Астероид — это малая планета — объект, который не является ни настоящей планетой , ни идентифицированной кометой — который вращается по орбите внутри Солнечной системы . Это каменистые, металлические или ледяные тела без атмосферы, классифицируемые как C-тип ( углеродистые ), M-тип ( металлические ) или S-тип ( кремнистые ). Размеры и форма астероидов значительно различаются, начиная от небольших груд щебня диаметром менее километра и больше, чем метеороиды , до Цереры , карликовой планеты диаметром почти 1000 км. Тело классифицируется как комета, а не астероид, если оно показывает кому (хвост) при нагревании солнечным излучением, хотя недавние наблюдения предполагают континуум между этими типами тел. [1] [2]
Из примерно миллиона известных астероидов [3] наибольшее количество расположено между орбитами Марса и Юпитера , примерно в 2-4 а.е. от Солнца, в регионе, известном как главный пояс астероидов . Общая масса всех астероидов вместе взятых составляет всего 3% от массы Луны Земли . Большинство астероидов главного пояса следуют по слегка эллиптическим, стабильным орбитам, вращаясь в том же направлении, что и Земля, и совершая полный оборот вокруг Солнца за три-шесть лет. [4]
Астероиды исторически наблюдались с Земли. Первое наблюдение астероида с близкого расстояния было сделано космическим аппаратом Galileo . Впоследствии NASA и JAXA запустили несколько специальных миссий к астероидам , и планы других миссий находятся в стадии разработки. NEAR Shoemaker от NASA изучал Эрос , а Dawn наблюдал Весту и Цереру . Миссии JAXA Hayabusa и Hayabusa2 изучали и вернули образцы Итокавы и Рюгу соответственно. OSIRIS-REx изучал Бенну , собрав образец в 2020 году, который был доставлен обратно на Землю в 2023 году. Lucy от NASA , запущенный в 2021 году, призван изучить десять различных астероидов, два из главного пояса и восемь троянцев Юпитера . Psyche , запущенный в октябре 2023 года, нацелен на изучение металлического астероида Psyche .
Околоземные астероиды могут иметь катастрофические последствия, если они столкнутся с Землей, ярким примером чего является столкновение с Чиксулубом , которое, как широко считается, вызвало массовое вымирание в мелово-палеогеновый период . В качестве эксперимента по преодолению этой опасности в сентябре 2022 года космический аппарат Double Asteroid Redirection Test успешно изменил орбиту неопасного астероида Диморфос , врезавшись в него.
В 2006 году Международный астрономический союз (МАС) ввел в настоящее время предпочтительный широкий термин « малое тело Солнечной системы» , определяемый как объект в Солнечной системе , который не является ни планетой , ни карликовой планетой , ни естественным спутником ; сюда входят астероиды, кометы и недавно открытые классы. [5] По данным МАС, «термин «малая планета» все еще может использоваться, но в целом предпочтительным будет термин «малое тело Солнечной системы». [6]
Исторически первый обнаруженный астероид, Церера , сначала считался новой планетой. [a] За этим последовало открытие других подобных тел, которые с оборудованием того времени казались точками света, похожими на звезды, не имеющими или имеющими небольшой планетарный диск, хотя их было легко отличить от звезд из-за их видимых движений. Это побудило астронома сэра Уильяма Гершеля предложить термин астероид , [b] придуманный на греческом языке как ἀστεροειδής, или asteroeidēs , что означает «звездообразный, звездообразный», и происходит от древнегреческого ἀστήρ aster «звезда, планета». В начале второй половины 19 века термины астероид и планета (не всегда квалифицируемые как «малые») все еще использовались как взаимозаменяемые. [c]
Традиционно малые тела, вращающиеся вокруг Солнца, классифицировались как кометы , астероиды или метеороиды , а все, что меньше одного метра в поперечнике, называлось метеороидом. Термин «астероид» официально никогда не определялся, [11] но может неформально использоваться для обозначения «неправильного по форме скалистого тела, вращающегося вокруг Солнца, которое не подпадает под определение планеты или карликовой планеты в соответствии с определениями МАС». [12] Главное различие между астероидом и кометой заключается в том, что у кометы есть кома (хвост) из-за сублимации ее поверхностных льдов солнечным излучением. Несколько объектов сначала были классифицированы как малые планеты, но позже проявили признаки кометной активности. И наоборот, некоторые (возможно, все) кометы в конечном итоге истощают свои поверхностные летучие льды и становятся похожими на астероиды. Еще одно отличие заключается в том, что кометы обычно имеют более эксцентричные орбиты, чем большинство астероидов; астероиды с высоким эксцентриситетом, вероятно, являются спящими или потухшими кометами. [13]
Малые планеты за орбитой Юпитера иногда также называют «астероидами», особенно в популярных презентациях. [d] Однако все чаще термин «астероид» ограничивают малыми планетами внутренней Солнечной системы. [15] Поэтому в этой статье мы ограничимся в основном классическими астероидами: объектами пояса астероидов , троянцами Юпитера и околоземными объектами .
В течение почти двух столетий после открытия Цереры в 1801 году все известные астероиды проводили большую часть своего времени на орбите Юпитера или внутри нее, хотя некоторые, такие как 944 Идальго , отважились продвинуться дальше на часть своей орбиты. Начиная с 1977 года с 2060 Хирона , астрономы обнаружили небольшие тела, которые постоянно находились дальше Юпитера, теперь называемые кентаврами . В 1992 году был открыт 15760 Альбион , первый объект за орбитой Нептуна (кроме Плутона ); вскоре было обнаружено большое количество подобных объектов, теперь называемых транснептуновыми объектами . Еще дальше находятся объекты пояса Койпера , объекты рассеянного диска и гораздо более далекое облако Оорта , предположительно являющееся основным резервуаром спящих комет. Они обитают в холодных внешних пределах Солнечной системы, где льды остаются твердыми, а кометоподобные тела проявляют небольшую кометную активность; Если бы кентавры или транснептуновые объекты приблизились к Солнцу, их летучие льды сублимировались бы , и традиционные подходы классифицировали бы их как кометы.
