Пожалуй, ни одна другая категория небесных тел не окружена таким же количеством различных мифов и заблуждений, как астероиды. Поэтому сегодня хотелось бы поговорить о них. Первая часть нашего материала будет посвящена истории открытия этих тел и сложностям, связанным с их классификацией.
«Небесная полиция» ведет поиски
В 1766 году немецкий математик Иоганн Тициус обратил внимание на довольно любопытную закономерность, которую можно сформулировать следующим образом. Возьмем число 0,4, добавим к нему 0,3. Теперь добавим к нему 0,3, умноженное на 2. Потом 0,3, умноженное на 4. Если мы продолжим удваивать множитель для 0,3, получим следующий ряд чисел:
- 0,4;
- 0,7;
- 1;
- 1,6;
- 2,8;
- 5,2;
- 10;
- 19,6.
Эти числа на удивление точно соотносятся со средним расстоянием от Солнца до всех известных в XVIII веке планет (если считать его в астрономических единицах).
На первых порах странная находка Тициуса не вызвала особого научного ажиотажа. Но она пришлась по вкусу другому немецкому ученому, астроному Иоганну Боде, который изложил ее в своей книге в 1772 году. Благодаря этому позже за ней закрепилось название: правило Тициуса — Боде.
В 1781 году Уильям Гершель обнаружил Уран. Его расстояние до Солнца составляет 19,2 а.е., что очень близко к восьмому месту в ряду Тициуса. И если до этого большинство астрономов не обращали особого внимания на правило Тициуса — Боде, считая его лишь причудливым совпадением, то после открытия Урана о нем заговорили всерьез.
Несложно заметить, что в приведенной нами последовательности восемь цифр, в то время как Уран является седьмой планетой от Солнца. Так что, если правило Тициуса — Боде верно, в Солнечной системе должна была существовать еще одна планета, орбита которой проходит между Марсом и Юпитером. Следовало лишь ее найти.
Немецкий ученый Франц Ксавер фон Цах решил взять на себя эту задачу. Для этого в 1800 году он создал «небесную полицию». Франц Цах собрал группу из 25 астрономов, чтобы заняться поисками недостающей планеты. Они поделили небо на секторы и приготовились к многолетним поискам… И вдруг получили неожиданное известие из Италии. В первую ночь 1801 года астроном Джузеппе Пьяцци заметил в свой телескоп смещающийся относительно звезд объект. Сначала он посчитал его кометой, но затем по ряду косвенных признаков предположил, что речь идет о неизвестной планете.
Впоследствии другим астрономам (включая Франца Цаха) удалось найти обнаруженный Пьяцци объект и вычислить, что тот движется по орбите, проходящей на среднем расстоянии в 2,8 а.е. от Солнца — ровно столько, сколько и предсказывало правило Тициуса — Боде. Вновь найденное тело получило название Церера. По иронии судьбы, Джузеппе Пьяцци тоже было выслано приглашение вступить в «небесную полицию», но к моменту обнаружения Цереры он еще попросту не успел его получить.
Планеты становятся астероидами
Открытие Цереры казалось блестящим подтверждением правила Тициуса — Боде. Однако вскоре начались странности. Уже в следующем, 1802 году «небесная полиция» нашла еще один объект, чья орбита проходила на расстоянии примерно в 2,8 а.е. от Солнца. Он получил название Паллада. В последующие несколько лет были обнаружены еще два таких тела — Юнона и Веста.
В научном сообществе встал вопрос, как называть вновь найденную четверку. Поскольку даже в самые мощные телескопы своего времени астрономы не могли разглядеть их диски, да и по-прежнему они выглядели, как звезды, Уильям Гершель предложил для их обозначения термин «астероиды» (то есть «звездоподобные»). Но все же значительная часть ученых тогда воспринимали Цереру, Палладу, Юнону и Весту как планеты. И именно в таком качестве они упоминались в различных материалах той эпохи. То есть, в первые десятилетия XIX века в Солнечной системе формально насчитывалось целых 11 планет.
После обнаружения Весты «небесная полиция» в течение нескольких лет еще продолжала поиски новых тел между Марсом и Юпитером, но они завершились безрезультатно. Поэтому большинство астрономов решили, что там уже ничего нет, и прекратили дальнейшие исследования.
Однако не все считали это правильным. Одним из таких «несогласных» был немецкий астроном-любитель Карл Хенке. В 1830 году он начал собственные поиски. 15 лет спустя ему наконец-то сопутствовал успех. Хенке обнаружил новый объект между Марсом и Юпитером, получивший название Астрея.
