Доклад гипотезы возникновения пояса астероидов
Обновлено: 30.06.2024
С тех пор как между Марсом и Юпитером вместо одной-единственной недостающей планеты нормальных размеров были открыты почти сразу четыре, а потом и огромное множество, странных планет-карликов, возник вопрос об их происхождении. Уже в 1804 г. Г Ольберс пытался объяснить их возникновение, предположив, что когда-то в прошлом на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца действительно двигалась одна большая планета, которая разорвалась на несколько кусков, продолжающих двигаться в окрестностях ее орбиты. Эта идея пользовалась большой популярностью. Гипотетическую планету даже назвали Фаэтоном в честь мифологического сына Солнца, разбившегося вместе с колесницей.
Было выдвинуто много и других гипотез. У. Леверье считал, например, что астероиды образуются и в нашу эпоху, сгущаясь под действием сил тяготения из космического вещества. В. Гершель указывал на возможность происхождения астероидов из комет.
Около двух столетий прошло со времени открытия астероидов. Накопление фактических данных о структуре пояса, о закономерностях движения и физических особенностях астероидов прояснило природу их возникновения. Советские и зарубежные исследователи почти одновременно пришли к одинаковым выводам, которые коротко сводятся к следующему.
Пояс астероидов со всеми своими многочисленными представителями, видимо, образовался в результате дробления немногих (порядка 10) крупных первичных тел со средним движением 700—900″ Движущиеся по сходным орбитам, скрещивающимся, а иногда и пересекающим друг друга, эти тела затем сталкивались и вновь дробились, так как столкновения происходили с огромными, по нашим земным представлениям, скоростями — в несколько километров в секунду.
Эта гипотеза была выдвинута в 1950-х годах американским астрофизиком Дж. Койпером и в настоящее время развивается многими учеными. В нашей стране ее математической разработкой в 60-х годах занимался Г Ф. Султанов. Основываясь на собственных элементах орбит астероидов, движущихся в поясе, он обнаружил 12 хорошо выраженных максимумов в распределении этих элементов. В связи с чем он высказал предположение, что было 12 крупных первичных тел —почти столько, сколько известно теперь крупных астероидов.
Распределение числа астероидов по размерам и абсолютной звездной величине
Пояс астероидов – это область в космическом пространстве, расположенная между орбитами Марса и Юпитера.
Между Марсом и Юпитером
Первые астероиды пояса были обнаружены астрономами еще вначале XIX века. Сегодня, пояс астероидов известен астрономам, как одно из крупнейших скоплений космических объектов, находящихся в Солнечной системе. Для многих ученых он представляет изрядный научный интерес.
Общие сведения
На сегодняшний день, пояс астероидов насчитывает свыше 300 000 именованных объектов. По состоянию на 6 сентября 2011 года количество именованных астероидов пояса достигло 285 075. Крупнейшие образования пояса астероидов названы в честь римских божеств: Церера, Веста, Паллада и Гигея. Церера – это самый большой объект пояса астероидов; но ученые считают данное небесное тело карликовой планетой – подробнее об этом мы поговорим ниже.
Все астероиды обнаруженные с 1980 года
Хотя открытие и изучение пояса астероидов немыслимо без науки, свое начало история исследования этого астрономического чуда берет в древних мифах и легендах.
Загадочный Фаэтон
В школьные годы, читая популярную научно-фантастическую литературу, многие из нас мечтали, достигнув зрелого возраста, стать отважными покорителями космического пространства. Мы ярко представляли себе свечение далеких галактик и близких нам планет, которые мы страстно желали посетить. Одной из таких планет являлся загадочный Фаэтон – великая, но мертвая планета.
Мифы и легенды – это, конечно, хорошо. Но, что же говорит о происхождении пояса астероидов наука?
Происхождение пояса астероидов
Художественное представление протопланетного диска вокруг звезды
В отличие от древних сказок, в научном сообществе принято считать, что пояс астероидов – это отнюдь не обломки взорвавшейся планеты, а скопление протопланетного вещества. Такая теория, скорее всего, верна, так как, последние данные показывают, что между Марсом и Юпитером планета попросту не могла образоваться. Причина этого – сильное гравитационное влияние Юпитера. Именно оно не дало протопланетному веществу (космической пыли, из которой создаются планеты) образоваться в полноценное небесное тело на таком далеком от Солнца расстоянии.
Исследование метеоритов
Мелкая пыль в поясе астероидов, возникшая в результате столкновений астероидов, создаёт явление, известное как зодиакальный свет.