Тела пояса Койпера называются «объектами» отчасти для того, чтобы избежать необходимости классифицировать их как астероиды или кометы. [15] Считается, что по составу они преимущественно похожи на кометы, хотя некоторые из них могут быть более похожи на астероиды. [16] Большинство из них не имеют сильно эксцентричных орбит, связанных с кометами, а те, что были обнаружены до сих пор, больше традиционных ядер комет . Другие недавние наблюдения, такие как анализ кометной пыли, собранной зондом Stardust , все больше размывают различие между кометами и астероидами, [1] предполагая «континуум между астероидами и кометами», а не резкую разделительную линию. [2]
В 2006 году МАС создал класс карликовых планет для самых больших малых планет — тех, которые достаточно массивны, чтобы стать эллипсоидальными под действием собственной гравитации. Только самый большой объект в поясе астероидов был помещен в эту категорию: Церера , около 975 км (606 миль) в поперечнике. [17] [18]
Несмотря на их большое количество, астероиды являются относительно недавним открытием, причем первый из них — Церера — был идентифицирован только в 1801 году. [19] Только один астероид, 4 Веста , который имеет относительно отражающую поверхность , обычно виден невооруженным глазом в темном небе, когда он находится в благоприятном положении. Редко небольшие астероиды, проходящие близко к Земле, могут быть ненадолго видны невооруженным глазом. [20] По состоянию на апрель 2022 года [update]Центр малых планет имел данные о 1 199 224 малых планетах во внутренней и внешней Солнечной системе, из которых около 614 690 имели достаточно информации, чтобы получить пронумерованные обозначения. [21]
В 1772 году немецкий астроном Иоганн Элерт Боде , ссылаясь на Иоганна Даниэля Тициуса , опубликовал численную последовательность, известную как закон Тициуса–Боде (ныне дискредитированный). За исключением необъясненного зазора между Марсом и Юпитером, формула Боде, казалось, предсказывала орбиты известных планет. [22] [23] Он написал следующее объяснение существования «пропавшей планеты»:
Этот последний пункт, в частности, кажется, вытекает из удивительного соотношения, которое наблюдают известные шесть планет в своих расстояниях от Солнца. Пусть расстояние от Солнца до Сатурна будет принято за 100, тогда Меркурий будет отделен от Солнца 4 такими частями. Венера составляет 4 + 3 = 7. Земля 4 + 6 = 10. Марс 4 + 12 = 16. Теперь в этой столь упорядоченной прогрессии наступает разрыв. После Марса следует пространство в 4 + 24 = 28 частей, в котором еще не было видно ни одной планеты. Можно ли поверить, что Основатель вселенной оставил это пространство пустым? Конечно, нет. Отсюда мы приходим к расстоянию Юпитера на 4 + 48 = 52 части, и, наконец, к расстоянию Сатурна на 4 + 96 = 100 частей. [24]
Формула Боде предсказывала, что будет найдена другая планета с радиусом орбиты около 2,8 астрономических единиц (а.е.), или 420 миллионов км, от Солнца. [23] Закон Тициуса-Боде получил поддержку с открытием Уильямом Гершелем Урана вблизи предсказанного расстояния для планеты за Сатурном . [22] В 1800 году группа во главе с Францем Ксавьером фон Захом , редактором немецкого астрономического журнала Monatliche Correspondenz (Ежемесячная переписка), отправила запросы 24 опытным астрономам (которых он окрестил « небесной полицией »), [23] прося их объединить свои усилия и начать методичный поиск ожидаемой планеты. [23] Хотя они не открыли Цереру, позже они нашли астероиды 2 Паллада , 3 Юнона и 4 Веста . [23]
Одним из астрономов, выбранных для поиска, был Джузеппе Пиацци , католический священник из Академии Палермо, Сицилия. До того, как получить приглашение присоединиться к группе, Пиацци открыл Цереру 1 января 1801 года. [25] Он искал «87-ю [звезду] Каталога зодиакальных звезд г-на Ла Кайля », [22] но обнаружил, что «ей предшествовала другая». [22] Вместо звезды Пиацци нашел движущийся звездообразный объект, который он сначала принял за комету: [26]
Свет был немного слабым и цвета Юпитера , но похожим на многие другие, которые обычно считаются звездами восьмой величины . Поэтому у меня не было сомнений, что это была какая-то другая звезда, кроме неподвижной. [...] Вечером третьего числа мои подозрения превратились в уверенность, поскольку я был уверен, что это не неподвижная звезда. Тем не менее, прежде чем я дал об этом знать, я подождал до вечера четвертого числа, когда с удовлетворением увидел, что она двигалась с той же скоростью, что и в предыдущие дни. [22]
Пиацци наблюдал Цереру в общей сложности 24 раза, последний раз 11 февраля 1801 года, когда болезнь прервала его работу. Он объявил о своем открытии 24 января 1801 года в письмах только двум коллегам-астрономам, своему соотечественнику Барнабе Ориани из Милана и Боде в Берлине. [19] Он сообщил о ней как о комете, но «поскольку ее движение настолько медленное и довольно равномерное, мне несколько раз приходило в голову, что это может быть что-то лучшее, чем комета». [22] В апреле Пиацци отправил свои полные наблюдения Ориани, Боде и французскому астроному Жерому Лаланду . Информация была опубликована в сентябрьском выпуске Monatliche Correspondenz за 1801 год . [26]
К этому времени видимое положение Цереры изменилось (в основном из-за движения Земли вокруг Солнца) и было слишком близко к солнечному блеску, чтобы другие астрономы могли подтвердить наблюдения Пиацци. К концу года Церера должна была снова быть видна, но после столь долгого времени было трудно предсказать ее точное положение. Чтобы восстановить Цереру, математик Карл Фридрих Гаусс , которому тогда было 24 года, разработал эффективный метод определения орбиты . [26] Через несколько недель он предсказал путь Цереры и отправил свои результаты фон Цаху. 31 декабря 1801 года фон Цах и его коллега-небесный полицейский Генрих В. М. Ольберс нашли Цереру вблизи предсказанного положения и таким образом восстановили его. [26] Находясь на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца, Церера, казалось, почти идеально соответствовала закону Тициуса-Боде; Однако Нептун, открытый в 1846 году, находился на 8 а.е. ближе, чем предполагалось, что привело большинство астрономов к выводу, что этот закон был совпадением. [27] Пиацци назвал недавно обнаруженный объект Церерой Фердинандеей, «в честь богини -покровительницы Сицилии и короля Фердинанда Бурбонского ». [24]
Три других астероида ( 2 Паллада , 3 Юнона и 4 Веста ) были открыты группой фон Заха в течение следующих нескольких лет, причем Веста была обнаружена в 1807 году. [23] До 1845 года не было обнаружено новых астероидов. Астроном-любитель Карл Людвиг Хенке начал свои поиски новых астероидов в 1830 году, и пятнадцать лет спустя, во время поисков Весты, он нашел астероид, позже названный 5 Астрея . Это было первое открытие нового астероида за 38 лет. Карл Фридрих Гаусс был удостоен чести дать астероиду название. После этого к ним присоединились другие астрономы; К концу 1851 года было обнаружено 15 астероидов. В 1868 году, когда Джеймс Крейг Уотсон открыл сотый астероид, Французская академия наук выгравировала лица Карла Теодора Роберта Лютера , Джона Рассела Хайнда и Германа Гольдшмидта , трех самых успешных охотников за астероидами того времени, на памятном медальоне, посвященном этому событию. [28]
В 1891 году Макс Вольф стал пионером в использовании астрофотографии для обнаружения астероидов, которые выглядели как короткие полосы на фотографических пластинах с большой выдержкой. [28] Это значительно увеличило скорость обнаружения по сравнению с более ранними визуальными методами: один Вольф открыл 248 астероидов, начиная с 323 Brucia , [29] тогда как до этого момента было открыто лишь немногим более 300. Было известно, что их гораздо больше, но большинство астрономов не беспокоились об этом, некоторые называли их «небесными паразитами», [30] фраза, по-разному приписываемая Эдуарду Зюссу [31] и Эдмунду Вайсу . [32] Даже столетие спустя было идентифицировано, пронумеровано и названо всего несколько тысяч астероидов.
