуть, что Юпитер по-прежнему продолжает играть первостепенную роль в эволюции орбит астероидов. Длительное гравитационное влияние (более 4 млрд. лет) этой планеты-гиганта на астероиды главного пояса привело к тому, что имеется целый ряд "запретных" орбит или даже зон на которых малых планет практически нет, а если они туда и попадают, то не могут находиться там продолжительное время. Их называют пробелами или люками Кирквуда - по имени Дэниэла Кирквуда, ученого, впервые их обнаружившего. Такие орбиты являются резонансными, поскольку движущиеся по ним астероиды испытывают сильное гравитационное воздействие со стороны Юпитера. Периоды обращения, соответствующие этим орбитам, находятся в простых отношениях с периодом обращения Юпитера (например, 1:2; 3:7; 2:5; 1:3 и др.). Если какой-либо астероид или его фрагмент в результате столкновения с другим телом попадает на резонансную или близкую к ней орбиту, то большая полуось и эксцентриситет его орбиты достаточно быстро меняются под влиянием юпитерианского гравитационного поля. Все кончается тем, что астероид либо уходит с резонансной орбиты и может даже покинуть главный пояс астероидов, либо оказывается обреченным на новые столкновения с соседними телами. Таким образом соответствующий пробел Кирквуда "очищается" от любых объектов. Однако следует подчеркнуть, что в главном поясе астероидов нет никаких щелей или пустых промежутков, если представить себе мгновенное распределение всех входящих в него тел. Все астероиды, в любой момент времени достаточно равномерно заполняют пояс астероидов, так как, двигаясь по эллиптическим орбитам, большую часть времени проводят в "чужой" зоне. Еще один, "противоположный" пример гравитационного влияния Юпитера: у внешней границы главного пояса астероидов есть два узких дополнительных "колечка", наоборот, составленные из орбит астероидов, периоды обращения которых находятся в пропорциях 2:3 и 1:1 по отношению к периоду обращения Юпитера. Очевидно, что астероиды с периодом обращения, соответствующим отношению 1:1, находятся прямо на орбите Юпитера. Но они движутся на удалении от него, равном радиусу юпитерианской орбиты, с опережением или отставанием. Те астероиды, которые в своем движении опережают Юпитер, называют "греками", а те, что следуют за ним - "троянцами" (так они названы в честь героев Троянской войны). Движение этих малых планет является достаточно устойчивым, так как они находятся в так называемых "точках Лагранжа", где уравниваются действующие на них гравитационные силы. Общее же название этой группы астероидов - "троянцы". В отличие от троянцев, которые могли постепенно накопиться в окрестностях точек Лагранжа в течение длительной столкновительной эволюции разных астероидов, есть семейства астероидов с очень близкими орбитами входящих в них тел, которые образовались, скорее всего, в результате относительно недавних распадов соответствующих им родительских тел. Это, например, семейство астероида Флора, насчитывающее уже около 60 членов, и ряд других. В последнее время ученые пытаются определить общее число таких семейств астероидов для того, чтобы таким образом оценить первоначальное количество их родительских тел.

