Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Засєкіна

§ 49. Малі тіла Сонячної системи

Астероїди. До малих тіл належать астероїди, комети й метеороїди. Астероїди — тверді кам’янисті тіла, що рухаються, як і планети, по еліптичних орбітах навколо Сонця з періодом 3-6 років. Як і планети, астероїди у видимому діапазоні спектра світять відбитим сонячним світлом. Астероїдами вважають залишки протопланетного диска, з якого формувалася Сонячна система. Загальна їх кількість — більше 575 тис., а їх загальну масу оцінюють у 4,2 · 1021 кг, що становить менше одного відсотка маси Землі. Орбіти більшості відомих астероїдів розташовані між орбітами Марса та Юпітера на відстані 2,2-3,6 а. о. від Сонця. Оскільки в цій частині Сонячної системи міститься кілька сотень тисяч таких об’єктів, її назвали поясом астероїдів. Інколи цей пояс називають внутрішнім, або головним, маючи на увазі те, що за орбітою Нептуна простягається пояс Койпера, до якого належать об’єкти, що здебільшого також є малими тілами Сонячної системи. Проте тіла поясу Койпера в основному складаються з льоду.

Перший астероїд Цереру відкрито в 1801 р. (мал. 205). Інші найвідоміші астероїди: Паллада, Юнона, Веста, Ерос, Амур, Гідальго, Ікар.

Мал. 205. Астероїди Церера та Веста в порівнянні з іншими об’єктами Сонячної системи

Найбільші астероїди

Номер і назва

Діаметр, км

1 Церера

960

2 Паллада

608

3 Веста

555

10 Гігія

450

31 Єфросинія

370

52 Європа

289

65 Кибела

309

451 Паніенція

276

511 Давида

323

704 Інтерамнія

350

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

Комети. Певно, найефектнішими малими тілами Сонячної системи є комети. Найвідоміша поміж комет — комета Галлея — повертається до Сонця кожні 75,5 року. Її наближення до Сонця зареєстровано вже 30 разів, з них двічі — у XX ст. (у 1910 і 1986 рр.).

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

Багато нового про комети астрономи дізналися завдяки космічним зондам, які досліджували ці тіла з близької відстані.

Найдокладніші результати вдалося отримати завдяки місії «Розетта» до комети Чурюмова — Герасименко. У листопаді 2014 р. космічний апарат доставив на поверхню ядра комети спусковий модуль з обладнанням для хімічного аналізу, а сам до кінця вересня 2016 р. був її супутником (мал. 206).

Мал. 206. Місія «Розетта» до комети Чурюмова — Герасименко (а); Світлана Іванівна Герасименко та Кпим Іванович Чурюмов (б)

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

Метеори та метеорити. Окрім астероїдів і комет у Сонячній системі є велика кількість тіл порівняно невеликого розміру (до 50 м), які називають метеороїдами. Вони рухаються в міжпланетному просторі й час від часу проникають в атмосферу Землі. Частки космічного пилу ніколи не долітають до поверхні Землі, бо вони згорають і випаровуються в атмосфері на висоті кількох десятків кілометрів. Світлове явище, яке спостерігається під час згорання метеороїда в атмосфері Землі, називають метеором. Інколи спостерігається незвичайне небесне явище «зоряний» дощ (мал. 207). Це явище пояснюється тим, що від комети залишаються тверді силікатні пилинки, які продовжують рух по орбіті та перетворюються в метеороїдні потоки. Коли Земля перетинає орбіту такого метеороїдного потоку, на небі можна побачити тисячі метеорів.

Мал. 207. «Зоряний» дощ

Якщо в атмосферу Землі вривається метеороїд, маса якого становить десятки чи сотні грамів, то він спричинює явище боліда.

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

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

На Землі є метеоритні кратери різних розмірів — від кількох метрів до сотень кілометрів у діаметрі. Їх називають астроблемами.

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

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

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

Значний внесок у дослідження астероїдної небезпеки зробили українські астрономи Києва (Віталій Григорович Кручиненко, Клим Іванович Чурюмов), Криму (Микола Степанович Черних) і Харкова (Дмитро Федорович Лупішко).

ЗНАЮ, ВМІЮ, РОЗУМІЮ

1. Що світиться далі від Землі — комети чи метеори? 2. Чим відрізняється форма більшості кометних орбіт від орбіт планетних? 3. Як напрямлений хвіст комети щодо Сонця? Поясніть. 4. Чому метеороїдні потоки пов’язують з певними кометами?