Підручник з Природничих наук. 1 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

ОЧІКУВАНІ Й НЕОЧІКУВАНІ ГОСТІ

До малих тіл належать астероїди, комети й метеороїди. Астероїди — тверді кам’янисті тіла, що рухаються, як і планети, еліптичними орбітами навколо Сонця з періодом 3—6 років. Як і планети, астероїди у видимому діапазоні спектра світять відбитим сонячним світлом. Діаметри деяких астероїдів удалося виміряти методом покриття зір — коли астероїд під час спостереження опиняється на одній прямій з яскравою зорею. Але здебільшого їхні розміри оцінюють побічно — за блиском, кольором та відстанню.

Астероїдами вважають залишки протопланетного диска, з якого формувалася Сонячна система. Загальна їхня кількість — понад 575 тис., а їхню загальну масу оцінюють у 4,2 · 10²¹ кг, що становить менше одного відсотка маси Землі. Орбіти більшості відомих астероїдів розташовані між орбітами Марса та Юпітера на відстані 2,2—3,6 а. о. від Сонця. Цю область називають головним поясом астероїдів. Поза ним є ще багато малих тіл, наприклад, астероїди-троянці. Це дві групи астероїдів, що обертаються навколо Сонця орбітою Юпітера: перша рухається на 60° попереду планети, друга — на 60° позаду неї. Деякі астероїди рухаються сильно витягнутими еліптичними орбітами, що пролягають поблизу Сонця. А орбіти груп Аполлона, Амура й Афіни перетинають орбіту Землі або дуже близько підходять до неї. Порівняти розміри деяких астероїдів, планет та природного супутника Землі ви зможете, проаналізувавши малюнок 10.18.

Мал. 10.18. Астероїди Церера та Веста порівняно з іншими об’єктами Сонячної системи

Перший астероїд Цереру (яку нині віднесено до розряду карликових планет) відкрито в 1801 р. Інші найвідоміші астероїди — Паллада, Юнона, Веста, Ерос, Амур, Гідальго, Ікар.

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

Певно, найефектнішими малими тілами Сонячної системи є комети (мал. 10.19). Орбіти комет — це еліпси, витягнуті так, що ділянки орбіт, які пролягають усередині Сонячної системи, мають вигляд параболи або гіперболи. Від ступеня витягнутості еліпса залежить і період обертання комети навколо Сонця. Наприклад, комета Енке має період обертання навколо Сонця 3,31 р. Найвідоміша поміж комет — комета Галлея — повертається до Сонця кожні 75,5 р. Її появу в близьких до Сонця околицях зареєстровано вже 30 разів, з них двічі — у ХХ ст. (у 1910 і 1986 рр.).

Мал. 10.19. Комети

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

Летіла у небі хвостата ракета,

Ого, який шлейф! Та це справжня комета!

Комета із криги та каменю-пилу

Великий хвостище собі відростила!

Примчала комета до Сонечка-зірки,

Та Сонце закрило розпечену хвіртку.

— Тут гаряче дуже, вертайся назад,

Тебе проведе мій допитливий брат.

Вхопив за хвоста гостю Сонячний Вітер

Й понісся стежками далекого світу.

Розкрию усім таємницю комет —

Прямують від Сонця хвостом наперед.

Наталя Карпенко. Комета

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

Мал. 10.20. Дослідження комет за допомогою космічних зондів: а — знімок комети Чурюмова — Герасименко, зроблений космічним зондом; б — Світлана Іванівна Герасименко (нар. 1945, Україна, Таджикистан) та Клим Іванович Чурюмов (1937—2016, Україна), світлина 1975 року

Але найдокладніші результати вдалося отримати завдяки місії «Розетта» до комети Чурюмова — Герасименко (мал. 10.20). У листопаді 2014 р. космічний апарат доправив на поверхню ядра комети спусковий модуль з обладнанням для хімічного аналізу, а сам до кінця вересня 2016 р. був її супутником. Одна із знахідок «Розетти» — молекулярний кисень у газовій оболонці біля ядра комети. До цього кисень було виявлено в космічному просторі лише двічі (у туманностях), бо ця молекула дуже швидко реагує або з воднем з утворенням води, або з вуглецем з утворенням карбон(IV) оксиду.

Окрім астероїдів і комет, у Сонячній системі є велика кількість тіл порівняно невеликого розміру (до 50 м), які називають метеороїдами. Вони рухаються в міжпланетному просторі й час від часу проникають в атмосферу Землі. Частинки космічного пилу ніколи не долітають до поверхні Землі, бо вони згорають та випаровуються в атмосфері на висоті кількох десятків кілометрів. Світлове явище, яке спостерігають під час згорання метеороїда в атмосфері Землі, називають метеором. Інколи спостерігають незвичайне небесне явище «зоряний дощ» (мал. 10.21).