Исследования метеоритов, которые вышли из пояса астероидов и упали на Землю, показывают, что большинство из них относится к хондритам – метеоритам, в которых, в отличие от ахондритов, не происходила сепарация веществ, как обычно бывает в процессе формирования планет. Данные исследования лишний раз подтверждают вышеизложенную гипотезу, которая опираясь на реальные научные данные, выглядит гораздо убедительнее той версии, которую нам предлагают шумерские мифы.
Сегодня, ученым отлично известно, что пояс астероидов – отнюдь не сказочная, расколовшаяся планета, а остатки протопланетного вещества, которое появилось еще во времена зарождения Солнечной системы. Однако мифы и предания о легендарном Фаэтоне до сих пор живы и заставляют многих людей по всему миру проявлять интерес к такому астрономическому явлению, как пояс астероидов.
Открытие пояса астероидов
Первый, кто задумался над существованием загадочной планеты Фаэтон, был немецкий физик Иоганн Тициус. В 1766 году он нашел формулу, согласно которой можно было рассчитать примерное расположение всех планет Солнечной системы. Суть этой формулы заключалась в том, что порядковое расстояние планет от Солнца возрастает в геометрической прогрессии. Именно при помощи данной формулы в 1781 году был открыт Уран, что убедило многих ученых в правдивости закона межпланетного расстояния.
Согласно правилу Тициуса, на расстоянии между Марсом и Юпитером должна была существовать планета.
Открытие Цереры
Церера, снимок межпланетного зонда Dawn
1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци, наблюдая за звездным небом, открыл первый объект пояса астероидов – карликовую планету Цецера. Затем в 1802 году был открыт еще один крупный объект – астероид Паллада. Оба этих космических тела двигались примерно на одинаковой орбите от Солнца – 2,8 астрономических единицы. После открытия в 1804 году Юноны и в 1807 Весты – крупных небесных тел, двигавшихся по той же самой орбите, что и предыдущие, открытия новых объектов в этой области космоса прекратились до 1891 года. В 1891 году немецкий ученый Макс Вольф, используя метод астрофотографии, в одиночку обнаружил между Марсом и Юпитером 248 мелких астероидов. После чего, открытия новых объектов в этой области неба посыпались одно за другим.
Современные исследования
Полёт космического аппарата Dawn к Весте (слева) и Церере (справа)
Пролеты космических аппаратов
Ида и ее спутник Дактиль
Составное изображение северной полярной области астероида Эрос
Крупнейшие объекты пояса астероидов и их состав
Крупнейшими объектами пояса астероидов считаются:
— Церера – карликовая планета. Диаметр Цереры по экватору составляет 950 км.
— Паллада – астероид. Примерный диаметр – 532 км.
— Веста – астероид. Диаметр – 529,2 км.
— Гигея – астероид. Диаметр 407,12 км.
Все эти объекты находятся в так называемом главном поясе астероидов (обычно его имеют в виду, когда говорят о поясе астероидов в целом). Именно в этой области находится наибольшее скопление астероидов. Она находится в непосредственной близости от планеты Марс.
Состав
Изображение астероида (253) Матильда
Главными составляющими объектов Пояса астероидов являются каменные и/или металлические тела. Исследования показывают, что многие из небесных тел, наполняющих пояс астероидов, относятся к категории астероидов класса M. Состав этих объектов изучен плохо. Тем не менее, есть данные, подтверждающие, что они практически полностью состоят из металлов. Кроме того, есть основания полагать, что на некоторых объектах пояса астероидов может существовать вода, а значит, гипотетически, на одном из этих тел могут существовать доказательства внеземной жизни.
Астероид Гаспра, и спутники Марса Фобос и Деймос
И хотя, пока что, данная информация не подтверждена, она вселяет надежду в сердца многих ученых-романтиков. Кроме того, по всей видимости, астероиды могут служить человечеству богатым источником таких ресурсов, как цинк, медь, олово, золото, серебро и т.п. Поскольку запасы этих ископаемых на планете Земля ограниченны, разработав специальные космические агрегаты, мы смогли бы добывать эти элементы из астероидов, что сослужило бы человечеству огромную пользу.
В отличие от других участков Солнечной системы, пояс астероидов представляет собой область, в которой сконцентрировано наибольшее количество различных астероидных объектов и малых планет. На основании научных исследований, учёные пришли к выводу, что эти элементы появились во время формирования самой системы.
Главный пояс астероидов
Некоторые интересные факты про пояс астероидов
- Для того, чтобы выделить его от других похожих районов, часто называют главным поясом астероидов.