Открытие всколыхнуло научное сообщество, вызвав всплеск интереса к проблеме. Вскоре последовали новые открытия. Стало очевидно, что речь идет не о группе из нескольких небольших планет, а о целом поясе из множества небесных тел, расположенных между орбитами Марса и Юпитера. После этого за ними окончательно закрепился термин «астероиды».
Достаточно быстро обнаружилась новая проблема — количество вновь открытых астероидов стало настолько большим, что на них попросту перестало хватать традиционной римско-греческой мифологии. Поэтому в обиход было введено правило, согласно которому первооткрыватель волен дать астероиду имя на свое усмотрение. Пускай и с рядом дополнений и ограничений, но этот принцип работает по сей день.
Любопытно, что открытие Астреи практически совпало во времени с обнаружением Нептуна, чья орбита совершенно выпадает из последовательности Тициуса — Боде. После этого ученые вновь стали рассматривать ее в качестве необычного совпадения, а не как некий строгий закон.
Первоначально астрономы искали астероиды с помощью собственных глаз. Первая революция произошла в 1891 году, когда Макс Вольф воспользовался для их поиска методом астрофотографии, при котором астероиды оставляли короткие светлые линии на снимках с длинным периодом экспонирования. Если до этого ученые находили в среднем с десяток астероидов в год, то теперь их стали открывать сотнями и тысячами.
Следующая революция в сфере поиска астероидов произошла уже на стыке тысячелетий и оказалась связана с появлением автоматизированных обзоров неба и внедрением специализированного программного обеспечения, позволившего поставить их обнаружение на поток. Если в 2000 году астрономам было известно порядка 100 000 астероидов, то сейчас их количество уже перевалило за миллион. Но и это лишь видимая часть айсберга. По некоторым оценкам, в Солнечной системе может находиться до нескольких сотен триллионов астероидов.
Трудности классификации астероидов
Любопытно, что несмотря на то что термину «астероиды» более двухсот лет, ему до сих пор не дал формального определения Международный астрономический союз (МАС) или какая-либо другая научная организация. Ранее в качестве синонима слова «астероид» использовалась формулировка «малые планеты». Однако после того как в 2006 году МАС впервые дал определение термину «планета», тот был выведен из официального оборота. На смену ему пришла категория «малые тела Солнечной системы», объединившая все тела неправильной формы, которые обращаются вокруг Солнца и не являются планетами, карликовыми планетами или их спутниками.
На ассамблее МАС 2006 года произошла еще одна важная рокировка. Церера была переклассифицирована в карликовую планету. Таким образом, с формальной точки зрения лавры крупнейшего астероида Солнечной системы перешли к Весте.
Впрочем, хотя у слова «астероиды» до сих пор нет узаконенного определения, в астрономии под ними, как правило, подразумеваются малые тела Солнечной системы, которые не являются кометами — то есть не демонстрируют кометную активность в виде образования комы и хвоста. Однако и здесь есть важный нюанс. Многие кометы давно растеряли запасы летучих веществ, поэтому внешне их довольно сложно отличить от астероидов. Зачастую подобные «выгоревшие кометы» выдают более вытянутые орбиты, но так происходит далеко не всегда.
Существует несколько вариантов классификации астероидов. В зависимости от орбитальных характеристик, их объединяют в группы и семейства. Обычно группа получает название по имени первого астероида, который был обнаружен на данной орбите. Группы — относительно свободные образования, тогда как семейства более плотные, возникшие при разрушении крупных астероидов из-за столкновений с другими объектами.
Другой вариант классификации астероидов основан на их химическом составе и отражательных характеристиках поверхности (альбедо). В наиболее упрощенном виде можно выделить три основные разновидности астероидов: углеродные (они обладают очень темной поверхностью), кремниевые (каменные) и металлические. На первые две категории приходится примерно 75% и 17% от общего числа всех известных астероидов.
Наглядное сравнение размеров некоторых астероидов
С недавних пор у астероидов появился собственный праздник. В 2016 году Генассамблея ООН провозгласила 30 июня Международным днем астероида. Дата выбрана неслучайно, ведь именно 30 июня 1908 года над Сибирью произошел взрыв небесного тела, за которым закрепилось название Тунгусский метеорит (хотя справедливости ради стоит сказать, что ученые до сих пор дискутируют по поводу его природы). Теперь в этот день по всему миру проводятся мероприятия, направленные на информирование публики об астероидной опасности и возможных методах предотвращения столкновений астероидов с Землей.