В прошлом астероиды открывались с помощью четырехэтапного процесса. Во-первых, область неба фотографировалась широкоугольным телескопом или астрографом . Делались пары фотографий, как правило, с интервалом в один час. Несколько пар могли быть сделаны в течение ряда дней. Во-вторых, две пленки или пластины одной и той же области просматривались под стереоскопом . Тело на орбите вокруг Солнца слегка перемещалось между парой пленок. Под стереоскопом изображение тела казалось бы слегка парящим над фоном звезд. В-третьих, как только движущееся тело было идентифицировано, его местоположение точно измерялось с помощью оцифровывающего микроскопа. Местоположение измерялось относительно известных местоположений звезд. [33]
Эти первые три шага не являются открытием астероида: наблюдатель только обнаружил явление, которое получает предварительное обозначение , состоящее из года открытия, буквы, представляющей половину месяца открытия, и, наконец, буквы и числа, указывающих порядковый номер открытия (пример: 1998 FJ 74 ). Последний шаг — отправка местоположений и времени наблюдений в Центр малых планет , где компьютерные программы определяют, связывает ли явление более ранние явления в одну орбиту. Если это так, объект получает каталожный номер, а наблюдатель первого явления с вычисленной орбитой объявляется первооткрывателем и удостаивается чести назвать объект при условии одобрения Международным астрономическим союзом . [34]
К 1851 году Королевское астрономическое общество решило, что астероиды открываются с такой быстрой скоростью, что для их категоризации или наименования необходима другая система. В 1852 году, когда де Гаспари открыл двадцатый астероид, Бенджамин Вальц дал ему имя и номер, обозначающий его ранг среди открытых астероидов, 20 Massalia . Иногда астероиды открывались и больше не появлялись. Поэтому, начиная с 1892 года, новые астероиды стали перечисляться по году и заглавной букве, указывающей порядок, в котором орбита астероида была рассчитана и зарегистрирована в течение этого конкретного года. Например, первые два астероида, открытые в 1892 году, были обозначены как 1892A и 1892B. Однако в алфавите не хватило букв для всех астероидов, открытых в 1893 году, поэтому за 1893Z следовало 1893AA. Было испробовано несколько вариантов этих методов, включая обозначения, включавшие год и греческую букву в 1914 году. Простая хронологическая система нумерации была установлена в 1925 году. [28] [35]
В настоящее время все вновь открытые астероиды получают предварительное обозначение (например, 2002 AT 4 ), состоящее из года открытия и буквенно-цифрового кода, указывающего половину месяца открытия и последовательность в пределах этой половины месяца. После подтверждения орбиты астероида ему присваивается номер, а позже ему может быть присвоено имя (например, 433 Эрос ). Официальное соглашение об именовании использует скобки вокруг номера — например, (433) Эрос — но опускание скобок является довольно распространенным явлением. Неформально также распространено опускать номер вообще или опускать его после первого упоминания, когда имя повторяется в тексте. [36] Кроме того, имена могут быть предложены первооткрывателем астероида в соответствии с руководящими принципами, установленными Международным астрономическим союзом. [37]
Первым открытым астероидам были присвоены иконические символы, подобные тем, которые традиционно использовались для обозначения планет. К 1852 году существовало два десятка символов астероидов, которые часто встречались в нескольких вариантах. [38]
В 1851 году, после открытия пятнадцатого астероида, Эвномии , Иоганн Франц Энке внес существенные изменения в предстоящее издание Berliner Astronomisches Jahrbuch (BAJ, Берлинский астрономический ежегодник ) за 1854 год. Он ввел диск (круг), традиционный символ звезды, в качестве общего символа для астероида. Затем круг был пронумерован в порядке открытия, чтобы указать на конкретный астероид. Соглашение о пронумерованных кругах было быстро принято астрономами, и следующий открытый астероид ( 16 Психея , в 1852 году) был первым, обозначенным таким образом во время его открытия. Однако Психея также получила знаковый символ, как и несколько других астероидов, открытых в течение следующих нескольких лет. 20 Массалия был первым астероидом, которому не был присвоен знаковый символ, и никаких знаковых символов не было создано после открытия 37 Фидес в 1855 году . [e] [39]
Многие астероиды являются разрушенными остатками планетезималей , тел внутри солнечной туманности молодого Солнца , которые так и не стали достаточно большими, чтобы стать планетами . [40] Считается, что планетезимали в поясе астероидов развивались так же, как и остальные объекты в солнечной туманности, пока Юпитер не приблизился к своей нынешней массе, после чего возбуждение от орбитальных резонансов с Юпитером вытолкнуло более 99% планетезималей в поясе. Моделирование и разрыв в скорости вращения и спектральных свойствах предполагают, что астероиды, диаметр которых превышает примерно 120 км (75 миль), аккрецировались в ту раннюю эпоху, тогда как более мелкие тела являются фрагментами от столкновений между астероидами во время или после разрушения Юпитера. [41] Церера и Веста стали достаточно большими, чтобы расплавиться и дифференцироваться , при этом тяжелые металлические элементы опустились в ядро, оставив каменистые минералы в коре. [42]
В модели Ниццы многие объекты пояса Койпера захвачены во внешнем поясе астероидов на расстоянии более 2,6 а.е. Большинство из них были позже выброшены Юпитером, но те, что остались, могут быть астероидами D-типа и, возможно, включают Цереру. [43]
Были обнаружены различные динамические группы астероидов, вращающихся по орбите во внутренней Солнечной системе. Их орбиты возмущены гравитацией других тел в Солнечной системе и эффектом Ярковского . Значительные популяции включают:
Большинство известных астероидов вращаются в пределах пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера , как правило, по орбитам с относительно низким эксцентриситетом (т. е. не очень вытянутым). По оценкам, этот пояс содержит от 1,1 до 1,9 миллиона астероидов диаметром более 1 км (0,6 мили) [44] и миллионы более мелких. Эти астероиды могут быть остатками протопланетного диска , и в этой области аккреция планетезималей в планеты в период формирования Солнечной системы была предотвращена большими гравитационными возмущениями Юпитера .
Вопреки распространенным представлениям, пояс астероидов в основном пуст. Астероиды разбросаны по такому большому объему, что достижение астероида без тщательного прицеливания было бы маловероятным. Тем не менее, в настоящее время известны сотни тысяч астероидов, а общее число колеблется в пределах миллионов и более, в зависимости от нижнего предела размера. Известно, что более 200 астероидов имеют размер более 100 км, [45] а исследование в инфракрасном диапазоне длин волн показало, что в поясе астероидов находится от 700 000 до 1,7 миллиона астероидов диаметром 1 км и более. [46] Абсолютные величины большинства известных астероидов составляют от 11 до 19, а медиана составляет около 16. [47]
Общая масса пояса астероидов оценивается в2,39 × 10 21 кг, что составляет всего 3% массы Луны; масса пояса Койпера и рассеянного диска более чем в 100 раз больше. [48] Четыре крупнейших объекта, Церера, Веста, Паллада и Гигея, составляют, возможно, 62% общей массы пояса, причем 39% приходится на одну только Цереру.
Троянцы — это популяции, которые делят орбиту с более крупной планетой или луной, но не сталкиваются с ней, поскольку их орбиты находятся в одной из двух точек устойчивости Лагранжа , L 4 и L 5 , которые лежат на 60° впереди и позади более крупного тела.