Мал. 10.21. «Зоряний дощ»

Під співи цикад витанцьовують зорі,

Між зорями бродять дощі-метеори.

Збирають аншлаги серпневі салюти,

От тільки розкатів у небі не чути.

З якої вони прилетіли планети?

Ходили колись під вітрилом комети,

Були астероїдом... Може й зірками...

Тепер салютують над нами дощами.

Які з них крізь небо змогли долетіти

В обійми землі — звуться метеорити.

Нас ковдра небесна від бід захищає,

Та в кожній домівці — усяко буває.

Ті дивні дощі — не політ зоряниці,

Летять камінці з-під коліс колісниці.

Наталя Карпенко. Дощі-метеори

Це явище пояснюють тим, що від комети залишаються тверді силікатні пилинки, які продовжують рух орбітою та перетворюються на метеорні потоки. Коли Земля перетинає орбіту такого метеорного потоку, на небі можна побачити тисячі метеорів.

Якщо в атмосферу Землі вривається метеороїд, маса якого становить десятки або сотні грамів, то він породжує явище боліда. Яскравий спалах боліда важко не помітити, на коротку мить він може освітити нічний пейзаж, як удень. Інколи болід пролітає небом велику відстань, а потім розпадається зі своєрідним шумом на багато дрібних фрагментів, які згорають, не досягши поверхні. Під час боліда, коли метеороїд летить з надзвуковою швидкістю, в атмосфері виникає ударна хвиля, яка створює потужні звукові коливання (сильний гуркіт). Швидкість, з якою метеороїдне тіло влітає в земну атмосферу, залежить від напрямку його руху й напрямку руху Землі. Найбільшу швидкість входження в атмосферу (50—70 км/с) мають ті метеороїдні тіла, які летять назустріч руху Землі, коли швидкості тіла та Землі додаються.

Метеороїд, що не «згорів» в атмосфері й досяг поверхні Землі, називають метеоритом. Щодоби на нашу планету з космосу потрапляє від 5 до 300 тонн космічної речовини. Але порівняно з масою Землі це мізерна величина, яка не відіграє істотної ролі в збільшенні її маси.

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

На Землі є метеоритні кратери різних розмірів — від кількох метрів до сотень кілометрів у діаметрі. Їх називають астроблемами. Якщо порівняти з іншими тілами Сонячної системи, наприклад, з Місяцем або Меркурієм, кратерів на земній поверхні дуже мало. Тих, метеоритне походження яких уважають підтвердженим, є до 200, і лише 128 з них лежать на поверхні відкритими, інші ж приховано водами морів, льодовиками та рослинністю. Причин, чому Земля бідна на кратери, дві: активна атмосфера, що руйнує кратери впродовж геологічного проміжку часу, й активне відновлення ґрунту через вулканічну й тектонічну діяльність.

До найвідоміших земних метеоритних кратерів належить Аризонський кратер діаметром 1200 м. Його відкрили в 1891 р., а утворився він приблизно 50 000 р. тому. Є такі кратери й на території України. Наприклад, Бовтиський кратер у Кіровоградській області — 26 км у діаметрі й 600 м завглибшки віком 65 млн р.; Оболонський кратер в Полтавській області — 20 км у діаметрі й віком майже 170 млн р. або Іллінецька западина у Вінницькій області — 7 км у діаметрі й віком близько 400 млн р.

Численні кратери (астроблеми), є наслідком бомбардування Землі космічними тілами в далекому минулому. Деякі науковці вважають, що масове зникнення динозаврів 65 млн р. тому пов’язане з падінням велетенського метеорита, унаслідок чого на тривалий час змінився клімат і харчовий ланцюг цих тварин. На півострові Юкатан (Мексика) є кратер Чиксулуб. З падінням метеорита, унаслідок якого він утворився, ототожнюють зникнення динозаврів. Дата його утворення збігається з часом зникнення динозаврів наприкінці крейдового періоду. Проте багато палеонтологів уважають, що падіння метеорита, навіть великого розміру, було лише однією з причин цього процесу.

