Астероиды, кометы, метеоры, метеориты

Малые планеты — астероиды (греч. аsteroideis – звездоподобные) со звездами не имеют ничего общего, а названы так только потому, что в телескоп видны как точечные объекты. Интересна история открытия малых

планет. К концу XVIII в. был известен эмпи­рический закон планетных расстояний (так на­зываемое правило Тициуса — Боде), согласно которому между Марсом и Юпитером должна была находиться еще одна неизвестная пла-

нета. Поиски ее привели астронома Пиацци к открытию в 1801 г. планеты Церера диамет­ром 1003 км. Открытие еще трех планет: Пал-лады — 608 км, Юноны — 180 км и Вес­ты — 538 км — было неожиданным. В по­следние годы обнаруживают астероиды до 1 км в диаметре, а их общее количество до­стигает нескольких тысяч. Поскольку астеро­иды движутся, то при длительных фотографи­ческих экспозициях они получаются в виде яр­ких белых черточек на черном фоне звездного неба.

Наблюдения показали, что астероиды име­ют неправильную многогранную форму и движутся по орбитам различной формы — от окружностей до сильно вытянутых эллипсов; подавляющее большинство их (98 %) заклю­чено между орбитами Марса и Юпитера («главный пояс астероидов»), но астероид Икар подходит к Солнцу ближе Меркурия, а некоторые удаляются до Сатурна. Орбиты большинства астероидов сосредоточены вбли­зи плоскости эклиптики; периоды обращения их составляют от 3,5 до 6 лет; предполагают, что они вращаются вокруг своих осей (на ос­новании периодического изменения видимого блеска). По вещественному составу выделяют каменные, углистые и металлические асте­роиды.

Суммарная масса всех астероидов оцени­вается в 0,01 массы Земли. Их общее притя­жение не вызывает ощутимых возмущений в движении Марса и других планет.

Орбиты некоторых астероидов пересекают­ся с орбитой Земли, но вероятность одновре­менного нахождения Земли и астероида в од­ной точке и их столкновения исключительно мала. Предполагают, что 65 млн. лет назад на Землю упало небесное тело типа астероида в районе полуострова Юкатан и его падение вы­звало помутнение атмосферы и резкое пони­жение среднегодовой температуры воздуха, что отразилось на экосистеме Земли.

В настоящее время астрономы обеспокое­ны необычным «нашествием» крупных небес­ных тел в окрестности планет Солнечной си­стемы. Так, в мае 1996 г. на небольшом рас­стоянии от Земли пролетели два астероида. Многие специалисты предполагают, что Сол­нечная система попала в своеобразный шлейф из крупных небесных тел, образованных вне нашей системы, и считают поэтому, что наря­ду с ядерной угрозой опасностью номер один для нашей планеты стала опасность, исходя­щая от астероидов. Возникла новая важная проблема — создание космической защиты Земли от астероидов, которая должна вклю­чать в себя как средства наземного базирова­ния, так и космические средства, в том чис­ле и размещаемые в дальнем Космосе. Созда-

ние такой системы должно осуществляться на международной основе.

С другой стороны, возрастание числа ви­димых астероидов может быть объяснено воз­растанием объема астрономической информа­ции в последние годы, после того как наблю­дения были перенесены с поверхности Земли в ближний Космос.

По вопросу о происхождении астероидов высказывались две прямо противоположные точки зрения. Согласно одной гипотезе, асте­роиды — осколки большой планеты (ее на­звали Фаэтон), находившейся между Марсом и Юпитером на месте главного пояса астеро­идов и расколовшейся вследствие космичес­кой катастрофы из-за мощного гравитацион­ного воздействия Юпитера. Согласно другой гипотезе, астероиды — протопланетные тела, возникшие за счет сгущения пылевой среды, ко­торые не смогли объединиться в планету из-за возмущающегося действия Юпитера. В обоих случаях «виновником» оказывается Юпитер.

Кометы (греч. 1готе1е5 — длинноволо­сый) — небольшие тела Солнечной системы, движущиеся по сильно вытянутым эллиптиче­ским или даже параболическим орбитам. У не­которых комет перигелии находятся близ Солн­ца, а афелии — за пределами Плутона. Дви­жение комет по орбитам может быть как прямым, так и обратным. Плоскости их орбит лежат в разных направлениях от Солнца. Пе­риоды обращения комет весьма различны: от нескольких лет до многих тысяч лет. Десятая часть известных комет (около 40) появлялась неоднократно; их называют периодическими.

В кометах выделяется голова и хвост. Го­лова состоит из твердого ядра и комы. Яд­ро — ледяной конгломерат из застывших га­зов (водяного пара, диоксида углерода, мета­на, аммиака и др.) с примесью тугоплавких силикатов, углекислых и металлических час­тиц — железа, марганца, никеля, натрия, маг­ния, кальция и др. Предполагают присутствие в ядре и органических молекул. Ядра комет невелики, поперечник их — от нескольких со­тен метров до нескольких (50—70) километ­ров. Кома — газово-пылевое окружение (во­дород, кислород и др.), светящееся при при­ближении к Солнцу. Близ перигелия из ядра кометы под влиянием солнечного тепла и кор­пускулярных потоков происходит «испарение» (возгонка) замерзших газов и образуется све­тящийся хвост кометы, иногда не один. Он со­стоит из разреженных газов и мелких твердых частиц и направлен в сторону, противополож­ную Солнцу. Длина хвостов достигает сотен миллионов километров. Земля уже не раз по­падала в хвосты комет, например в 1910 г. Это вызвало тогда сильное беспокойство людей, хотя никакой опасности для Земли по-

падание в кометные хвосты не представляет: они столь разрежены, что примесь ядовитых газов, содержащихся в составе кометных хво­стов (метан, циан), в атмосфере неощутима.

Среди периодических комет наиболее ин­тересна комета Галлея, названная именем английского астронома, открывшего ее в 1682 г. и вычислившего период обращения (около 76 лет). Именно в ее хвосте оказалась Земля в 1910 г. Последний раз она появилась в небе в апреле 1986 г., пройдя на расстоя­нии 62 млн. км от Земли. Тщательные иссле­дования кометы с помощью космических аппаратов показали, что ледяное ядро коме­ты — монолитное тело неправильной формы размером около 15x7 км, вокруг которого об­наружена гигантская водородная корона диа­метром 10 млн. км.

Кометы — недолговечные небесные тела, так как по мере приближения к Солнцу по­степенно «тают» за счет интенсивного исте­чения газов или распадаются на рой метео­ров. Метеорное вещество впоследствии более или менее равномерно распределяется по всей орбите родительской кометы. В этом отноше­нии интересна история периодической (около 7 лет) кометы Биелы, открытой в 1826 г. Дважды после открытия астрономы наблюда­ли ее появление, а в третий раз, в 1846 г., им удалось зафиксировать деление ее на две части, которые при последующих возвращени­ях все больше отдалялись друг от друга. За­тем метеорное вещество кометы растяну­лось по всей орбите, при пересечении кото­рой Землей наблюдался обильный «дождь» метеоров.

Никаких точных данных, что Земля когда-либо сталкивалась с ядром кометы, не зафик­сировано. В пределы орбиты Земли ежегодно проникает не более пяти комет. Однако есть версия, что знаменитый Тунгусский «метео­рит», упавший в 1908 г. в бассейне реки Под-каменной Тунгуски, близ поселка Ванавара, является небольшим (около 30 м) осколком ядра кометы Энке, который в результате теп­лового нагрева в атмосфере взорвался, а «лед» и твердые примеси «испарились». При этом взрывной воздушной волной был повален лес на площади в радиусе 30 км.

В 1994 г. ученые наблюдали падение ко­меты Шумейкеров — Леви на Юпитер. При этом она распалась на десятки осколков по 3—4 км в диаметре, которые летели друг за другом с громадной скоростью — около 70 км/с, взрывались в атмосфере и испаря­лись. При взрывах возникло гигантское горя­чее облако размером в 20 тыс. км и темпе­ратурой в 30 000 °С. Падение подобной коме­ты на Землю закончилось бы для нее космической катастрофой.

Предполагают, что «кометное облако», ок­ружающее Солнце, образовалось вместе с Солнечной системой. Поэтому, исследуя веще­ство комет, ученые получают сведения о пер­вичном материале, из которого сформирова­лись планеты и спутники. Кроме того, появи­лись предположения об «участии» комет в зарождении жизни на Земле, поскольку ра­диоспектроскопическими методами доказано наличие в кометах и метеоритах сложных ор­ганических соединений (формальдегида, циа-ноацетилена и др.).

Метеоры, называемые обычно «падающи­ми звездами», — это мельчайшие (мг) твер­дые частицы, которые влетают в атмосферу со скоростью до 50—60 км/с, нагреваются из-за трения о воздух до нескольких тысяч гра­дусов Цельсия, ионизируют газовые молеку­лы, заставляя их излучать свет, и испаряют­ся на высоте 80—100 км над земной поверхностью. Иногда в небе появляется боль­шой и исключительно яркий огненный шар, который может расколоться и даже взорвать­ся во время полета. Такой метеор называют болидом. Подобный огненный шар взорвался 25 сентября 2002 г. в Иркутской области, меж­ду поселками Мама и Бодайбо. В небе фик­сируются как единичные метеоры, беспорядоч­но появляющиеся на небосводе, так и группы метеоров в виде метеорных потоков, в пределах которых частицы движутся парал­лельно друг другу, хотя в перспективе кажет­ся, что они разлетаются из одной точки неба, называемой радиантом. Метеорные потоки называются по тем созвездиям, в которых рас­положены их радианты. Земля пересекает орбиту Персеид около 12 августа, Орионид — 20 октября, Леонид — 18 ноября и т. д. Метеорные потоки движутся по орбитам тех астероидов или комет, в результате распада которых они образуются. Орбиты метеор­ных потоков тщательно изучаются в целях безопасности космических кораблей и аппа­ратов.

Метеоритами (от греч. те1еога — не­бесные явления) называются крупные метеор­ные тела, которые падают на Землю. Ежегод­но на земную поверхность выпадает около двух тысяч метеоритов общей массой около 20 тонн. Они представляют собой обломки округло-угловатой формы, покрытые обычно тонкой черной коркой плавления с многочисленными ячейками от сверлящего действия струй воз­духа. По своему строению они бывают трех классов: железные, состоящие в основном из никелистого железа, каменные, в состав ко­торых входят преимущественно силикатные ми­нералы, и железокаменные, состоящие из смеси этих веществ. Среди каменных есть две группы: хондриты (зернистые метеориты) и

Железокаменные 1 ,5%

Железные

5,7%

ахондриты (землистые метеориты). Преобла­дают каменные метеориты (рис. 3). Физико-химический анализ метеоритов свидетельству­ет, что они состоят из химических элементов и их изотопов, известных на Земле, что под­тверждает единство материи во Вселенной.

Самый крупный метеорит Гоба размером 2,75x2,43 м весом 59 т найден в юго-запад­ной Африке, он железный. Сихотэ-Алинский метеорит (упал в 1947 г.) в воздухе расколол­ся на тысячи частей и выпал на Землю «же­лезным дождем». Общий вес собранных ос­колков составляет около 23 т, ими создано 24 ударных кратера от 8 до 26 м в попереч­нике. Метеорит Кааба («Черный камень») хранится в мечети г. Мекка в Саудовской Аравии и служит предметом поклонения му­сульман. Много метеоритов обнаружено в Антарктиде, встречаются они и в осадках ло­жа Мирового океана.

Рис. 3. а — относительная частота выпадения метеори­тов разных классов (по Дж. Буду); б — минеральный со­став типичного хондрита (по В. Е. Хаину)

На заре существования Земли, когда неис­пользованного материала в Солнечной систе­ме было еще очень много, а атмосфера Зем­ли — защита от метеоритов — была еще очень тонка, количество метеоритов, бомбардировав­ших Землю, было огромно и ее поверхность напоминала лик Луны. Со временем большая часть кратеров была уничтожена тектоничес­кими и экзогенными процессами, но многие из них все же сохранились в виде кольцеобраз­ных геологических структур, называемых астроблемами («звездными шрамами»). Осо­бенно хорошо они видны из Космоса. Они достигают десятков километров в диаметре. Изучение метеоритов позволяет судить о стро­ении и свойствах небесных тел и пополняет наши сведения о внутреннем строении Земли.

Луна

Землю нередко и не без основания назы­вают двойной планетой Земля—Луна. Луна (Селена, в греческой мифологии богиня Лу­ны), наша небесная соседка, первой подверг­лась непосредственному изучению.

Общие сведения о Луне. Движения Лу­ны. Луна — природный спутник Земли, на­ходящийся от нее на расстоянии 384 тыс. км (60 радиусов Земли). Средний радиус Луны 1738 км (почти в 4 раза меньше земного). Масса Луны составляет 1/81 массы Земли, что значительно больше, чем подобные отно­шения у других планет Солнечной системы (кроме пары Плутон—Харон); поэтому систе­му Земля—Луна считают двойной планетой. Она имеет общий центр тяжести — так на­зываемый барицентр, который находится в теле Земли на расстоянии 0,73 радиуса от ее центра (1700 км от поверхности Океана).

Вокруг этого центра вращаются оба состав­ляющих системы, и именно барицентр совер­шает движение по орбите вокруг Солнца. Сред­няя плотность лунного вещества 3,3 г/см³ (зем­ного — 5,5 г/см³). Объем Луны в 50 раз меньше Земли. Сила лунного притяжения в 6 раз слабее земного. Луна вращается вокруг своей оси, из-за чего немного сплюснута у по­люсов. Ось вращения Луны составляет с пло­скостью лунной орбиты угол 83°22'. Плоскость орбиты Луны не совпадает с плоскостью ор­биты Земли и наклонена к ней под углом 5°9'. Места пересечения орбит Земли и Луны на­зывают узлами лунной орбиты.

Орбита Луны представляет собою эллипс, в одном из фокусов которого находится Зем­ля, поэтому расстояние от Луны до Земли меняется от 356 до 406 тыс. км. Период орбитального обращения Луны и соответ-

Рис. 4. Фазы Луны

ственно одинакового положения Луны на не­бесной сфере называют сидерическим (звезд­ным) месяцем (лат. sidus, sideris (род. п.) — звезда). Он составляет 27,3 земных суток. Си­дерический месяц совпадает с периодом суточного вращения Луны вокруг оси из-за их одинаковой угловой скорости (= 13,2° в сут­ки), установившейся по причине тормозящего воздействия Земли. Из-за синхронности этих движений Луна обращена к нам всегда одной стороной. Однако мы видим почти 60 % ее по­верхности благодаря либрации — кажущему-