4. Астероиды, сближающиеся с Землей

Вблизи внутреннего края главного пояса астероидов существуют и другие группы тел, орбиты которых далеко выходят за пределы главного пояса и могут даже пересекаться с орбитами Марса, Земли, Венеры и даже Меркурия. В первую очередь, это группы астероидов Амура, Аполлона и Атона (по названиям крупнейших представителей, входящих в эти группы). Орбиты таких астероидов уже не являются такими стабильными, как у тел главного пояса, а относительно быстро эволюционируют под действием гравитационных полей не только Юпитера, но и планет земной группы. По этой причине такие астероиды могут переходить из одной группы в другую, а само деление астероидов на вышеназванные группы является условным, основанным на данных о современных орбитах астероидов. В частности амурцы движутся по эллиптическим орбитам, перигелийное расстояние (минимальное расстояние до Солнца) которых не превышает 1,3 а.е. Аполлонцы движутся по орбитам с перигелийным расстоянием меньшим 1 а.е. (напомним, что это среднее удаление Земли от Солнца) и проникают внутрь земной орбиты. Если у амурцев и аполлонцев большая полуось орбиты превосходит 1 а.е., то у атонцев она менее или порядка этой величины и эти астероиды, следовательно, движутся в основном внутри земной орбиты. Очевидно, что аполлонцы и атонцы, пересекая орбиту Земли могут создавать угрозу столкновения с ней. Существует даже общее определение этой группы малых планет как "астероиды, сближающиеся с Землей" - это тела, размеры орбит которых не превосходят 1,3 а.е. На сегодняшний день таких объектов обнаружено около 800. Но их общее количество может быть значительно большим - до 1500-2000 с размерами более 1 км и до 135000 с размерами более 100 м. Существующая угроза Земле со стороны астероидов и других космических тел, которые находятся или могут оказаться в земных окрестностях, широко обсуждается в научных и общественных кругах. Более подробно об этом, а также о мерах, предлагаемых для защиты нашей планеты, можно узнать в недавно опубликованной книге под редакцией А.А. Боярчука .

5. О других астероидных поясах

За орбитой Юпитера также существуют астероидоподобные тела. Более того, по последним данным оказалось, что таких тел очень много на периферии Солнечной системы. Впервые предположение об этом было высказано американским астрономом Джерардом Койпером еще в 1951 г. Он сформулировал гипотезу о том, что за орбитой Нептуна, на расстояниях около 30-50 а.е. может быть целый пояс тел, который служит источником короткопериодических комет. И действительно, с начала 90-х годов (с введением в действие самых крупных телескопов с диаметром до 10 м на Гавайских островах) за орбитой Нептуна было обнаружено более сотни астероидоподобных объектов с диаметрами примерно от 100 до 800 км. Совокупность этих тел была названа "поясом Койпера", хотя их пока и недостаточно для "полноценного" пояса. Тем не менее, по некоторым оценкам количество тел в нем может быть не меньше (если не больше), чем в главном поясе астероидов. По параметрам орбит вновь открытые тела разделили на два класса. К первому, так называемому "классу Плутино" отнесли примерно треть всех транснептуновых объектов. Они движутся в резонансе 3:2 с Нептуном по достаточно эллиптичным орбитам (большие полуоси около 39 а.е.; эксцетриситеты 0,11-0,35; наклоны орбит к эклиптике 0-20гр.), похожим на орбиту Плутона, откуда и возникло название этого класса. В настоящее время между учеными даже идут дискуссии о том, считать ли Плутон полноправной планетой или только одним из объектов вышеназванного класса. Однако, скорее всего, статус Плутона не изменится, поскольку его средний диаметр (2390 км) значительно больше, чем диаметры известных транснептуновых объектов, и кроме того, как и у большинства других планет Солнечной системы, у него есть большой спутник (Харон) и атмосфера. Во второй класс вошли так называемые "типичные объекты пояса Койпера", поскольку их большинство (оставшиеся 2/3) из числа известных и движутся они по орбитам, близким к круговым с большими полуосями в диапазоне 40-48 а.е. и различными наклонами (0-40°). Пока что большая удаленность и относительно малые размеры препятствуют обнаружению новых подобных тел с более высокими темпами, хотя для этого используются самые крупные телескопы и самая современная техника. На основе сравнения этих тел с известными астероидами по оптическим характеристикам сейчас полагают, что первые являются самыми примитивными в нашей планетной системе. Имеется ввиду, что их вещество с момента своей конденсации из протопланетной туманности испытало совсем небольшие изменения по сравнению, например, с веществом планет земной группы. Фактически, абсолютное большинство этих тел по своему составу могут быть ядрами комет, о чем речь будет также идти и в разделе "Кометы".