Где обитают астероиды
Абсолютное большинство всех известных нам астероидов сосредоточены в регионе между орбитами Марса и Юпитера, известном как Главный пояс. Еще в ХІХ веке была выдвинута гипотеза, что, возможно, это обломки некой погибшей планеты, которая раньше здесь находилась. Но, несмотря на всю соблазнительность подобного предположения, сейчас мы знаем, что это не так. В поясе астероидов никогда не могло существовать планеты. Все из-за Юпитера. Его мощная гравитация попросту не давала образоваться там какому-либо крупному телу. Так что по сути своей астероиды — это своеобразные остатки «стройматериала», не использованного во времена формирования Солнечной системы.
Учитывая огромное количество астероидов, может показаться, что при визите в Главный пояс нам откроется захватывающая картина в стиле каких-нибудь «звездных войн» с армадой постоянно сталкивающихся друг с другом камней. Но это не так. Многочисленность астероидов разбивается о грандиозные объемы космического пространства, в котором они расположены. Среднее расстояние между астероидами в Главном поясе составляет примерно миллион километров. Это в 2,5 раза больше дистанции от Земли до Луны. Стоящий на поверхности какого-либо астероида космический путешественник за весьма редкими исключениями попросту не увидит никаких других астероидов.
К этому стоит добавить, что суммарная масса всех астероидов относительно невелика и составляет лишь 4% от массы Луны. Правда, так было не всегда. Считается, что в далеком прошлом Главный пояс был куда массивнее. Однако из-за различных гравитационных пертурбаций, сопровождавших процесс изменения орбит планет-гигантов, значительная часть его популяции оказалась смещена со своих изначальных позиций. Некоторые астероиды были попросту выброшены за пределы Солнечной системы, а другие обрушились на планеты.
Следы этой бомбардировки легко рассмотреть даже в обычный бинокль, просто взглянув на Луну. Разумеется, наша планета тоже не избежала аналогичной участи. Несомненно, это оказало огромное влияние на ее дальнейшую историю. С одной стороны, астероиды могли доставить на Землю воду и органические молекулы, которые стали строительными кирпичиками, обеспечив появление живых существ. С другой — эти же самые астероиды несколько раз чуть было не истребили всю жизнь на нашей планете. Наиболее известное массовое вымирание, которое 66 млн лет назад уничтожило динозавров, было вызвано как раз падением 10-километрового камня, ударившего по полуострову Юкатан.
Как мы уже сказали, подавляющее большинство астероидов расположены в регионе между орбитами Марса и Юпитера. Однако их ареал не ограничен лишь Главным поясом. На сегодняшний день астрономам известен ряд астероидов, которые движутся по весьма вытянутым орбитам и в перигелии подходят к Солнцу ближе, чем Меркурий. Существует и целая группа астероидов, время от времени подбирающихся к нашей планете на относительно близкие расстояния. За такими объектами ведется особо пристальное наблюдение, ибо в будущем они вполне могут изменить свою орбиту и столкнуться с Землей.
«Хранилищами» астероидов могут выступать точки Лагранжа — места в космосе, где гравитация двух объектов (Солнца и какой-либо планеты) эффективно компенсирует друг друга. Попавшие туда небесные тела могут пребывать в стабильном состоянии на протяжении многих миллионов лет. Крупнейшей популяцией таких объектов (их обычно называют троянскими астероидами) обладает Юпитер. Троянские астероиды также найдены у Марса, Нептуна, Урана и даже у нашей Земли.
Отдельно стоит упомянуть и про кентавров. Так называют группу астероидов, расположенную между Юпитером и Нептуном. Они движутся по сильно вытянутым и зачастую нестабильным орбитам, что объясняется гравитационным воздействием планет-гигантов. По оценкам астрономов, средняя продолжительность жизни кентавров составляет от 1 до 10 млн лет. После этого они выбрасываются гравитацией на новые орбиты. В дальнейшем часть из них могут столкнуться с Солнцем или другими планетами, а часть улетает в межзвездное пространство.
Учитывая распространенность астероидов, неудивительно, что их посетило довольно внушительное количество космических аппаратов. Но что любопытно, первая подобная встреча произошла относительно недавно — в 1990 году, то есть уже после того, как люди высадились на Луне и отправили зонды ко всем планетам Солнечной системы. В нашем следующем материале мы расскажем о том, как человечество изучает астероиды, и о планируемых к ним миссиях.