- Кроме того, большим образованиям в нём принято давать имена в честь персонажей древнеримской мифологии.
- Все объекты движутся по орбитам вокруг Солнца, в аналогичном направлении с планетами. Но их орбиты очень разные, они более вытянутые и имеют большие эксцентриситеты. Главным образом, на это влияет Юпитер своей гравитацией.
- Помимо этого, они различаются по размеру. К примеру, диаметры могут быть от нескольких десятков метров до тысячи километров. На самом деле, крупных очень мало.
- К тому же, в совокупности масса главного пояса составляет приблизительно 4% массы Луны. При этом половина принадлежит: Церере (1/3 от всей массы), Весте, Палладе и Гигее.
- Вдобавок ко всему, в области присутствует большое количество мелкой космической пыли. Она формируется при столкновениях тел. Причём соединение астероидной и кометной пыли образует зодиакальный свет.
Зодиакальный свет — это слабое небесное свечение, находящееся в плоскости эклиптики и видимое в зодиакальных созвездиях. Отсюда собственно и название.
Зодиакальный свет
Где расположен пояс астероидов
Следует отметить, что главный пояс астероидов располагается между Марсом и Юпитером, если точнее то между их орбитами. Он находится на расстоянии 2,2-3,2 астрономических единицы от Солнца, а его протяжённость оценивается в одну астрономическую единицу, то есть 149598100+/-750 км.
Именно между Марсом и Юпитером астероиды сконцентрированы в наибольшем количестве.
Химический состав
Как известно, каждый межзвездный астероид обладает своим спектром. По сути, по нему определяют состав.
На самом деле, выделяют три основных спектральных класса:
Чем отличается каждый из них, в принципе, понятно. Например, класс С (а это 75% всех тел) состоит преимущественно из простых углеродных соединений, а класс М отличается повышенным содержанием различных металлов и т.д.
Впрочем, состав и температура астероидных объектов зависит от их расстояния до Солнца, а также альбедо. Так, ближе всего к звезде располагаются каменные представители из безводных силикатов. Между тем, углеродные находятся значительно дальше.
По большому счёту, чем ближе к Солнцу, тем выше температура. Стоит отметить, что в результате вращения нагрев на дневной и ночной сторонах различаются.
Сколько астероидов в поясе астероидов
Уже открыли более 300 тысяч, а на самом деле в поле сосредоточено несколько миллионов.
Поскольку область занимает огромную площадь, то плотность распределения объектов небольшая. То есть они находятся на приличном расстоянии друг от друга, проще говоря сильно рассеяны на участке.
По данным астрономов, в нём содержится больше объектов, чем известно на данный момент. Из-за того, что они могут быть совсем крошечными, учёные считают их космическим мусором от формирования Солнечной системы. Более того, сейчас поиск таких космических элементов автоматизирован благодаря современным системам и приборам.
Однако особое внимание уделяют потенциально опасным для Земли телам. Также называемыми околоземными астероидами, сближающими с нашей планетой.
Гипотезы появления пояса астероидов
Безусловно, возникновение в относительно небольшом пространстве большого количества схожих между собой объектов, вызывает вопрос об их происхождении. Почему и как они появились, что их удерживает в одном месте?
В XIX веке господствовала теория появления пояса астероидов, по которой они являлись остатками гипотетической планеты Фаэтон. Предположительно, Фаэтон существовал между орбитами Марса и Юпитера, и разрушился при столкновении с кометой.
Однако подтверждений данной гипотезы нет. А вот противоречий в ней нашлось много. Например, различный химический состав астероидов указывает, что они произошли от разных тел. Тем более, для единичного разрушения необходимо огромное количество энергии, которого не хватило бы при ударе даже с очень большой кометой.
Вероятнее всего, главный пояс является не состоявшейся планетой. То есть из-за влияния гравитационных сил Юпитера частицы не смогли образовать одно целое. В результате получилось множество различных по составу и размеру объектов.
Считается, что астероидное поле является скоплением протопланетного вещества.
Главная гипотеза возникновения пояса астероидов основана на том, что он сформировался возле Юпитера. Как следствие, планетная гравитация постоянно воздействует на астероидные орбиты. А большое количество энергии, получаемой от Юпитера, влечёт их столкновения друг с другом. Но при этом они не способны образовать протопланету или другое космическое тело. Напротив, они разрушаются и формируют меньшие элементы.
Как считают учёные, после таких столкновений большая часть планетезималей рассыпалась на множество частей. В значительной мере их выбросило за границу Солнечной системы, поэтому поле астероидов имеет небольшую плотность. Собственно говоря, оставшиеся стали двигаться по вытянутым орбитам.