Обнаружен ряд астероидных тел (со временем это число, вероятно, будет увеличиваться) между поясом Койпера и главным поясом астероидов - это "класс Кентавров" - по аналогии с древнегреческими мифологическими кентаврами (получеловеками-полулошадями). Один из их представителей - это астероид Хирон, который было бы более правильным назвать астероидом-кометой, поскольку он периодически проявляет кометную активность в виде возникающей газовой атмосферы (комы) и хвоста. Они образуются из летучих соединений, входящих в состав вещества этого тела, при прохождении им перигелийных участков орбиты. Хирон является одним из наглядных примеров отсутствия резкой границы между астероидами и кометами по составу вещества а, возможно, и по происхождению. Он имеет размер около 200 км, а его орбита перекрывается с орбитами Сатурна и Урана. Другое название объектов этого класса - "пояс Казимирчак-Полонской" - по имени Е.И. Полонской, доказавшей существование астероидных тел между планетами-гигантами.

6. Немного о методах исследований астероидов

Наше понимание природы астероидов сейчас основывается на трех основных источниках информации: наземных телескопических наблюдениях (оптических и радиолокационных), изображениях, полученных со сближающихся с астероидами космических аппаратов, и лабораторного анализа известных земных горных пород и минералов, а также упавших на Землю метеоритов, которые (о чем будет идти речь в разделе "Метеориты") в основном считаются осколками астероидов, ядер комет и поверхностей планет земной группы. Но наибольший объем информации о малых планетах все же мы получаем с помощью наземных телескопических измерений. Поэтому астероиды делятся на так называемые "спектральные типы" или классы в соответствии, в первую очередь, с их наблюдаемыми оптическими характеристиками. В первую очередь это альбедо (доля отражаемого телом света от количества падающего на него солнечного света в единицу времени, если считать направления падающих и отраженных лучей совпадающими) и общая форма спектра отражения тела в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах (который получается путем простого деления на каждой длине световой волны спектральной яркости поверхности наблюдаемого тела на спектральную яркость на той же длине волны самого Солнца). Эти оптические характеристики используются для оценки химико-минералогического состава вещества, слагающего астероиды. Иногда принимаются во внимание и дополнительные данные (если они есть), например, о радиолокационной отражательной способности астероида, о скорости его вращения вокруг собственной оси и т. д.