В Солнечной системе большинство известных троянцев делят орбиту Юпитера . Они делятся на греческий лагерь в точке L 4 (впереди Юпитера) и троянский лагерь в точке L 5 (за Юпитером). Считается, что существует более миллиона троянцев Юпитера размером более одного километра, [49] из которых в настоящее время каталогизировано более 7000. На других планетарных орбитах на сегодняшний день обнаружено только девять троянцев Марса , 28 троянцев Нептуна , два трояна Урана и два трояна Земли . Также известен временный троян Венеры . Численные моделирования стабильности орбитальной динамики показывают, что у Сатурна и Урана, вероятно, нет никаких изначальных троянцев. [50]
Околоземные астероиды, или АСЗ, — это астероиды, орбиты которых проходят близко к орбите Земли. Астероиды, которые фактически пересекают орбиту Земли, известны как пересекающие Землю . По состоянию на апрель 2022 года [update]было известно в общей сложности 28 772 околоземных астероида; 878 имеют диаметр один километр или больше. [51]
Небольшое количество околоземных астероидов являются потухшими кометами , которые потеряли свои летучие поверхностные материалы, хотя наличие слабого или прерывистого кометоподобного хвоста не обязательно приводит к классификации как околоземной кометы, делая границы несколько размытыми. Остальные околоземные астероиды вытесняются из пояса астероидов гравитационным взаимодействием с Юпитером . [52] [53]
У многих астероидов есть естественные спутники ( луны малых планет ). По состоянию на октябрь 2021 года [update]было известно, что 85 околоземных астероидов имеют по крайней мере одну луну, включая три, у которых, как известно, есть две луны. [54] Астероид 3122 Florence , один из крупнейших потенциально опасных астероидов диаметром 4,5 км (2,8 мили), имеет две луны размером 100–300 м (330–980 футов) в поперечнике, которые были обнаружены с помощью радиолокационных изображений во время сближения астероида с Землей в 2017 году. [55]
Околоземные астероиды делятся на группы в зависимости от их большой полуоси (a), перигелийного расстояния (q) и афелийного расстояния (Q): [56] [52]
Неясно, являются ли марсианские луны Фобос и Деймос захваченными астероидами или они образовались в результате удара о Марс. [58] Фобос и Деймос имеют много общего с углеродистыми астероидами C-типа , со спектрами , альбедо и плотностью, очень похожими на спектры астероидов C- или D-типа. [59] Основываясь на их сходстве, одна из гипотез заключается в том, что обе луны могут быть захваченными астероидами главного пояса . [60] [61] Обе луны имеют очень круговые орбиты, которые лежат почти точно в экваториальной плоскости Марса , и, следовательно, для происхождения захвата требуется механизм для округления изначально сильно эксцентричной орбиты и корректировки ее наклона в экваториальную плоскость, скорее всего, за счет комбинации атмосферного сопротивления и приливных сил , [62] хотя неясно, было ли достаточно времени для этого в случае Деймоса. [58] Захват также требует рассеивания энергии. Современная марсианская атмосфера слишком разрежена, чтобы захватить объект размером с Фобос путем атмосферного торможения. [58] Джеффри А. Лэндис указал, что захват мог произойти, если бы изначальное тело было бинарным астероидом , который разделился под действием приливных сил. [61] [63]
Фобос может быть объектом Солнечной системы второго поколения, который сформировался на орбите после образования Марса, а не сформировался одновременно с ним из того же облака рождения. [64]
Другая гипотеза заключается в том, что Марс когда-то был окружен множеством тел размером с Фобос и Деймос, возможно, выброшенных на орбиту вокруг него в результате столкновения с крупной планетезималью . [65] Высокая пористость внутренней части Фобоса (основанная на плотности 1,88 г/см3 , пустоты, по оценкам, составляют от 25 до 35 процентов объема Фобоса) несовместима с астероидным происхождением. [66] Наблюдения за Фобосом в тепловом инфракрасном диапазоне предполагают состав, содержащий в основном филлосиликаты , которые хорошо известны по поверхности Марса. Спектры отличаются от спектров всех классов хондритовых метеоритов, что снова указывает в сторону от астероидного происхождения. [67] Оба набора выводов подтверждают происхождение Фобоса из материала, выброшенного при ударе о Марс, который повторно аккрецировал на марсианской орбите, [68] аналогично преобладающей теории происхождения Луны Земли.
Астероиды сильно различаются по размеру: от почти1000 км для самого большого до камней всего 1 метр в поперечнике, ниже которого объект классифицируется как метеороид . [f] Три самых больших очень похожи на миниатюрные планеты: они примерно сферические, имеют по крайней мере частично дифференцированные внутренности, [69] и считаются выжившими протопланетами . Однако подавляющее большинство намного меньше и имеют неправильную форму; считается, что они являются либо разбитыми планетезималями , либо фрагментами более крупных тел.
Карликовая планета Церера является самым крупным астероидом, ее диаметр составляет 940 км (580 миль). Следующими по величине являются 4 Веста и 2 Паллада , оба с диаметрами чуть более 500 км (300 миль). Веста является самым ярким из четырех астероидов главного пояса, которые иногда можно увидеть невооруженным глазом. [70] В некоторых редких случаях околоземный астероид может на короткое время стать видимым без технической помощи; см. 99942 Апофис .
Масса всех объектов пояса астероидов , лежащих между орбитами Марса и Юпитера , оценивается в(2394 ± 6) × 10 18 кг , ≈ 3,25% массы Луны. Из них Церера состоит938 × 10 18 кг , около 40% от общего числа. Добавление следующих трех самых массивных объектов, Весты (11%), Паллады (8,5%) и Гигеи (3–4%), увеличивает эту цифру до чуть более 60%, тогда как следующие семь самых массивных астероидов доводят общее число до 70%. [48] Количество астероидов быстро увеличивается по мере уменьшения их индивидуальных масс.
Число астероидов заметно уменьшается с увеличением размера. Хотя распределение размеров обычно следует степенному закону , есть «выступы» примерно в5 км и100 км , где обнаружено больше астероидов, чем ожидалось по такой кривой. Большинство астероидов, диаметр которых больше примерно 120 км, являются первичными (сохранившимися с эпохи аккреции), тогда как большинство меньших астероидов являются продуктами фрагментации первичных астероидов. Первичная популяция главного пояса, вероятно, была в 200 раз больше, чем сегодня. [71] [72]
Три крупнейших объекта в поясе астероидов, Церера , Веста и Паллада , являются неповрежденными протопланетами , которые имеют много общих для планет характеристик и являются нетипичными по сравнению с большинством астероидов неправильной формы. Четвертый по величине астероид, Гигея , выглядит почти сферическим, хотя может иметь недифференцированную внутреннюю часть, [73] как и большинство астероидов. Четыре крупнейших астероида составляют половину массы пояса астероидов.
Церера — единственный астероид, который, по-видимому, имеет пластичную форму под действием собственной гравитации, и, следовательно, единственный, который является карликовой планетой . [74] Он имеет гораздо большую абсолютную величину , чем другие астероиды, около 3,32, [75] и может обладать поверхностным слоем льда. [76] Как и планеты, Церера дифференцирована: у нее есть кора, мантия и ядро. [76] Метеориты с Цереры на Земле не обнаружены. [77]
Веста также имеет дифференцированную внутреннюю часть, хотя она образовалась внутри линии замерзания Солнечной системы , и поэтому лишена воды; [78] [79] ее состав в основном состоит из базальтовой породы с минералами, такими как оливин. [80] Помимо большого кратера на ее южном полюсе, Реасильвии , Веста также имеет эллипсоидальную форму. Веста является родительским телом семейства Вестиан и других астероидов V-типа , а также является источником метеоритов HED , которые составляют 5% всех метеоритов на Земле.
Паллада необычна тем, что, как и Уран , она вращается на боку, а ее ось вращения наклонена под большими углами к плоскости ее орбиты. [81] Ее состав похож на состав Цереры: высокое содержание углерода и кремния, и, возможно, частично дифференцирована. [82] Паллада является родительским телом семейства астероидов Палладио .
Гигея — крупнейший углеродистый астероид [83] и, в отличие от других крупнейших астероидов, лежит относительно близко к плоскости эклиптики . Это крупнейший член и предполагаемое родительское тело семейства астероидов Гигиеи . Поскольку на поверхности нет достаточно большого кратера, чтобы быть источником этого семейства, как на Весте, считается, что Гигея могла быть полностью разрушена в результате столкновения, которое сформировало семейство Гигиеи, и вновь объединилась после потери чуть менее 2% своей массы. Наблюдения, проведенные с помощью визуализатора SPHERE Очень Большого Телескопа в 2017 и 2018 годах, показали, что Гигея имеет почти сферическую форму, что согласуется как с тем, что она находится в гидростатическом равновесии , так и с тем, что она находилась в гидростатическом равновесии ранее, или с тем, что она была разрушена и вновь объединилась. [84] [85]
Внутренняя дифференциация крупных астероидов, возможно, связана с отсутствием у них естественных спутников , поскольку считается, что спутники астероидов главного пояса в основном образуются в результате столкновительного разрушения, в результате чего образуется структура в виде груды обломков . [77]
Измерения скоростей вращения крупных астероидов в поясе астероидов показывают, что существует верхний предел. Очень немногие астероиды диаметром более 100 метров имеют период вращения менее 2,2 часов. [86] Для астероидов, вращающихся быстрее, чем приблизительно эта скорость, инерционная сила на поверхности больше, чем сила гравитации, поэтому любой рыхлый поверхностный материал будет выброшен. Однако твердый объект должен иметь возможность вращаться гораздо быстрее. Это говорит о том, что большинство астероидов диаметром более 100 метров представляют собой груды обломков, образованные путем накопления обломков после столкновений между астероидами. [87]
Астероиды становятся темнее и краснее с возрастом из-за космического выветривания . [88] Однако данные свидетельствуют о том, что большая часть изменения цвета происходит быстро, в течение первых ста тысяч лет, что ограничивает полезность спектральных измерений для определения возраста астероидов. [89]
За исключением « большой четверки » (Церера, Паллада, Веста и Гигея), астероиды, вероятно, в целом похожи по внешнему виду, хотя и имеют неправильную форму. 50 км (31 миля) 253 Матильда представляет собой груду щебня, насыщенную кратерами с диаметрами, равными радиусу астероида. Наземные наблюдения 300 км (190 миль) 511 Давида , одного из крупнейших астероидов после большой четверки, показывают аналогичный угловой профиль, что позволяет предположить, что он также насыщен кратерами размером с радиус. [90] Астероиды среднего размера, такие как Матильда и 243 Ида , которые наблюдались вблизи, также показывают глубокий реголит, покрывающий поверхность. Из большой четверки Паллада и Гигея практически неизвестны. Веста имеет компрессионные трещины, окружающие кратер размером с радиус на ее южном полюсе, но в остальном является сфероидом .
Космический аппарат Dawn показал, что поверхность Цереры сильно кратерирована, но с меньшим количеством крупных кратеров, чем ожидалось. [91] Модели, основанные на формировании нынешнего пояса астероидов, предполагали, что на Церере должно быть от 10 до 15 кратеров диаметром более 400 км (250 миль). [91] Самый большой подтвержденный кратер на Церере, бассейн Керван , имеет диаметр 284 км (176 миль). [92] Наиболее вероятной причиной этого является вязкая релаксация коры, медленно сглаживающая более крупные удары. [91]
Астероиды классифицируются по их характерным спектрам излучения , при этом большинство из них делятся на три основные группы: C-тип , M-тип и S-тип . Они описывают углеродистый ( богатый углеродом ), металлический и кремнистый (каменистый) состав соответственно. Физический состав астероидов разнообразен и в большинстве случаев плохо изучен. Церера, по-видимому, состоит из скалистого ядра, покрытого ледяной мантией; Веста, как полагают, имеет никель-железное ядро, оливиновую мантию и базальтовую кору. [93] Считается, что это самый большой недифференцированный астероид, 10 Гигея, по-видимому, имеет однородно примитивный состав углеродистого хондрита , но на самом деле это может быть дифференцированный астероид, который был глобально разрушен ударом, а затем собран заново. Другие астероиды, по-видимому, являются остатками ядер или мантий протопланет, с высоким содержанием камня и металла. Большинство небольших астероидов, как полагают, представляют собой груды обломков, свободно удерживаемые гравитацией, хотя самые крупные, вероятно, твердые. Некоторые астероиды имеют луны или являются со-орбитальными двойными : груды обломков, луны, двойные и разбросанные семейства астероидов считаются результатами столкновений, которые разрушили родительский астероид или, возможно, планету . [94]
В главном поясе астероидов, по-видимому, существуют две основные популяции астероидов: темная, богатая летучими веществами популяция, состоящая из астероидов C-типа и P-типа , с альбедо менее 0,10 и плотностью менее2,2 г/см 3 , и плотная, бедная летучими веществами популяция, состоящая из астероидов S-типа и M-типа , с альбедо более 0,15 и плотностью более 2,7. В пределах этих популяций более крупные астероиды плотнее, предположительно из-за сжатия. Кажется, что минимальная макропористость (интерстициальный вакуум) наблюдается в баллах астероидов с массой более10 × 10 18 кг . [95]
Состав рассчитывается из трех основных источников: альбедо , поверхностный спектр и плотность. Последний можно точно определить только путем наблюдения за орбитами лун, которые может иметь астероид. До сих пор каждый астероид со лунами оказывался грудой щебня, рыхлым конгломератом камня и металла, который по объему может быть наполовину пустым пространством. Исследованные астероиды имеют диаметр до 280 км и включают 121 Гермиона (268×186×183 км) и 87 Сильвия (384×262×232 км). Немногие астероиды крупнее 87 Сильвия , ни у одного из них нет лун. Тот факт, что такие крупные астероиды, как Сильвия, могут быть грудами щебня, предположительно из-за разрушительных ударов, имеет важные последствия для формирования Солнечной системы: компьютерное моделирование столкновений с участием твердых тел показывает, что они уничтожают друг друга так же часто, как и сливаются, но сталкивающиеся груды щебня с большей вероятностью будут сливаться. Это означает, что ядра планет могли сформироваться относительно быстро. [96]
Ученые предполагают, что часть первой воды, принесенной на Землю, была доставлена ударами астероидов после столкновения, в результате которого образовалась Луна . [97] В 2009 году присутствие водяного льда было подтверждено на поверхности 24 Фемиды с помощью инфракрасного телескопа НАСА . Поверхность астероида выглядит полностью покрытой льдом. Поскольку этот ледяной слой сублимируется , он может пополняться из резервуара льда под поверхностью. Органические соединения также были обнаружены на поверхности. [98] [99] [97] [100] Наличие льда на 24 Фемиде делает первоначальную теорию правдоподобной. [97]
В октябре 2013 года вода была впервые обнаружена на внесолнечном теле, на астероиде, вращающемся вокруг белого карлика GD 61. [ 101] 22 января 2014 года ученые Европейского космического агентства (ЕКА) сообщили об обнаружении, впервые определенном, водяного пара на Церере , самом крупном объекте в поясе астероидов. [102] Обнаружение было сделано с использованием возможностей космической обсерватории Гершеля в дальнем инфракрасном диапазоне . [103] Открытие является неожиданным, поскольку кометы, а не астероиды, обычно считаются «выбрасывающими струи и шлейфы». По словам одного из ученых, «границы между кометами и астероидами становятся все более размытыми». [103]
Результаты показали, что солнечные ветры могут реагировать с кислородом в верхнем слое астероидов и создавать воду. Было подсчитано, что «каждый кубический метр облученной породы может содержать до 20 литров»; исследование проводилось с использованием атомно-зондовой томографии, цифры приведены для астероида Итокава S-типа. [104] [105]
Acfer 049, метеорит, обнаруженный в Алжире в 1990 году, как было показано в 2019 году, имеет ультрапористую литологию (UPL): пористую текстуру, которая могла быть образована путем удаления льда, заполнявшего эти поры, это говорит о том, что UPL «представляют собой окаменелости первичного льда» [106] .
Астероиды содержат следы аминокислот и других органических соединений, и некоторые предполагают, что удары астероидов могли засеять раннюю Землю химическими веществами, необходимыми для зарождения жизни, или даже могли принести саму жизнь на Землю (событие, называемое « панспермия »). [107] [108] В августе 2011 года был опубликован отчет, основанный на исследованиях НАСА с метеоритами, найденными на Земле , в котором предполагалось, что компоненты ДНК и РНК ( аденин , гуанин и родственные органические молекулы ) могли быть сформированы на астероидах и кометах в открытом космосе . [109] [110] [111]
В ноябре 2019 года ученые сообщили об обнаружении впервые молекул сахара , включая рибозу , в метеоритах , что позволяет предположить, что химические процессы на астероидах могут производить некоторые принципиально важные биоингредиенты, важные для жизни , и подтверждает идею о мире РНК, предшествующем возникновению жизни на Земле на основе ДНК , а также, возможно, идею панспермии . [112] [113] [114]
Астероиды обычно классифицируются по двум критериям: характеристикам их орбит и особенностям их спектра отражения .
_2010_SO16_orbit.gif/1280px-Animation_of_(419624)_2010_SO16_orbit.gif)
Многие астероиды были объединены в группы и семейства на основе их орбитальных характеристик. Помимо самых широких разделений, принято называть группу астероидов в честь первого члена этой группы, который был обнаружен. Группы представляют собой относительно свободные динамические ассоциации, тогда как семейства более плотные и являются результатом катастрофического распада крупного родительского астероида когда-то в прошлом. [115] Семейства более распространены и их легче идентифицировать в пределах главного пояса астероидов, но несколько небольших семейств были зарегистрированы среди троянцев Юпитера . [116] Главные семейства пояса были впервые обнаружены Киёцугу Хираямой в 1918 году и часто называются семействами Хираямы в его честь.
Около 30–35% тел в поясе астероидов принадлежат к динамическим семействам, каждое из которых, как полагают, имеет общее происхождение в прошлом столкновении астероидов. Семейство также было связано с плутоидной карликовой планетой Хаумеа .
Некоторые астероиды имеют необычные подковообразные орбиты , которые являются коорбитальными с Землей или другой планетой. Примерами являются 3753 Cruithne и 2002 AA 29 . Первый случай такого типа орбитального расположения был обнаружен между лунами Сатурна Эпиметеем и Янусом . Иногда эти подковообразные объекты временно становятся квазиспутниками на несколько десятилетий или несколько сотен лет, прежде чем вернуться к своему прежнему статусу. Известно, что и Земля, и Венера имеют квазиспутники.
Такие объекты, если они связаны с Землей или Венерой или даже гипотетически с Меркурием , являются особым классом астероидов Атона . Однако такие объекты могут быть связаны и с внешними планетами.
В 1975 году Чепмен , Моррисон и Зеллнер разработали таксономическую систему астероидов, основанную на цвете , альбедо и спектральной форме . [117] Считается, что эти свойства соответствуют составу поверхностного материала астероида. Первоначальная система классификации имела три категории: C-типы для темных углеродистых объектов (75% известных астероидов), S-типы для каменистых (кремнистых) объектов (17% известных астероидов) и U для тех, которые не вписывались ни в C, ни в S. С тех пор эта классификация была расширена и включила в себя множество других типов астероидов. Количество типов продолжает расти по мере изучения большего количества астероидов.
Две наиболее широко используемые в настоящее время таксономии — это классификация Толена и классификация SMASS . Первая была предложена в 1984 году Дэвидом Дж. Толеном и основывалась на данных, собранных в ходе восьмицветного обзора астероидов, проведенного в 1980-х годах. В результате было выделено 14 категорий астероидов. [118] В 2002 году в результате Малого главного пояса астероидов спектроскопического обзора была получена модифицированная версия таксономии Толена с 24 различными типами. Обе системы имеют три широкие категории астероидов C, S и X, где X состоит в основном из металлических астероидов, таких как астероиды типа M. Есть также несколько более мелких классов. [119]
Доля известных астероидов, относящихся к различным спектральным типам, не обязательно отражает долю всех астероидов, относящихся к этому типу; некоторые типы обнаружить легче, чем другие, что искажает общие данные.
Первоначально спектральные обозначения основывались на выводах о составе астероида. [120] Однако соответствие между спектральным классом и составом не всегда очень хорошее, и используются различные классификации. Это привело к значительной путанице. Хотя астероиды разных спектральных классификаций, вероятно, состоят из разных материалов, нет никаких гарантий, что астероиды в пределах одного таксономического класса состоят из тех же (или похожих) материалов.
Активные астероиды — это объекты, которые имеют орбиты, подобные астероидам, но демонстрируют визуальные характеристики, подобные кометам . То есть, они демонстрируют комы , хвосты или другие визуальные свидетельства потери массы (как комета), но их орбита остается в пределах орбиты Юпитера (как астероид). [121] [122] Эти тела были первоначально обозначены как кометы главного пояса (MBC) в 2006 году астрономами Дэвидом Джуиттом и Генри Се, но это название подразумевает, что они обязательно ледяные по составу, как комета, и что они существуют только в пределах главного пояса , тогда как растущая популяция активных астероидов показывает, что это не всегда так. [121] [123] [124]
Первый обнаруженный активный астероид — 7968 Elst–Pizarro . Он был открыт (как астероид) в 1979 году, но затем, в 1996 году, Эрик Элст и Гвидо Писарро обнаружили у него хвост, и ему было присвоено кометное обозначение 133P/Elst-Pizarro. [121] [125] Еще один примечательный объект — 311P/PanSTARRS : наблюдения, проведенные космическим телескопом «Хаббл», показали, что у него было шесть кометоподобных хвостов. [126] Предполагается, что хвосты представляют собой потоки материала, выброшенного астероидом в результате вращения астероида- кучи обломков достаточно быстро, чтобы удалить из него материал. [127]
.png/1280px-Hubble_view_of_Dimorphos_ejecta_(October_8).png)
Врезавшись в астероид Диморфос , космический аппарат NASA's Double Asteroid Redirection Test сделал его активным астероидом. Ученые предположили, что некоторые активные астероиды являются результатом ударных событий, но никто никогда не наблюдал активацию астероида. Миссия DART активировала Диморфос в точно известных и тщательно наблюдаемых условиях удара, что позволило впервые подробно изучить формирование активного астероида. [128] [129] Наблюдения показывают, что Диморфос потерял около 1 миллиона килограммов после столкновения. [130] Удар вызвал пылевой шлейф, который временно осветлил систему Дидимоса и образовал пылевой хвост длиной 10 000 километров (6 200 миль), который сохранялся в течение нескольких месяцев. [131] [132] [133]
До эпохи космических путешествий объекты в поясе астероидов можно было наблюдать только с помощью больших телескопов, их формы и рельеф оставались загадкой. Лучшие современные наземные телескопы и вращающийся вокруг Земли космический телескоп Хаббл могут различить лишь небольшое количество деталей на поверхности крупнейших астероидов. Ограниченную информацию о форме и составе астероидов можно получить из их кривых блеска (изменение яркости во время вращения) и их спектральных свойств. Размеры можно оценить, измерив продолжительность затмений звезд (когда астероид проходит прямо перед звездой). Радиолокационная съемка может дать хорошую информацию о форме астероидов, а также орбитальных и вращательных параметрах, особенно для околоземных астероидов. Пролеты космических аппаратов могут предоставить гораздо больше данных, чем любые наземные или космические наблюдения; миссии по возврату образцов дают представление о составе реголита.
Поскольку астероиды являются довольно маленькими и слабыми объектами, данные, которые можно получить с помощью наземных наблюдений (GBO), ограничены. С помощью наземных оптических телескопов можно получить визуальную величину; при преобразовании в абсолютную величину она дает грубую оценку размера астероида. Измерения кривой блеска также могут быть сделаны с помощью GBO; при сборе в течение длительного периода времени это позволяет оценить период вращения, ориентацию полюсов (иногда) и грубую оценку формы астероида. Спектральные данные (как видимый свет, так и ближняя инфракрасная спектроскопия) дают информацию о составе объекта, используемую для классификации наблюдаемых астероидов. Такие наблюдения ограничены, поскольку они предоставляют информацию только о тонком слое на поверхности (до нескольких микрометров). [134] Как пишет планетолог Патрик Мишель :
Наблюдения в среднем и тепловом инфракрасном диапазоне, наряду с поляриметрическими измерениями, являются, вероятно, единственными данными, которые дают некоторое представление о фактических физических свойствах. Измерение теплового потока астероида на одной длине волны дает оценку размеров объекта; эти измерения имеют меньшую неопределенность, чем измерения отраженного солнечного света в видимой области спектра. Если два измерения можно объединить, можно получить как эффективный диаметр, так и геометрическое альбедо — последнее является мерой яркости при нулевом фазовом угле, то есть когда освещение исходит прямо позади наблюдателя. Кроме того, тепловые измерения на двух или более длинах волн, а также яркость в видимой области света, дают информацию о тепловых свойствах. Тепловая инерция, которая является мерой того, как быстро материал нагревается или остывает, большинства наблюдаемых астероидов ниже, чем эталонное значение для голой скалы, но больше, чем у лунного реголита; это наблюдение указывает на наличие изолирующего слоя гранулированного материала на их поверхности. Более того, похоже, существует тенденция, возможно, связанная с гравитационной средой, что более мелкие объекты (с меньшей гравитацией) имеют небольшой слой реголита, состоящий из крупных зерен, в то время как более крупные объекты имеют более толстый слой реголита, состоящий из мелких зерен. Однако подробные свойства этого слоя реголита плохо известны из удаленных наблюдений. Более того, связь между тепловой инерцией и шероховатостью поверхности не является прямой, поэтому нужно с осторожностью интерпретировать тепловую инерцию. [134] [ избыточная цитата ]
Околоземные астероиды, которые приближаются к планете, можно изучать более подробно с помощью радара ; он предоставляет информацию о поверхности астероида (например, может показать наличие кратеров и валунов). Такие наблюдения проводились обсерваторией Аресибо в Пуэрто-Рико (305-метровая тарелка) и обсерваторией Голдстоун в Калифорнии (70-метровая тарелка). Радарные наблюдения также можно использовать для точного определения орбитальной и вращательной динамики наблюдаемых объектов. [134]
.jpg/1280px-WISE_artist_concept_(PIA17254,_crop).jpg)
Как космические, так и наземные обсерватории проводили программы поиска астероидов; ожидается, что космические поиски обнаружат больше объектов, поскольку нет атмосферы, которая могла бы помешать, и потому что они могут наблюдать большие участки неба. NEOWISE наблюдал более 100 000 астероидов главного пояса, космический телескоп Spitzer наблюдал более 700 околоземных астероидов. Эти наблюдения определили приблизительные размеры большинства наблюдаемых объектов, но предоставили ограниченные сведения о свойствах поверхности (таких как глубина и состав реголита, угол естественного откоса, сцепление и пористость). [134]
Астероиды также изучались космическим телескопом Хаббл , например, отслеживание сталкивающихся астероидов в главном поясе, [135] [136] разрушение астероида, [137] наблюдение за активным астероидом с шестью кометоподобными хвостами, [138] и наблюдение за астероидами, которые были выбраны в качестве целей специальных миссий. [139] [140]
По словам Патрика Мишеля
Внутренняя структура астероидов выводится только из косвенных доказательств: объемной плотности, измеренной космическими аппаратами, орбит естественных спутников в случае двойных астероидов и дрейфа орбиты астероида из-за теплового эффекта Ярковского. Космический аппарат вблизи астероида достаточно возмущен гравитацией астероида, чтобы позволить оценить массу астероида. Затем объем оценивается с использованием модели формы астероида. Масса и объем позволяют вывести объемную плотность, неопределенность которой обычно доминирует из-за ошибок, сделанных при оценке объема. Внутреннюю пористость астероидов можно вывести, сравнив их объемную плотность с плотностью их предполагаемых аналогов метеоритов, темные астероиды кажутся более пористыми (>40%), чем яркие. Природа этой пористости неясна. [134]
Первым астероидом, сфотографированным крупным планом, был 951 Гаспра в 1991 году, за ним в 1993 году последовали 243 Ида и его луна Дактиль , все они были сфотографированы зондом Галилео по пути к Юпитеру . Другие астероиды, которые ненадолго посетили космические аппараты по пути в другие пункты назначения, включают 9969 Брайль ( Deep Space 1 в 1999 году), 5535 Аннефранк ( Stardust в 2002 году), 2867 Штейнс и 21 Лютеция (зондом Розетта в 2008 году) и 4179 Тутатис (китайский лунный орбитальный аппарат Чанъэ 2 , который пролетел на расстоянии 3,2 км (2 мили) в 2012 году).
Первым специализированным астероидным зондом был NEAR Shoemaker от NASA , который сфотографировал 253 Mathilde в 1997 году, прежде чем выйти на орбиту вокруг 433 Eros , и наконец приземлился на его поверхность в 2001 году. Это был первый космический аппарат, который успешно вышел на орбиту и приземлился на астероиде. [141] С сентября по ноябрь 2005 года японский зонд Hayabusa подробно изучал 25143 Itokawa и вернул образцы его поверхности на Землю 13 июня 2010 года, что стало первой миссией по возврату образцов астероида. В 2007 году NASA запустило космический аппарат Dawn , который вращался вокруг 4 Vesta в течение года и наблюдал за карликовой планетой Церерой в течение трех лет.
Зонд «Хаябуса-2» , запущенный JAXA в 2014 году, более года вращался вокруг своего целевого астероида 162173 Рюгу и взял образцы, которые были доставлены на Землю в 2020 году. В настоящее время космический аппарат выполняет расширенную миссию и, как ожидается, достигнет новой цели в 2031 году.
В 2016 году НАСА запустило OSIRIS-REx , миссию по возвращению образцов на астероид 101955 Бенну . В 2021 году зонд покинул астероид с образцом с его поверхности. Образец был доставлен на Землю в сентябре 2023 года. Космический аппарат продолжает свою расширенную миссию, получившую обозначение OSIRIS-APEX, по исследованию околоземного астероида Апофис в 2029 году.
В 2021 году НАСА запустило Double Asteroid Redirection Test (DART), миссию по испытанию технологий защиты Земли от потенциально опасных объектов. DART намеренно врезался в луну малой планеты Диморфос двойного астероида Дидим в сентябре 2022 года, чтобы оценить потенциал удара космического корабля, способного отклонить астероид от курса столкновения с Землей. [142] В октябре НАСА объявило DART успешным, подтвердив, что он сократил орбитальный период Диморфоса вокруг Дидимоса примерно на 32 минуты. [143]
Lucy от NASA , запущенный в 2021 году, представляет собой зонд для пролета нескольких астероидов, сфокусированный на пролете мимо 7 троянов Юпитера разных типов. Хотя он еще не достиг своей первой главной цели, 3548 Eurybates , до 2027 года, он совершил пролет мимо астероида главного пояса 152830 Dinkinesh и собирается пролететь мимо другого астероида 52246 Donaldjohanson в 2025 году. [144] [145]
Концепция добычи полезных ископаемых на астероидах была предложена в 1970-х годах. Мэтт Андерсон определяет успешную добычу полезных ископаемых на астероидах как «разработку программы добычи полезных ископаемых, которая является как финансово самодостаточной, так и прибыльной для ее инвесторов». [149] Было высказано предположение, что астероиды могут использоваться в качестве источника материалов, которые могут быть редкими или исчерпанными на Земле, [150] или материалов для строительства космических жилищ . Материалы, которые являются тяжелыми и дорогими для запуска с Земли, когда-нибудь могут быть добыты на астероидах и использованы для космического производства и строительства. [151] [152]
По мере того, как истощение ресурсов на Земле становится все более реальным, идея извлечения ценных элементов из астероидов и возвращения их на Землю для получения прибыли или использования космических ресурсов для строительства спутников солнечной энергии и космических жилищ [153] [154] становится все более привлекательной. Гипотетически, вода, полученная из льда , могла бы заправлять орбитальные топливные хранилища [155] [156]
С точки зрения астробиологии , разведка астероидов может предоставить научные данные для поиска внеземного разума ( SETI ). Некоторые астрофизики предположили, что если развитые внеземные цивилизации давно занимались добычей полезных ископаемых на астероидах, то можно обнаружить следы этой деятельности. [157] [158] [159]
Растет интерес к идентификации астероидов, чьи орбиты пересекают орбиты Земли , и которые могли бы, при достаточном времени, столкнуться с Землей. Три наиболее важные группы околоземных астероидов — это Аполлоны , Аморы и Атены .
Околоземный астероид 433 Эрос был открыт еще в 1898 году, а 1930-е годы принесли шквал подобных объектов. В порядке открытия это были: 1221 Амур , 1862 Аполлон , 2101 Адонис и, наконец, 69230 Гермес , который приблизился на расстояние 0,005 а. е. от Земли в 1937 году. Астрономы начали осознавать возможности столкновения с Землей.
Два события в последующие десятилетия усилили тревогу: растущее признание гипотезы Альвареса о том, что событие столкновения привело к вымиранию мелового и палеогенового периодов , и наблюдение в 1994 году за кометой Шумейкеров-Леви 9, врезавшейся в Юпитер . Американские военные также рассекретили информацию о том, что их военные спутники , созданные для обнаружения ядерных взрывов , зафиксировали сотни столкновений в верхних слоях атмосферы объектов диаметром от одного до десяти метров.
Все эти соображения помогли ускорить запуск высокоэффективных обзоров, состоящих из камер с зарядовой связью ( ПЗС ) и компьютеров, напрямую подключенных к телескопам. По [update]оценкам, по состоянию на 2011 год было обнаружено от 89% до 96% околоземных астероидов диаметром один километр или более. [51] По состоянию на 29 октября 2018 года [update]только система LINEAR обнаружила 147 132 астероида. [160] В ходе обзоров было обнаружено 19 266 околоземных астероидов [161], включая почти 900 диаметром более 1 км (0,6 мили). [162]
В июне 2018 года Национальный совет по науке и технологиям предупредил, что Соединенные Штаты не готовы к столкновению с астероидом, и разработал и опубликовал «План действий по национальной стратегии готовности к сближению с околоземными объектами», чтобы лучше подготовиться. [163] [164] [165] Согласно экспертным показаниям в Конгрессе Соединенных Штатов в 2013 году, НАСА потребуется не менее пяти лет подготовки, прежде чем можно будет запустить миссию по перехвату астероида. [166]
Различные методы избежания столкновений имеют различные компромиссы в отношении таких показателей, как общая производительность, стоимость, риски отказов, операции и готовность технологий. [167] Существуют различные методы изменения курса астероида/кометы. [168] Их можно различать по различным типам атрибутов, таким как тип смягчения (отклонение или фрагментация), источник энергии (кинетический, электромагнитный, гравитационный, солнечный/тепловой или ядерный) и стратегия подхода (перехват, [169] [170] рандеву или удаленная станция).
Стратегии делятся на два основных набора: фрагментация и задержка. [168] [171] Фрагментация концентрируется на том, чтобы сделать ударный объект безвредным путем его фрагментации и рассеивания фрагментов так, чтобы они пролетели мимо Земли или были достаточно малы, чтобы сгореть в атмосфере. Задержка использует тот факт, что и Земля, и ударный объект находятся на орбите. Удар происходит, когда оба достигают одной и той же точки в пространстве в одно и то же время, или, правильнее сказать, когда некоторая точка на поверхности Земли пересекает орбиту ударного объекта, когда ударный объект прибывает. Поскольку диаметр Земли составляет приблизительно 12 750 км, а скорость ее движения по орбите составляет приблизительно 30 км в секунду, она проходит расстояние в один планетарный диаметр примерно за 425 секунд, или чуть более семи минут. Задержка или опережение прибытия ударного объекта на время такой величины может, в зависимости от точной геометрии удара, привести к тому, что он пролетит мимо Земли. [172]
« Проект Икар » был одним из первых проектов, разработанных в 1967 году в качестве плана действий на случай столкновения с 1566 Икаром . План основывался на новой ракете Сатурн V , которая совершила свой первый полет только после завершения отчета. Будут использованы шесть ракет Сатурн V, каждая из которых будет запущена с различными интервалами от месяцев до часов до удара. Каждая ракета должна была быть оснащена одной 100-мегатонной ядерной боеголовкой , а также модифицированным служебным модулем Аполлона и беспилотным командным модулем Аполлона для наведения на цель. Боеголовки будут взорваны в 30 метрах от поверхности, отклоняя или частично разрушая астероид. В зависимости от последующих воздействий на курс или разрушения астероида последующие миссии будут изменены или отменены по мере необходимости. «Последний» запуск шестой ракеты будет за 18 часов до удара. [173]
Астероиды и пояс астероидов являются основой научно-фантастических рассказов. Астероиды играют несколько потенциальных ролей в научной фантастике: как места, которые могут колонизировать люди, ресурсы для добычи полезных ископаемых, опасности, с которыми сталкиваются космические корабли, путешествующие между двумя другими точками, и как угроза жизни на Земле или других обитаемых планетах, карликовых планетах и естественных спутниках из-за потенциального столкновения.
Мы включаем троянцы (тела, захваченные в 4-й и 5-й точках Лагранжа Юпитера), кентавры (тела на орбите между Юпитером и Нептуном) и транснептуновые объекты (находящиеся на орбите за пределами Нептуна) в наше определение «астероида», используемое на этом сайте, хотя их правильнее было бы называть «малыми планетами», а не астероидами. [14]
В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Астероиды». NASA Solar System Exploration . Получено 29 марта 2022 г. В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Астероиды (из пресс-кита NEAR)». nssdc.gsfc.nasa.gov . Получено 29 марта 2022 г. .Все остальные объекты (в настоящее время к ним относятся большинство астероидов Солнечной системы, большинство транснептуновых объектов (ТНО), кометы и другие малые тела.), за исключением спутников, вращающихся вокруг Солнца, будут совместно именоваться "Малыми телами Солнечной системы".
официальных определений комет и астероидов не существует...
В этой статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Dawn Community». jpl.nasa.gov . JPL NASA. 21 мая 2009 г. Архивировано из оригинала 21 мая 2009 г. Получено 8 апреля 2022 г.Одна из идей заключается в том, что Фобос и Деймос, другой спутник Марса, являются захваченными астероидами.
Изучение физических свойств 41 самого большого и массивного астероида главного пояса предполагает, что крупные астероиды без спутников являются неповрежденными, а их внутренности обладают внутренней прочностью. Это согласуется с результатами миссии Dawn как на Весте, так и на Церере. Богатый летучими веществами состав Цереры также, вероятно, является причиной как отсутствия спутников у Цереры, так и метеоритов Цереры на Земле. Эти результаты показывают, что столкновительное разрушение, создающее структуру кучи обломков, является необходимым условием для формирования спутников вокруг астероидов главного пояса.
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии . В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : Hille, Karl (21 октября 2019 г.). «Миссия NASA’s Lucy преодолевает критический рубеж». NASA . Получено 5 декабря 2020 г. В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Люси: Первая миссия к троянским астероидам». NASA. 21 апреля 2017 г. Архивировано из оригинала 6 декабря 2020 г. Получено 16 октября 2021 г.