Более того, семейства и группы астероидов появились в результате их столкновений. Такие объединения включают в себя тела с похожими орбитами и составом.
В то же время, гравитационная сила Юпитера создаёт неустойчивые орбиты, возникают резонансы. Таким образом существуют участки, где почти нет астероидных объектов.
Планетезимали — это небесные тела возле протозвезды, которые формируются приращением мелких тел из частиц пыли протопланетного диска.
Итак, мы узнали где находится и проходит главный пояс астероидов. Что интересно, за относительно небольшой промежуток времени было открыто так много новых небесных образований.
Бесспорно, эта область привлекает к себе внимание, ведь там такое большое поле для изучения!
Пояс астероидов – это область в Солнечной системе, расположенная между орбитами Марса и Юпитера. Здесь находится большое количество космических объектов неправильной формы и малой массы. Другое название – главный пояс астероидов. Изучение этой области Солнечной системы представляет значительный интерес для астрономов.
Общие сведения
На сегодня известно свыше 300 тыс. разных астероидов. По мнению ученых, общее количество этих космических тел может превышать несколько миллионов. Они располагаются на большом расстоянии друг от друга, поэтому ни один летательный аппарат еще не сталкивался с мелкими телами нашей планетной системы.
Общая масса пояса астероидов в Солнечной системе – 3400 квадриллионов тонн. Треть ее приходится на крупнейший его объект – карликовую планету Цереру.
Астероиды, которые расположены ближе к Солнцу, отражают больше солнечного света, а в их составе меньше воды. Температура их поверхности медленно повышается по мере приближения к центральной звезде Солнечной системы.
Где расположен пояс астероидов
Многим интересно, где расположен главный пояс астероидов. Он находится между орбитами Марса и Юпитера. Радиус орбит этих космических тел колеблется от 2 до 3,37 астрономических единиц. Здесь располагается свыше 93% всех малых космических тел. Некоторые из них могут находиться несколько ближе или дальше этой границы.
Орбиты астероидов расположены в той же плоскости, что и земная. Хотя бывают исключения: например, орбита астероида Барселона наклонена более, чем на 30 градусов. Ближайшие тела пояса астероидов совершают оборот вокруг Солнца примерно за 3 года, хотя есть и такие, которым для этого нужно потратить вдвое больше времени, так как они вращаются медленнее.
Структура пояса астероидов
Длина пояса астероидов – приблизительно одна астрономическая единица. Все это пространство делится астрономами на три зоны с различными характеристиками.
Внутреннее кольцо области Солнечной системы, где сконцентрировано больше всего астероидов, формируется самыми близкими к Марсу небесными телами. Внешний же астероидный пояс находится несколько ближе к Юпитеру.
Состав пояса
В составе пояса астероидов приблизительно 200 малых космических тел, которые имеют диаметр свыше 100 км. Еще около 1000 подобных объектов имеют в диаметре более 15 километров.
Самые большие объекты пояса астероидов
Самый большой объект пояса астероидов – Церера. Она причисляется к карликовым планетам, вращающимся вокруг Солнца. Диаметр Цереры – 926 км, и на нее приходится около трети всей массы пояса астероидов. Интересно, что Церера имеет мантию и каменное ядро. Когда она подходит ближе к Солнцу, у нее образуется атмосфера, которая состоит из водяного пара.
Цереру нельзя увидеть невооруженным глазом, так как она отражает только 5 процентов солнечного света, попадающего на ее поверхность.
Веста – второй крупный объект рассматриваемого участка Солнечной системы с диаметром 526 км. Масса – около 9% от всех астероидов. Благодаря тому, что Веста отражает около 42% попадающего на поверхность солнечного света, ее можно увидеть невооруженным глазом, даже без бинокля.
Ещё один крупны астероид – Паллада. Ее диаметр – 512 км. Наклон оси этого объекта – 34 градуса, что является необычным для таких космических тел.
Другой крупный астероид – Гигея. Ее диаметр составляет 431 км, масса – около 3% от всех астероидов. Из-за низкого альбедо (0,07) его нельзя увидеть невооруженным глазом.
Семейства и группы пояса астероидов
Все малые тела, вращающиеся вокруг Солнца, делятся на несколько больших классов.
- Класс С – это темные углеродосодержащие астероиды.
- Класс S – светлые космические тела, которые состоят из кремния.
- Класс М – металлические объекты.