Стремление поделить астероиды на классы объясняется желанием ученых упростить или схематизировать описание огромного количества малых планет, хотя, как показывают более тщательные исследования, это не всегда удается. В последнее время уже возникает необходимость введения подклассов и более мелких делений спектральных типов астероидов для характеристики каких-то общих особенностей их отдельных групп. Прежде чем дать общую характеристику астероидов разных спектральных типов, поясним как можно оценить состав астероидного вещества с помощью дистанционных измерений. Как уже отмечалось, считается, что астероиды какого-то одного типа имеют примерно одинаковые значения альбедо и близкие по форме спектры отражения, которые можно заменить на средние (для данного типа) величины или характеристики. Эти средние величины для определенного типа астероидов сравниваются с аналогичными величинами для земных горных пород и минералов, а также тех метеоритов, образцы которых имеются в земных коллекциях. Химический и минеральный составы образцов, которые называются "образцами-аналогами", вместе с их спектральными и другими физическими свойствами, как правило, уже хорошо изучены в земных лабораториях. На основе такого сравнения и подбора образцов-аналогов и определяется в первом приближении некоторый средний химический и минеральный состав вещества для астероидов данного типа. Оказалось, что в отличие от земных горных пород вещество астероидов в целом является значительно более простым или даже примитивным. Это говорит о том, что физические и химические процессы, в которые было вовлечено астероидное вещество в течение всей истории существования Солнечной системы, были не такими разнообразными и сложными, как на планетах земной группы. Если на Земле сейчас надежно установленными считаются около 4000 минеральных видов , то на астероидах их может быть всего лишь несколько сотен. Об этом можно судить по количеству минеральных видов (около 300), обнаруженному в упавших на земную поверхность метеоритах, которые могут быть обломками астероидов. Большое разнообразие минералов на Земле возникло не только потому, что образование нашей планеты (как и других планет земной группы) проходило в протопланетном облаке значительно ближе к Солнцу, а значит, и при более высоких температурах. Кроме того, что силикатное вещество, металлы и их соединения, находясь в жидком или пластичном состоянии при таких температурах, разделились или дифференцировали по удельному весу в гравитационном поле Земли, сложившиеся температурные условия оказались благоприятными для возникновения постоянной газовой или жидкой окислительной среды, основными компонентами которой были кислород и вода. Их длительное и постоянное взаимодействие с первичными минералами и породами земной коры и привело к тому богатству минералов, которое мы наблюдаем. Возвращаясь к астероидам, следует отметить, что по дистанционным данным они в основном состоят из более простых силикатных соединений. В первую очередь - это безводные силикаты, такие как пироксены (их обобщенная формула ABZ 2 O 6 , где позиции "A" и "B" занимают катионы разных металлов, а "Z" - Al или Si), оливины (A 2+ 2 SiO 4 , где A 2+ = Fe, Mg, Mn, Ni) и иногда плагиоклазы (с общей формулой (Na,Ca)Al(Al,Si)Si 2 O 8). Их называют породообразующими минералами, поскольку они составляют основу большинства горных пород. Силикатные соединения другого типа, широко представленные на астероидах, - это гидросиликаты или слоистые силикаты. К ним принадлежат серпентины (с общей формулой A 3 Si 2 O 5? (OH), где A = Mg, Fe 2+ , Ni), хлориты (A 4-6 Z 4 O 10 (OH,O) 8 , где A и Z - это в основном катионы разных металлов) и ряд других минералов, которые содержат в своем составе гидроксил (ОН). Можно предполагать, что на астероидах встречаются не только простые окислы, соединения (например, сернистые) и сплавы железа и других металлов (в частности FeNi), углеродные (органические) соединения, но даже металлы и углерод в свободном состоянии. Об этом свидетельствуют результаты исследования метеоритного вещества, постоянно выпадающего на Землю (см. раздел "Метеориты").

7. Спектральные типы астероидов

На сегодняшний день выделены следующие основные спектральные классы или типы малых планет, обозначаемые латинскими буквами: A, B, C, F, G, D, P, E, M, Q, R, S, V и T. Дадим их краткую характеристику.

Астероиды типа A имеют достаточно высокое альбедо и самый красный цвет, что определяется значительным ростом к длинным волнам их отражательной способности. Они могут состоять из высокотемпературных оливинов (имеющих температуру плавления в пределах 1100-1900° С) или смеси оливина с металлами, которые соответствуют спектральным характеристикам этих астероидов. Напротив, у малых планет типов B, C, F, и G - низкое альбедо (тела B-типа несколько светлее) и почти плоский (или бесцветный) в видимом диапазоне, но резко спадающий на коротких волнах спектр отражения. Поэтому считается, что эти астероиды в основном сложены из низкотемпературных гидратированных силикатов (которые могут разлагаться или плавиться при температурах 500-1500° С) с примесью углерода или органических соединений, имеющих похожие спектральные характеристики. Астероиды с низким альбедо и красноватым цветом были отнесены к D- и P-типам (D-тела более красные). Такие свойства имеют силикаты, богатые углеродом или органическими веществами. Из них состоят, например, частички межпланетной пыли, которая, вероятно, заполняла и околосолнечный протопланетный диск еще до образования планет. На основе этого сходства можно предполагать, что D- и P-астероиды являются наиболее древними, малоизмененными телами пояса астероидов. Малые планеты E-типа имеют самые высокие значения альбедо (их поверхностное вещество может отражать до 50% падающего на них света) и слегка красноватый цвет. Такие же спектральные характеристики имеет минерал энстатит (это высокотемпературная разновидность пироксена) или другие силикаты, содержащие железо в свободном (неокисленном) состоянии, которые, следовательно, могут входить в состав астероидов E-типа. Астероиды, похожие по спектрам отражения на тела P- и E-типов, но по значению альбедо находящиеся между ними, относят к M-типу. Оказалось, что оптические свойства этих объектов очень похожи на свойства металлов в свободном состоянии или металлических соединений, находящихся в смеси с энстатитом или другими пироксенами. Таких астероидов сейчас насчитывается около 30. С помощью наземных наблюдений в последнее время был установлен такой интересный факт, как присутствие на значительной части этих тел гидратированных силикатов. Хотя причина возникновения такой необычной комбинации высокотемпературных и низкотемпературных материалов еще окончательно не установлена, можно предполагать, что гидросиликаты могли быть привнесены на астероиды M-типов при их столкновениях с более примитивными телами. Из оставшихся спектральных классов по альбедо и общей форме спектров отражения в видимом диапазоне астероиды Q-, R-, S- и V-типов достаточно похожи: у них относительно высокое альбедо (у тел S-типа несколько ниже) и красноватый цвет. Различия же между ними сводятся к тому, что присутствующая на их спектрах отражения в ближнем инфракрасном диапазоне широкая полоса поглощения около 1 микрона имеет разную глубину. Эта полоса поглощения характерна для смеси пироксенов и оливинов и положение ее центра и глубина зависят от долевого и общего содержания этих минералов в поверхностном веществе астероидов. С другой стороны, глубина любой полосы поглощения на спектре отражения силикатного вещества уменьшается при наличии в нем каких-либо непрозрачных частичек (например, углерода, металлов или их соединений), которые экранируют диффузно-отраженный (то есть пропускаемый через вещество и несущий информацию о его составе) свет. У данных астероидов глубина полосы поглощения у 1 мкм увеличивается от S- к Q-, R- и V-типам. В соответствии с вышесказанным, тела перечисленных типов (кроме V) могут состоять из смеси оливинов, пироксенов и металлов. Вещество же астероидов V-типа может включать наряду с пироксенами и полевые шпаты, а по составу быть похожим на земные базальты. И, наконец, к последнему, T-типу, относят астероиды, имеющие низкое альбедо и красноватый спектр отражения, который похож на спектры тел P- и D-типов, но по наклону занимающий между их спектрами промежуточное положение. Поэтому минералогический состав астероидов T-, P- и D-типов считается примерно одинаковым и соответствующим силикатам, богатым углеродом или органическими соединениями.

При изучении распределения астероидов разных типов в пространстве была обнаружена явная связь их предполагаемого химико-минерального состава с расстоянием до Солнца. Оказалось, что чем более простой минеральный состав вещества (чем больше в нем летучих соединений) имеют эти тела, тем дальше, как правило, они находятся. В целом более 75% всех астероидов относятся к C-типу и располагаются преимущественно в периферийной части пояса астероидов. Примерно 17% принадлежат к S-типу и преобладают во внутренней части пояса астероидов. Большая часть из оставшихся астероидов относится к M-типу и также движется главным образом в средней части астероидного кольца. Максимумы распределений астероидов этих трех типов находятся в пределах главного пояса. Максимум общего распределения астероидов E- и R-типов несколько выходит за пределы внутренней границы пояса в сторону Солнца. Интересно то, что суммарное распределение астероидов P- и D-типов стремится к своему максимуму в направлении к периферии главного пояса и выходит не только за пределы астероидного кольца, но и за пределы орбиты Юпитера. Не исключено, что распределение P- и D-астероидов главного пояса перекрывается с астероидными поясами Казимирчак-Полонской, находящимися между орбитами планет-гигантов.

В заключение обзора малых планет кратко изложим смысл общей гипотезы о происхождении астероидов различных классов, которая находит все больше подтверждений.

8. О происхождении малых планет

На заре формирования Солнечной системы, около 4,5 млрд. лет назад, из окружающего Солнца газо-пылевого диска вследствие турбулентных и других нестационарных явлений возникли сгустки вещества, которые при взаимных неупругих столкновениях и гравитационных взаимодействиях объединялись в планетезимали. С увеличением расстояния от Солнца уменьшалась средняя температура газо-пылевого вещества и, соответственно, менялся его общий химический состав. Кольцевая зона протопланетного диска, из которого впоследствии сформировался главный пояс астероидов, оказалась вблизи границы конденсации летучих соединений, в частности, водяного пара. Во-первых, это обстоятельство привело к опережающему росту зародыша Юпитера, находившегося рядом с указанной границей и ставшего центром аккумуляции водорода, азота, углерода и их соединений, покидавших более разогретую центральную часть Солнечной системы. Во-вторых, газо-пылевое вещество, из которого образовались астероиды, оказалось весьма неоднородным по составу в зависимости от расстояния до Солнца: относительное содержание в нем простейших силикатных соединений резко убывало, а содержание летучих соединений нарастало с удалением от Солнца в области от 2,0 до 3,5 а.е. Как уже говорилось, мощные возмущения со стороны быстро растущего зародыша Юпитера на пояс астероидов воспрепятствовали образованию в нем достаточно крупного прото-планетного тела. Процесс аккумуляции вещества там был остановлен тогда, когда успели сформироваться только несколько десятков планетозималей допланетного размера (около 500-1000 км), которые затем начали дробиться при столкновениях вследствие быстрого роста их относительных скоростей (от 0,1 до 5 км/с). Однако в этот период некоторые родительские тела астероидов или, по крайней мере, те из них, которые содержали высокую долю силикатных соединений и находились ближе к Солнцу, уже были разогреты или даже испытали гравитационную дифференциацию. Сейчас рассматриваются два возможных механизма разогрева недр таких прото-астероидов: как следствие распада радиоактивных изотопов, либо в результате действия индукционных токов, наведенных в веществе этих тел мощными потоками заряженных частиц из молодого и активного Солнца. Родительскими телами астероидов, сохранившимися по каким-то причинам до наших дней, как считают ученые, являются крупнейшие астероиды 1 Церера и 4 Веста, основные сведения о которых даны в Табл. 1. В процессе гравитационной дифференциации прото-астероидов, испытавших достаточное нагревание для плавления их силикатного вещества, выделились металлические ядра, и другие более легкие силикатные оболочки, а в некоторых случаях даже базальтовая кора (например, у 4 Весты), как у планет земной группы. Но все же, поскольку вещество в зоне астероидов содержало значительное количество летучих соединений, его средняя температура плавления была относительно низкой. Как было показано с помощью математического моделирования и численных расчетов, температура плавления такого силикатного вещества могла быть в диапазоне 500-1000° C. Итак, после дифференциации и остывания родительские тела астероидов испытали многочисленные столкновения не только между собой и своими обломками, но и с телами, вторгавшимися в пояс астероидов из зон Юпитера, Сатурна и более дальней периферии Солнечной системы. В результате длительной ударной эволюции прото-астероиды были раздроблены на огромное количество более мелких тел, наблюдающихся сейчас как астероиды. При относительных скоростях около нескольких километров в секунду столкновения тел, состоявших из нескольких силикатных оболочек с различной механической прочностью (чем больше в твердом веществе содержится металлов, тем более оно прочное), приводили к "сдиранию" с них и дроблению до мелких фрагментов в первую очередь наименее прочных внешних силикатных оболочек. Причем считается, что астероиды тех спектральных типов, которые соответствуют высокотемпературным силикатам, происходят из разных силикатных оболочек их родительских тел, прошедших плавление и дифференциацию. В частности, астероиды M- и S-типов могут представлять собой целиком ядра родительских тел (как, например, S-астероид 15 Эвномия и M-астероид 16 Психея с диаметрами около 270 км) или их осколки по причине самого высокого содержания в них металлов. Астероиды A- и R- спектральных типов могут быть осколками промежуточных силикатных оболочек, а E- и V-типов - внешних оболочек таких родительских тел. На основе анализа распределений в пространстве астероидов E-, V-, R-, A-, M- и S- типов можно также сделать вывод о том, что они подверглись наиболее интенсивной тепловой и ударной переработке. Подтверждением этому, вероятно, можно считать совпадение с внутренней границей главного пояса или близость к ней максимумов распределения астероидов этих типов. Что же касается астероидов других спектральных типов, то они считаются либо частично измененными (метаморфическими) вследствие столкновений или локальных нагреваний, что не привело к их общему плавлению (T, B, G и F), либо примитивными и мало измененными (D, P, C и Q). Как уже отмечалось, количество астероидов указанных типов растет к периферии главного пояса. Несомненно то, что все они также испытывали столкновения и дробление, но этот процесс, вероятно, был не настолько интенсивным, чтобы заметным образом повлиять на их наблюдаемые характеристики и, соответственно, на химико-минеральный состав. (Этот вопрос также будет рассмотрен в разделе "Метеориты"). Однако, как показывает численное моделирование столкновений силикатных тел астероидных размеров, многие из существующих сейчас астероидов после взаимных столкновений могли реаккумулировать (то есть объединиться из оставшихся фрагментов) и поэтому представляют собой не монолитные тела, а движущиеся "груды булыжников". Имеются многочисленные наблюдательные подтверждения (по специфическим изменениям блеска) наличия у ряда астероидов гравитационно связанных с ними маленьких спутников, которые, вероятно, также возникли при ударных событиях как фрагменты сталкивавшихся тел. Этот факт, хотя и вызывал жаркие дискуссии среди ученых в прошлом, был убедительно подтвержден на примере астероида 243 Ида. С помощью космического аппарата "Галилео" удалось получить изображения этого астероида вместе с его спутником (который позднее назвали Дактилем), которые представлены на рисунках 2 и 3.

9. О том, чего мы пока не знаем

В исследованиях астероидов еще остается много неясного и даже загадочного. Во-первых, это общие проблемы, относящиеся к происхождению и эволюции твердого вещества в главном и других астероидных поясах и связанные с возникновением всей Солнечной системы. Их решение имеет важное значение не только для правильных представлениях о нашей системе, но и для понимания причин и закономерностей возникновения планетных систем в окрестностях других звезд. Благодаря возможностям современной наблюдательной техники удалось установить, что у ряда соседних звезд имеются крупные планеты типа Юпитера. На очереди стоит обнаружение у этих и других звезд меньших по размеру планет земного типа. Есть также и вопросы, на которые можно ответить только при условии подробного изучения отдельных малых планет. По существу, каждое из этих тел уникально, так как имеет свою собственную, иногда специфическую, историю. Например, астероиды-члены каких-то динамических семейств (например, Фемиды, Флоры, Гильды, Эос и других), имеющие, как говорилось, общее происхождение, могут заметно отличаться по оптическим характеристикам, что указывает на какие-то их особенности. С другой стороны очевидно, что для детального исследования всех, достаточно крупных астероидов только в главном поясе потребуется очень много времени и сил. И все-таки, вероятно, только путем сбора и накопления подробной и точной информации о каждом из астероидов, а затем с помощью ее обобщения возможно постепенное уточнение понимания природы этих тел и основных закономерностей их эволюции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Угроза с неба: рок или случайность? (Под ред. А.А. Боярчука). М: "Космосинформ", 1999, 218 с.

2. Флейшер М. Словарь минеральных видов. М: "Мир", 1990, 204 с.