Імовірність того, що астероїд великих розмірів (або комета) зіткнеться із Землею, мала, проте вона є. Ученими змодельований сценарій можливого зіткнення. Розгляньмо його. Астероїд або комета, що летить з космічною швидкістю, влетіла б в земну атмосферу з такою швидкістю, що повітря під нею не розступилося, а стиснулося, наче у велосипедному насосі. Кожен, хто користувався таким насосом, знає, що стиснуте повітря швидко нагрівається, отож температура в місці зіткнення підвищилася б майже до 60 000 °С, що вдесятеро вище за температуру поверхні Сонця. У мить входу космічного тіла в атмосферу все на його шляху — люди, будинки, автомобілі — зморщилося й згоріло б, як целофан у полум’ї.

Через секунду після входження в атмосферу метеорит ударився б у земну поверхню. Сам метеорит умить би випарувався, але вибухом викинуло б тисячу кубічних кілометрів гірських порід, ґрунту та надзвичайно гарячих газів. У радіусі 250 км усе, що не згоріло під час падіння космічного тіла, загинуло б від вибуху. Перша вибухова хвиля, що поширювалася б зі швидкістю, близькою до швидкості світла, змела б усе з поверхні Землі.

Для людей, які б були поза межами зони миттєвого знищення, першою ознакою катастрофи став би спалах сліпучого світла — найяскравіший за все бачене людьми, — а хвилину чи дві потому за ним з’явилося б апокаліптичне видовище неймовірної величі: суцільна стіна темряви, що сягала б небес і мчала зі швидкістю кілька тис. км/год. Її наближення було б страхітливо тихим, оскільки ця темрява насувалася б значно швидше за звук. У межах півтори тисячі кілометрів від місця зіткнення людей позбивало б з ніг або їх би атакували чи шматували хмари предметів, що летіли б. За межами півтори тисячі кілометрів руйнування від вибуху поступово зменшувалося б. Але це лише перша ударна хвиля. Ніхто навіть не може припустити, які руйнування сталися б згодом, відомо лише, що вони були б стрімкими та глобальними. Удар майже напевно викликав би низку спустошливих землетрусів. Вулкани всієї планети почали б гуркотіти та вивергатися. Піднялися б руйнівні цунамі й вирушили до далеких берегів. Протягом години Землю накрила б хмара пітьми, всюди б літали вогняні уламки й більшу частину планети охопив би пекельний вогонь. Припускають, що принаймні півтора мільярди людей загинули б ще до кінця першого дня. Сильні перешкоди в йоносфері вивели б з ладу засоби зв’язку, отож ті, хто вижили б, не знали б, що відбувається в інших місцях і куди їм подітися. Але це навряд би мало значення. Рятуватися втечею означало б вибрати повільну смерть, а не швидку. Від загибелі велику кількість людей не врятували б жодні спроби переселення, адже здатність Землі підтримувати життя катастрофічно зменшилася б. Кількість сажі й попелу, що може піднятися після зіткнення та пожеж, які почалися б згодом, на кілька місяців, а можливо й років, могли б затьмарити Сонце, порушивши цикл рослин. І пам’ятайте, що цілком імовірно, це може статися без попередження, як грім серед ясного неба.

Але припустимо, що ми побачимо наближення такого об’єкта. Що б ми зробили? Усі думають, що запустили б ядерну боєголовку або «космічний десант» сміливців, які б підірвали його. Але реально, ні те, ні інше неможливе: ні боєголовки, ні тим паче космічного корабля, який би міг долетіти з людьми на мільйони кілометрів космічного простору в нас немає.

Це були б дні, упродовж яких люди існували б у страшенній невизначеності. Безумовно, це були б найцікавіші дні в історії людства. Ми навіть не можемо уявити, на які вчинки були б здатні люди в цей час. І уявіть-но масштаби святкування, коли б метеорит пролетів мимо. (Із книги Біла Брайсона «Коротка історія майже всього на світі».)

Щоб мінімізувати загрозу катастрофи, яку може спричинити падіння крупного небесного тіла на поверхню планети, нині активно діють системи спостереження за потенційно небезпечними космічними об’єктами. Найвідоміші з таких систем — LINEAR, Space Watch і LONEOS. Розташовані вони на базі великих університетів в Аризоні (США), на Гавайських островах, у штаті Нью-Мексико та в інших місцях. Кілька обсерваторій з телескопами діаметром від одного до чотирьох метрів повсякчас сканують небесну сферу. Причому діють вони в автоматичному режимі, що не потребує участі людини. Знімки за допомогою комп’ютера порівнюють з уже наявними, і якщо в тій чи іншій ділянці виникає нова світна цятка, що зміщується відносно зір, то, радше за все, це і є астероїд. За низкою знімків комп’ютер обчислює його траєкторію та розміри.

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

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