Существуют тела более редких классов, однако их присутствие в главном поясе незначительно. Углеродистые тела, имеющие класс С – это самые распространенные объекты в поясе астероидов: на них приходится 75% всех малых космических тел. Их сложно обнаружить, так как они отражают небольшое количество света, исходящего от Солнца.
Силикатные объекты иначе называются каменными. Они отражают значительно больше солнечного света. Крупнейший астероид такого класса – это Юнона с диаметром 234 километра.
Доля космических объектов класса М составляет примерно 10% всех малых тел. На сегодняшний день ученые не могут точно назвать состав астероидов этого класса. Они отражают от 10 до 19 процентов солнечного света.
Примерно треть пояса астероидов Солнечной системы входят в семейства. Астрономы объединяют их по сходству в эксцентриситете, наклону орбиты и проч. Наиболее распространенные семейства такие.
Загадочный Фаэтон
Фаэтон – это один из самых таинственных объектов Вселенной. Согласно гипотезе, орбита этой планеты находилась между Марсом и Юпитером. По невыясненным причинам она распалась или разрушилась в результате космической катастрофы.
В 18 веке ученые – Боде и Тициус обнаружили, что расстояния всех известных на то время планет подчиняются особой закономерности, названной впоследствии правилом Тициуса – Боде. Оно математически описывает расстояния между планетами Солнечной системы. И в этой последовательности должна быть планета между Марсом и Юпитером.
Если предположить, что Фаэтон когда-то и был в составе Солнечной системы, то он должен весить примерно 3 квинтиллиона тонн (3х1018). Диаметр этого гипотетичного объекта может составлять от 3,5 до 6,8 тыс. км. Предположительно, планета должна быть на расстоянии 2,8 астрономических единицы от центральной звезды Солнечной системы.
Гипотетические причины исчезновения планеты – это гравитация Юпитера или активные процессы, происходящие внутри ее ядра.
Происхождение пояса астероидов
Принято считать, что рассматриваемый участок Солнечной системы – это скопление протопланетного вещества. Современные исследования говорят, что в области между Марсом и Юпитером никакая планета не могла образоваться. Причина этому – мощнейшее гравитационное воздействие планеты-гиганта.
Первые догадки о происхождении главного пояса астероидов стали появляться еще в начале 19 века. Астроном Ольберс предположил, что эти космические тела могут быть осколками Фаэтона. А закон Тициуса-Боде говорит о том, что между орбитами Юпитера и Марса непременно должна быть еще одна планета.
Современная гипотеза о происхождении мелких небесных тел состоит в том, что он возник в результате мощной силы приятжения Юпитера. На начальных этапах формирования планет на больших орбитах начали формироваться планетезимали. После соединения они и образовали планеты.
Предположительно, что зародыш Юпитера образовывался намного быстрее, чем планетезимали. В определенный момент времени сила притяжения Юпитера препятствовала процессу образования единой планеты из планетезималей. Из-за их разгона и сформировался главный пояс. В момент образования этих тел выделилось огромное количество энергии.
Планетезимали начали разрушаться примерно 4 или 4,5 млрд. лет назад. Предположительно, что на сегодняшний день между орбитами Марса и Юпитера находится только одна тысячная доля вещества по сравнению с изначальным количеством.
Обнаружение пояса астероидов
Первые поиски планеты между Марсом и Юпитером начались в 1787 году астрономом Ф. Ксавером. В 1801 г. астроном Дж. Пиацци открыл крупнейшую из малых планет – Цереру. До 1845 г. было открыто всего 5 астероидов.
В конце 19 века астроном М. Вольф открыл метод астрофотографии (фотографирование неба с большой выдержкой). На снимках астероиды оставляли большой след. Это и поспособствовало открытию главного пояса астероидов.
Современные исследования
С запуском космических аппаратов стало возможным подробное исследование мелких космических объектов. Для этого их фотографируют с помощью космических зондов. Так, зонд NEAR Shoemaker был специально создан для исследований крошечных космических объектов. С его помощью удалось подробно исследовать орбиту крошечной планеты Эрос.
Станция DAWN исследует главный астероидный пояс. Удалось получить около 70 тысяч высококачественных фото объектов этого участка Солнечной системы.
Пояс астероидов расположен в Солнечной системе между орбитами Юпитера и Марса. Он насчитывает несколько сотен тысяч астероидных тел. Сегодня ученые знают, что это остатки протопланетного вещества. Многочисленные мифы и догадки об этих космических телах заставляют людей верить, что в этом поясе могла находиться некая таинственная планета. Изучение этой области имеет большие перспективы, так как помогает обнаружить потенциальные угрозы для земной цивилизации.
Читайте также: