Пояс астероїдів

“Природа не терпить порожнечі” – цей вислів в усі часи сприймалося як істина, яка не потребує доказів. Легко уявити собі здивування астрономів, коли після появи коперниканської системи світу між орбітами Марса і Юпітера був виявлений … неприродний розрив.

Справді, середня відстань між орбітами Меркурія і Венери становить 50 млн км, між орбітами Венери і Землі – 41 млн км, між орбітами Землі і Марса – 78 млн км, а далі до орбіти Юпітера простирається “порожня зона”, в сім разів ширша – 550 млн км! На неї ще в 1596 році звернув увагу великий “законодавець неба” Йоганн Кеплер. У своїй книзі “Таємниці космографії” він висловив здогад, що в цьому проміжку повинна знаходитися невідома планета. Велика область світового простору, вважав він, не може бути порожньою.
Астероїди (грец. Asteroeideis – звездоподобние), малі планети, що обертаються навколо Сонця між орбітами Марса і Юпітера. Термін «астероїд» запропонував в 1802 У. Гершель, оскільки в телескопи того часу астероїди виглядали як зірки, на відміну від планет, які були видні в формі дисків.

Іноді астероїдами називають все малі планети, в такому випадку пояс астероїдів називають «головним» поясом астероїдів. Це позначення було популярним до виявлення пояса Койпера і кентаврів, однак зараз воно некоректно з технічної точки зору, оскільки в поясі Койпера знаходяться тіла, що значно перевершують за розмірами найбільший астероїд, а число об’єктів, які його складають, за попередніми оцінками, на кілька порядків перевершує число «головних» астероїдів.

За кольором, відбивної здатності, спектрального класу і іншим параметрам астероїди поділяються на три класи – C-типу (вуглецеві), S-типу (крем’янисті) і M-типу (металеві). Астероїди C-типу містять багато вуглецю, тому вони мають порівняно темну поверхню; близько 75% всіх астероїдів належать цього типу. Астероїди S-типу складаються з суміші залізонікелевій руди і силікатів, і, навпаки, дуже яскраві. Таких астероїдів близько 17%, решта ж астероїди є M-тип і складаються в основному із заліза і нікелю.

Перший з відкритих і найбільший астероїд – Церера, єдиний астероїд сферичної форми, його екваторіальний діаметр дорівнює 975 км. Найбільші астероїди – Веста, Паллада, Гигея, Сільвія, Давида, Камілла, Інтерамна, Європа та інші. Відомо кілька десятків астероїдів, за розмірами перевершує 100 км. Всього ж астероїдів зареєстровано близько ста тисяч (вересень 2005).

З часів Кеплера вчені не раз поверталися до пошуків закономірностей в планетних відстанях. Нарешті в 1766 році маловідомий професор фізики з Віттенберга Йоганн Тициус (1729-1796) знайшов, що відносні відстані планет від Сонця можна визначити за формулою:

R = 0,4 + 0,3 – 2n

де n – число, що набуває значень: – 0, 1, 2, 3, 4, 5 і так далі. В порядку ходи планет для Землі n = 1.
Мерк-й – 0,39 0,4
Венера 0 0,72 0,7
Земля 1 1,00 1,0
Марс 2 1,52 1,6
– 3 – 2,8
Юпітер 4 5,20 5,2
Сатурн 5 9,55 10,0
Уран 6 19,22 19,6
Нептун 7 30,11 38,8
Плутон 8 39,54 77,2
Як бачимо, після Марса йде відстань 2,8 а. е., на якому планети немає. І німецький астроном Йоганн Воді передбачив на цій відстані існування невідомої планети, здійснюю щей повний оборот навколо центрального світила за 4,5 року.

13 березня 1781 Вільям Гершель несподівано відкриває далекий Уран. Його відстань від Сонця виявилося дуже близьким до того, яке вийшло за формулою, запропонованою Тіціуса. Тепер уже можна було не сумніватися в тому, що правило Тициуса-Боде відображає деякі закономірності в будові нашої планетної системи. А це означало, що між орбітами Марса і Юпітера дійсно повинна існувати невідома планета з радіусом орбіти, близьким до 2,8 а. е. Слід зайнятися її пошуками. Для цього була утворена група з 24 астрономів, що отримала жартівливу назву “загін небесної поліції”.

1 січня 1801 року, коли на Землі зустрічали перший Новий рік XIX століття, італійський астроном Джузеппе Піацца (1746-1826) був не в колі друзів за святковим столом, а у телескопа. Він уже давно займався складанням нового зоряного каталогу і в ту пам’ятну ніч спостерігав зірки в зодіакальному сузір’ї Тельця.

