Малые планеты

 

 

По астрономии

На тему «Малые планеты»

 

 

 

 

 

 

Выполнила

Уч-ся 133 группы

Шин Ольга

 

 

Астероиды

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 6 сентября 2011 в базах данных насчитывалось 84 993 238 объектов, у 560 021 точно определены орбиты и им присвоен официальный номер. 15 615 из них на этот момент 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 пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера.

Самым крупным астероидом в Солнечной системе считалась Церера, имеющая размеры приблизительно 975×909 км, однако с 24 августа 2006 года она получила статус карликовой планеты. Два других крупнейших астероида  Паллада и  Веста имеют диаметр ~500 км.  Веста является единственным объектом пояса астероидов, который можно наблюдать невооружённым глазом. Астероиды, движущиеся по другим орбитам, также могут быть наблюдаемы в период прохождения вблизи Земли (см., например, (99942) Апофис).

Общая масса всех астероидов главного пояса оценивается в 3,0—3,6·10²¹ кг, что составляет всего около 4 % от массы Луны. МассаЦереры — 9,5·10²⁰ кг, то есть около 32 % от общей, а вместе с тремя крупнейшими астероидами  Веста (9 %),  Паллада (7 %),  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 Уран. Его среднее гелиоцентрическое расстояние оказалось соответствующим правилу Тициуса — Боде.

В конце XVIII века Франц Ксавер (англ.)русск. организовал группу, включавшую 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 — Паллада,  Юнона и  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).

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  Брюсия, тогда как до него было обнаружено немногим более 300. Сейчас, век спустя, только несколько тысяч астероидов идентифицировано, пронумеровано и поименовано. Известно об их гораздо большем количестве, однако учёные не очень беспокоятся об их изучении, называя астероиды «космическим сбродом» («vermin of the skies»).

Определение формы и размеров астероида

 

Астероид  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 (англ.)русск., 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 отделённой 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.

Он 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 (англ.)русск., используются для определения размеров методом тепловой радиометрии.

Образование астероидов

Считается, что планетезимали в поясе астероидов возникали так же, как и остальная часть солнечной туманности до того времени, Юпитер достиг своей текущей массы, когда возбуждение от орбитальных резонансов Юпитером выбрасывается более 99 % планетезималей в пояс. Моделирование и прерывания в скорости вращения и спектральных свойств показывают, что астероиды диаметром более примерно на 120 км, образовались в результате аккреции в эту ранюю эпоху, в то время как меньшие тела являются осколками от столкновений между астероидами во время или после разрушения Юпитера. Церера и Веста приобрели достаточно большой размер, чтобы тяжёлые металлические элементы погружения расплавились и опустились к ядру, оставляя скальные породы в коре.

В модели Ниццы многие объекты пояс Койпера захватываются во внешнем поясе астероидов, на расстоянии более чем 2,6 а.е. Большинство из них были позже выбрасывается Юпитером, но те, что остались, могут быть астероидами класса D и, возможно, включают в себя Цереру.

Опасность астероидов

В настоящий  момент не существует астероидов, которые могли бы существенно угрожать Земле.

Чем больше и  тяжелее астероид, тем большую  опасность он представляет, однако и обнаружить его в этом случае гораздо легче. Наиболее опасным  на данный момент считается астероид Апофис, диаметром около 300 м, при столкновении с которым в случае точного попадания может быть уничтожен большой город, однако никакой угрозы человечеству в целом такое столкновение не несёт. Представлять глобальную опасность могут астероиды более 10 км в поперечнике. Все астероиды такого размера известны астрономам и находятся на орбитах, которые не могут привести к столкновению с Землёй.

Каметы

Общие сведения

Предположительно, долгопериодические кометы залетают к нам из Облака Оорта, в котором находится огромное количество кометных ядер. Тела, находящиеся на окраинахСолнечной системы, как правило, состоят из летучих веществ (водяных, метановых и других льдов), испаряющихся при подлёте к Солнцу.

На  данный момент обнаружено более 400 короткопериодических комет.Из них около 200 наблюдалось в более чем одном прохождении перигелия. Многие из них входят в так называемые семейства. Например, большинство самых короткопериодических комет (их полный оборот вокруг Солнца длится 3—10 лет) образуют семейство Юпитера. Немного малочисленнее семейства Сатурна, Урана и Нептуна (к последнему, в частности, относится знаменитая комета Галлея).

Кометы, прибывающие из глубины космоса, выглядят как туманные объекты, за которыми тянется хвост, иногда достигающий в длину нескольких миллионов километров. Ядро кометы представляет собой тело из твёрдых частиц и льда, окутанное туманной оболочкой, которая называется комой. Ядро диаметром в несколько километров может иметь вокруг себя кому в 80 тыс. км в поперечнике. Потоки солнечных лучей выбивают частицы газа из комы и отбрасывают их назад, вытягивая в длинный дымчатый хвост, который движется за ней в пространстве.

Яркость комет очень сильно зависит от их расстояния до Солнца. Из всех комет  только очень малая часть приближается к Солнцу и Земле настолько, чтобы их можно было увидеть невооружённым глазом. Самые заметные из них иногда называют «большими (великими) кометами».

Строение комет

Кометы движутся по вытянутым эллиптическим орбитам. Обратите внимание на два различных хвоста.

Как правило, кометы состоят из ядра и окружающей его светлой туманной оболочки (комы), состоящей из газов и пыли. У ярких комет с приближением к Солнцу образуется «хвост» — слабая светящаяся полоса, которая в результате светового давления и действия солнечного ветра чаще всего направлена в противоположную от Солнца сторону.

Хвосты комет  различаются длиной и формой. У некоторых комет они тянутся через всё небо. Например, хвост кометы, появившейся в 1944 году, был длиной 20 млн км. А комета C/1680 V1 имела хвост, протянувшийся на 240 млн км. Также были зафиксированы случаи отделения хвоста от кометы (C/2007 N3 (Лулинь)).

Хвосты комет  не имеют резких очертаний и практически  прозрачны — сквозь них хорошо видны звёзды, — так как образованы из чрезвычайно разрежённого вещества (его плотность гораздо меньше, чем плотность газа, выпущенного из зажигалки). Состав его разнообразен: газ или мельчайшие пылинки, или же смесь того и другого. Состав большинства пылинок схож с астероидным материалом солнечной системы, что выяснилось в результате исследования кометы 81P/Вильда космическим аппаратом «Стардаст». По сути, это «видимое ничто»: человек может наблюдать хвосты комет только потому, что газ и пыль светятся. При этом свечение газа связано с его ионизацией ультрафиолетовыми лучами и потоками частиц, выбрасываемых с солнечной поверхности, а пыль просто рассеивает солнечный свет.

Теорию хвостов  и форм комет разработал в конце XIX века русский астроном Фёдор Бредихин (1831—1904). Ему же принадлежит и классификация кометных хвостов, использующаяся в современной астрономии.

Бредихин предложил  относить хвосты комет к основным трём типам: прямые и узкие, направленные прямо от Солнца; широкие и немного  искривлённые, уклоняющиеся от Солнца; короткие, сильно уклонённые от центрального светила.

Астрономы объясняют  столь различные формы кометных хвостов следующим образом. Частицы, из которых состоят кометы, обладают неодинаковым составом и свойствами и по-разному отзываются на солнечное излучение. Таким образом, пути этих частиц в пространстве «расходятся», и хвосты космических путешественниц приобретают разные формы.

Скорость  частицы, вылетевшей из ядра кометы складывается из скорости, приобретённой в результате действия Солнца — она направлена от Солнца к частице, и скорости движения кометы, вектор которой касателен к её орбите, поэтому частицы, вылетевшие к определённому моменту, в общем случае расположатся не на прямой линии, а на кривой, называемойсиндинамой. Синдинама и будет представлять собой положение хвоста кометы в этот момент времени. При отдельных резких выбросах частицы образуют отрезки или линии на синдинаме под углом к ней, называемые синхронами. Насколько хвост кометы будет отличаться от направления от Солнца к комете, зависит от массы частиц и действия Солнца.

Приближение к Земле

Для того, чтобы  быть заметной, комете необходимо как  можно ближе подойти к Земле. Например, комета Галлея становится яркой, пересекая внутреннюю часть Солнечной системы каждые 76 лет, но во время своего появления 1986 года она прошла достаточно далеко от Земли. Комету можно было разглядеть, но назвать её заметной в этот раз было сложно.

Комета, удовлетворяющая  всем трём условиям, точно будет  очень впечатляющей. Но иногда кометы становятся Большими, даже нарушая  какой-то из этих «критериев». Например, комета Хейла — Боппа имела исключительно большое ядро (40 км в диаметре), и в то же время пролетела довольно далеко от Солнца. Аналогично, комета Хякутакэ была довольно «маленькой» (2 км), но в то же время очень яркой из-за близкого подхода к Земле. И всё же обе они стали знамениты в 1996-97 годах.

 

 

 

Кометы вблизи

Ядро кометы Темпеля 1 (фото аппарата «Дип Импакт»).

Что представляют собой сами кометы? Исчерпывающее  представление о них астрономы  получили благодаря успешным «визитам»  в 1986 г. ккомете Галлея космических аппаратов «Вега-1» и «Вега-2» и европейского «Джотто». Многочисленные приборы, установленные на этих аппаратах, передали на Землю изображения ядра кометы и разнообразные сведения о её оболочке. Оказалось, что ядро кометы Галлея состоит в основном из обычного льда (с небольшими включениями углекислых и метановых льдов), а также пылевых частиц. Именно они образуют оболочку кометы, а с приближением её к Солнцу часть из них — под давлением солнечных лучей и солнечного ветра — переходит в хвост.