На наступну ніч астроном помітив, що одна з зірок, зазначених їм напередодні, помітно перемістилася на захід. Отже, це була не зірка, а якесь небесне тіло, що належить нашій Сонячній системі.

Шість тижнів стежив Піацца за дивним об’єктом. У нього не було ні помітного диска, яким повинна володіти планета, ні туманного виду, характерного для комет … Але тут спостереження були перервані хворобою, а коли Пиацци видужав, він уже не зміг відшукати свій об’єкт серед безлічі зірок і, здавалося, втратив його назавжди.

На допомогу прийшов Карл Гаусс (1777-1855), що став згодом знаменитим математиком. Він розробив новий точний спосіб визначення орбіт небесних тіл (планет, комет) все го по трьом спостереженнями і обчислив орбіту загубився об’єкта. Судячи по круговому характеру орбіти, це була якась планета. Але найцікавіше полягало в тому, що рухалася вона між орбітами Марса і Юпітера, тобто якраз там, де її не вистачало. Її середня відстань від Сонця становило 2,8 а. е., що знаходилося в повній згоді з правилом Тициуса-Боде. Тепер ніхто не сумнівався, що це була саме шукана планета. Гаусс перечислити подальший видимий шлях нової планети серед зірок. Згідно обчислень виходило, що довгий час вона буде ховатися в сонячних променях і лише восени 1801 роки знову стане видно.

Вдруге вона була виявлена ​​7 грудня 1801 року.

За пропозицією Пиацци нова планета отримала ім’я Церери – давньоримської богині родючості і землеробства, що вважалася покровителькою Сицилії. Але Церера занадто мала, про що свідчить слабкість її блиску. Навіть в періоди зближень із Землею її не можна було побачити без телескопа, а її диск не вдається розглянути в найкращі телескопи. Словом, Церера обдурила надії астрономів. Вони шукали велику планету, а відкрили малу.

Німецький лікар і астроном Генріх Вільгельм Ольберс (1758-1840) уважно стежив за рухом Церери і 28 березня 1802 року неподалік від неї помітив ще одну слабку незнайому зірочку. Так була відкрита ще одна мала планета – Паллада, яка рухалася по орбіті, подібної з орбітою Церери. “А чи не є вони уламками більш великої планети?” – припустив астроном. І він вирішив перевірити свою гіпотезу.

Якщо між Марсом і Юпітером дійсно існувала планета, розпалася на шматки, то за законами небесної механіки її уламки час від часу повинні проходити через точку, де колись відбулася катастрофа. Провівши розрахунки, Ольберс прийняв рішення шукати їх не по всьому небу, а в околицях двох діаметрально протилежних точок небесної сфери: в сузір’ї Діви і в сузір’ї Кита.

Третя мала планета дійсно була відкрита в сузір’ї Кита. Її знайшов 1 вересня 1804 Карл Людвіг Гардінг (1765-1834), який спостерігав у обсерваторії Йоганна Шретера в Лілієнталь, поблизу Бремена. Планету присвятили римської богині Юнони. Сам же Ольберс три роки вів пошуки в сузір’ї Діви. 29 березня 1807 року ці фірми увінчалися успіхом: було відкрито четверта мала планета – Веста. Це єдина з усіх малих планет, яку в періоди зближення із Землею можна спостерігати неозброєним оком, як слабку зірку за шосту зоряну величину.

У другій половині XIX століття астероїди стали відкривати щорічно, а до 1890-му в каталозі їх налічувалося вже понад 300!

У 1891 році 28-річний німецький астроном, професор Гейдельберзького університету Макс Вольф (1863-1932) для пошуків карликових планеток вперше застосував фотографію. Фотографування досить широкої смуги зоряного неба, що тягнеться уздовж екліптики, проводилося за допомогою телескопа-рефрактора, який гідіровался за зірками. В результаті зірки виходили на платівці точками. Астероїд же за час тривалої експозиції (витримки) встигав помітно зміститися і виходив у вигляді короткого штриха (з розвитком фотографічного методу спостережень стали виготовляти спеціальні телескопи-астрографи, про них вже розповідалося вище, в розділі “Як астрономи вивчають Всесвіт”). По довжині і напрямку штриха можна було приблизно визначити, куди і з якою швидкістю рухається астероїд, де його слід шукати в найближчі ночі. У тому ж 1891 році Вольф відкрив фотографічним методом перший астероїд – Бруці. В каталозі він числиться під номером 323. До цього за допомогою візуальних телескопічних спостережень було відкрито 322 астероїда. Всього ж візуально вдалося відкрити 343 нових астероїда.

Із застосуванням фотографії відкриття астероїдів посипалися буквально як з рогу достатку. Більшість з них (близько 98%) рухаються між орбітами Марса і Юпітера. Тут вони утворюють своєрідний пояс астероїдів. Внаслідок тяжіння великих планет, особливо Юпітера, орбіти астероїдів схильні до хоча і повільним, але постійних змін. Тому їх траєкторії є, взагалі кажучи, незамкнуті витки, що лежать один біля одного. Але при тісних зближеннях з планетами орбіти астероїдів можуть змінюватися майже непередбачувано.

Всі відомі нам астероїди рухаються навколо Сонця в ту ж сторону, що і великі планети, тобто проти годинникової стрілки (при спостереженні з боку північного полюса екліптики). І хоча їх орбіти більш витягнуті, ніж орбіти великих планет, більшість астероїдів звертається по орбітах, мало відрізняється від кругових. Великі планети, як відомо, рухаються майже в одній площині. Лише у Меркурія і Плутона нахили орбіт рівні 7 і 17 градусам відповідно.

У астероїдів середнє значення нахилів їх орбіт до площини екліптики близько 10 градусів. В окремих же випадках, як, наприклад, у Бетул (№ 1580), нахил орбіти досягає 52 градусів. Навіть у такій великій малої планети, як Паллада (№ 2), нахил орбіти становить близько 35 градусів. Звідси можна зробити висновок, що пояс астероїдів представляє собою зовсім не кільце, а величезний тор (бублик), заповнений астероїдами різних розмірів. І хоча вони рухаються в одну і ту ж сторону (зі швидкостями порядку 20 км / с), але по злегка різними напрямками, що неминуче призводить до зіткнень астероїдів і їх дроблення на більш дрібні фрагменти, а іноді навіть до справжнісіньким катастроф. Не випадково астрономи називають пояс астероїдів каменоломнею Сонячної системи.

У лютому 1906 року Макс Вольф відкрив незвичайний астероїд № 588 Ахілл. Його незвичайність полягає в тому, що він обертається навколо Сонця майже по орбіті Юпітера. Цей астероїд “прилаштувався” поблизу однієї з так званих лібраційних точок Юпітера, розташованих на однаковій відстані від Сонця і від Юпітера. Пізніше поблизу цих точок – гравітаційних пасток полів тяжіння Сонця і Юпітера – були відкриті і інші малі планети. Всі вони отримали назви на честь героїв Троянської війни ( “греки” і “троянці”), і тому в астрономічній літературі їх називають “троянцями”. Астероіди- “греки” випереджають Юпітер на 60 градусів, а астероіди- “троянці” слідують на такому ж кутовому відстані позаду планети-гіганта. Іншими словами, розташування цих астероїдів в просторі таке, що разом з Сонцем і Юпітером вони постійно утворюють два рівносторонніх трикутника.

В астрономічній літературі лібраційних точки називаються ще точками Лагранжа. Справа в тому, що ще задовго до відкриття перших астероїдів, в другій половині XVIII століття, знаменитий французький математик, механік і астроном Жозеф Луї де Лагранж (1736-1813) математично довів, що в системі трьох гравітуючих тел (Сонце-планета-астероїд) існує п’ять точок, в яких сили, що діють на мале небесне тіло, врівноважуються. У двох з цих точок, розташованих на орбіті планети і утворюють з Сонцем і планетою два рівносторонніх трикутника, положення астероїда є стійким. Сам Лагранж не вірив, що щось подібне існує в природі, але природа виявилася більш різноманітною, ніж думав учений.

Малі планети Цецерою, Паллада і Веста, відкриті першими, виявилися і найбільшими. Їх діаметри – 1025, 608 і 538 км відповідно. Тільки 30 планеток мають середні поперечники більше 200 км, а розміри переважної більшості не більше одного кілометра. За оцінками фахівців, астероїдів з діаметром до 100 метрів – близько 300 тис.

Отже, “полюючи” за астероїдами, астрономи виявили їх в околицях орбіти Юпітера. А орбіта астероїда № 944 Гідальго, відкритого в жовтні 1920 року, виявилася мало не найбільшою і дуже витягнутою. Так, афелій орбіти Гідальго розташований на такій же відстані від Сонця, як Сатурн.

В останні роки були відкриті ще більш далекі об’єкти. Орбіти ж інших астероїдів, навпаки, заходять усередину орбіти Марса – вони можуть наближатися до Землі і до Сонця. Таким чином, пояс астероїдів зовсім не обмежується орбітами Марса і Юпітера, а простягається в Сонячній системі значно ширше.

...
ПОДІЛИТИСЯ: