Астероид — это малая планета — объект, который не является ни настоящей планетой , ни кометой , — который вращается по орбите внутри Солнечной системы . Это каменистые, металлические или ледяные тела без атмосферы. Размер и форма астероидов значительно различаются: от небольших груд обломков диаметром менее километра до Цереры , карликовой планеты диаметром почти 1000 км.
Из примерно миллиона известных астероидов [1] наибольшее количество расположено между орбитами Марса и Юпитера , примерно на расстоянии от 2 до 4 а.е. от Солнца, в регионе, известном как главный пояс астероидов . Астероиды обычно делятся на три типа: C-тип , M-тип и S-тип . Они были названы в честь углеродистых , металлических и кремнеземных составов и обычно отождествляются с ними соответственно. Размер астероидов сильно различается; самая большая, Церера , имеет диаметр почти 1000 км (600 миль) и считается карликовой планетой . Общая масса всех астероидов вместе взятых составляет всего 3% массы земной Луны. Большинство астероидов главного пояса движутся по слегка эллиптическим, стабильным орбитам, вращаясь в том же направлении, что и Земля, и им требуется от трех до шести лет, чтобы совершить полный оборот вокруг Солнца. [2]
Астероиды исторически наблюдались с Земли; космический корабль «Галилео» впервые провел близкое наблюдение за астероидом. Впоследствии НАСА и JAXA запустили несколько специальных миссий к астероидам , а планы других миссий находятся в разработке. Аппарат НАСА NEAR Shoemaker изучал Эрос , а Dawn наблюдал Весту и Цереру . Миссии JAXA «Хаябуса» и «Хаябуса2» изучили и вернули образцы Итокавы и Рюгу соответственно. OSIRIS-REx изучил Бенну , собрав в 2020 году образец, который был доставлен обратно на Землю в 2023 году. Аппарат НАСА « Люси» , запущенный в 2021 году, будет изучать десять различных астероидов, два из главного пояса и восемь троянов Юпитера . Psyche , запущенный в октябре 2023 года, будет изучать одноименный металлический астероид .
Околоземные астероиды могут угрожать всему живому на планете; Столкновение с астероидом привело к мел-палеогеновому вымиранию . Были предложены различные стратегии отклонения астероидов; Космический корабль для испытаний на двойное перенаправление астероидов , или DART, был запущен в 2021 году и намеренно столкнулся с Диморфосом в сентябре 2022 года, успешно изменив его орбиту, врезавшись в него.
Несмотря на большое количество астероидов, астероиды были открыты сравнительно недавно: первый известный астероид — Церера — был идентифицирован только в 1801 году. [3] Только один астероид, 4 Веста , который имеет относительно отражающую поверхность , обычно виден невооруженным глазом. . При удачном расположении Весту 4 можно увидеть в темном небе. В редких случаях небольшие астероиды, проходящие близко к Земле, могут быть видны невооруженным глазом в течение короткого промежутка времени. [4] По состоянию на апрель 2022 года [обновлять]Центр малых планет располагал данными о 1 199 224 малых планетах внутренней и внешней Солнечной системы, из которых около 614 690 имели достаточно информации, чтобы им были присвоены нумерованные обозначения. [5]
В 1772 году немецкий астроном Иоганн Элерт Боде , цитируя Иоганна Даниэля Тициуса , опубликовал числовую процессию, известную как закон Тициуса-Боде (ныне дискредитированный). За исключением необъяснимого разрыва между Марсом и Юпитером, формула Боде, похоже, предсказывала орбиты известных планет. [6] [7] Он написал следующее объяснение существования «пропавшей планеты»:
Этот последний пункт, по-видимому, особенно следует из удивительного соотношения, которое известные шесть планет наблюдают в своих расстояниях от Солнца. Пусть расстояние от Солнца до Сатурна примем за 100, тогда Меркурий отстоят от Солнца на 4 таких части. Венера — 4 + 3 = 7. Земля — 4 + 6 = 10. Марс — 4 + 12 = 16. Теперь в этом столь упорядоченном развитии наступает разрыв. За Марсом следует пространство из 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 приближаемся к расстоянию Юпитера на 4 + 48 = 52 части и, наконец, к расстоянию Сатурна на 4 + 96 = 100 частей. [8]
Формула Боде предсказала, что будет найдена еще одна планета с радиусом орбиты около 2,8 астрономических единиц (а.е.), или 420 миллионов км, от Солнца. [7] Закон Тициуса-Боде получил поддержку после открытия Уильямом Гершелем Урана на предсказанном расстоянии для планеты за Сатурном . [6] В 1800 году группа, возглавляемая Францем Ксавером фон Заком , редактором немецкого астрономического журнала Monatliche Correspondenz (Ежемесячная переписка), разослала запросы 24 опытным астрономам (которых он окрестил « небесной полицией »), [7] с просьбой, что они объединяют свои усилия и начинают методичный поиск ожидаемой планеты. [7] Хотя они и не открыли Цереру, позже они нашли астероиды 2 Паллада , 3 Юнона и 4 Веста . [7]
Одним из астрономов, выбранных для поиска, был Джузеппе Пьяцци , католический священник Академии Палермо, Сицилия. Прежде чем получить приглашение присоединиться к группе, Пьяцци открыл Цереру 1 января 1801 года. [9] Он искал «87-ю [звезду] Каталога зодиакальных звезд г- на Ла Кайя », [6] но обнаружил, что « этому предшествовал другой». [6] Вместо звезды Пьяцци обнаружил движущийся звездообразный объект, который он сначала принял за комету: [10]
Свет был немного слабым и цвета Юпитера , но похож на многие другие, которые обычно причисляются к восьмой звездной величине . Поэтому я не сомневался, что это не неподвижная звезда. [...] Вечером третьего дня мои подозрения превратились в уверенность, поскольку я был уверен, что это не неподвижная звезда. Тем не менее, прежде чем сообщить об этом, я дождался вечера четвертого числа, когда с удовлетворением увидел, что оно двигалось с той же скоростью, что и в предыдущие дни. [6]
Пьяцци 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. [3] Он сообщил, что это комета, но «поскольку ее движение настолько медленное и довольно равномерное, мне несколько раз приходило в голову, что это может быть нечто лучшее, чем комета». [6] В апреле Пиацци отправил свои полные наблюдения Ориани, Боде и французскому астроному Жерому Лаланду . Информация была опубликована в сентябрьском номере Monatliche Correspondenz за 1801 год . [10]
К этому времени видимое положение Цереры изменилось (в основном из-за движения Земли вокруг Солнца) и было слишком близко к яркому свету Солнца, чтобы другие астрономы могли подтвердить наблюдения Пиацци. Ближе к концу года Церера должна была снова стать видимой, но спустя столь долгое время было трудно предсказать ее точное положение. Чтобы вернуть Цереру, математик Карл Фридрих Гаусс , которому тогда было 24 года, разработал эффективный метод определения орбиты . [10] За несколько недель он предсказал путь Цереры и отправил свои результаты фон Заку. 31 декабря 1801 года фон Зак и его коллега-небесный полицейский Генрих В.М. Ольберс нашли Цереру недалеко от предсказанного положения и таким образом вернули ее. [10] На расстоянии 2,8 а.е. от Солнца Церера, казалось, почти идеально соответствовала закону Тициуса-Боде; однако Нептун, однажды открытый в 1846 году, оказался на 8 а.е. ближе, чем предполагалось, что привело большинство астрономов к выводу, что этот закон был совпадением. [11] Пиацци назвал недавно обнаруженный объект Церерой Фердинандой «в честь богини-покровительницы Сицилии и короля Фердинанда Бурбонского ». [8]
Три других астероида ( 2 Паллады , 3 Юноны и 4 Весты ) были открыты группой фон Заха в течение следующих нескольких лет, причем Веста была открыта в 1807 году. [7] Никаких новых астероидов не было обнаружено до 1845 года. Астроном-любитель Карл Людвиг Хенке начал свою поиски новых астероидов в 1830 году, а пятнадцать лет спустя, ища Весту, он нашел астероид, названный позже 5 Астреей . Это было первое открытие нового астероида за 38 лет. Честь дать имя астероиду была оказана Карлу Фридриху Гауссу . После этого присоединились и 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 , трёх самых успешных астероидов. охотников того времени, на памятном медальоне, посвященном этому событию. [12]
В 1891 году Макс Вольф впервые применил астрофотографию для обнаружения астероидов, которые выглядели как короткие полосы на фотопластинках с длинной выдержкой. [12] Это значительно увеличило скорость обнаружения по сравнению с более ранними визуальными методами: только Вольф обнаружил 248 астероидов, начиная с 323 Брусия , [13] тогда как к этому моменту было обнаружено лишь немногим более 300 астероидов. Было известно, что их было гораздо больше, но большинство астрономов ими не интересовались, некоторые называли их «небесными паразитами» [14] — фраза, приписываемая по-разному Эдуарду Зюссу [15] и Эдмунду Вейсу . [16] Даже столетие спустя было идентифицировано, пронумеровано и названо всего несколько тысяч астероидов.
В прошлом астероиды были обнаружены в четыре этапа. Сначала область неба была сфотографирована широкоугольным телескопом или астрографом . Делались пары фотографий с интервалом обычно в один час. Несколько пар можно было взять в течение нескольких дней. Во-вторых, два фильма или пластинки одного и того же региона просматривались под стереоскопом . Тело, находящееся на орбите вокруг Солнца, будет слегка перемещаться между парой фильмов. Под стереоскопом изображение тела могло бы показаться слегка парящим над фоном звезд. В-третьих, как только движущееся тело будет идентифицировано, его местоположение будет точно измерено с помощью цифрового микроскопа. Местоположение будет измеряться относительно известных положений звезд. [17]
Эти первые три шага не представляют собой открытие астероида: наблюдатель обнаружил только привидение, которое получает предварительное обозначение , состоящее из года открытия, буквы, обозначающей полмесяца открытия, и, наконец, буквы и числа, обозначающих 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 на единую орбиту. В этом случае объект получает каталожный номер, а наблюдатель первого явления с рассчитанной орбитой объявляется первооткрывателем и получает честь назвать объект при условии одобрения Международного астрономического союза . [18]
К 1851 году Королевское астрономическое общество решило, что астероиды открываются с такой скоростью, что необходима другая система для классификации или названия астероидов. В 1852 году, когда де Гаспарис открыл двадцатый астероид, Бенджамин Вальц дал ему имя и номер, обозначающий его место среди открытых астероидов, — 20 Массалия . Иногда астероиды были обнаружены и больше не видели. Итак, начиная с 1892 года, новые астероиды перечислялись по годам и заглавной букве, указывающей порядок расчета и регистрации орбиты астероида в течение этого конкретного года. Например, первые два астероида, открытые в 1892 году, имели обозначения 1892А и 1892В. Однако букв в алфавите не хватило для всех астероидов, открытых в 1893 году, поэтому за 1893Z последовал 1893AA. Был опробован ряд вариантов этих методов, в том числе обозначения, включающие год плюс греческую букву в 1914 году. В 1925 году была создана простая хронологическая система нумерации. [12] [19]
В настоящее время все вновь открытые астероиды получают предварительное обозначение (например , 2002 AT 4 ), состоящее из года открытия и буквенно-цифрового кода, обозначающего полмесяца открытия и последовательность событий в течение этих полумесяца. После подтверждения орбиты астероида ему присваивается номер, а позже ему также может быть присвоено имя (например, 433 Эрос ). Формальное соглашение об именах использует круглые скобки вокруг числа, например (433) Эрос, но довольно часто скобки опускаются. Неофициально также принято отбрасывать номер вообще или отбрасывать его после первого упоминания, когда имя повторяется в бегущем тексте. [20] Кроме того, названия могут быть предложены первооткрывателем астероида в соответствии с рекомендациями, установленными Международным астрономическим союзом. [21]
Первым открытым астероидам были присвоены знаковые символы, подобные тем, которые традиционно используются для обозначения планет. К 1855 году существовало два десятка символов астероидов, которые часто встречались в нескольких вариантах. [22]
В 1851 году, после того как был открыт пятнадцатый астероид, Юномия , Иоганн Франц Энке внес серьезные изменения в предстоящее издание 1854 года « Берлинского астрономического ежегодника» (BAJ, Берлинский астрономический ежегодник ). Он ввел диск (круг), традиционный символ звезды, в качестве общего символа астероида. Затем круг был пронумерован в порядке открытия, чтобы указать на конкретный астероид. Условное обозначение пронумерованного круга было быстро принято астрономами, и следующий открытый астероид ( 16 Психея , в 1852 году) был первым, получившим такое обозначение во время своего открытия. Тем не менее, 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 после открытия в 1855 году 37 Фидес не было создано никаких знаковых символов . [а] [23]
Первый открытый астероид Церера изначально считался новой планетой. [b] За этим последовало открытие других подобных тел, которые с помощью оборудования того времени казались точками света, похожими на звезды, с небольшим или отсутствующим планетарным диском, хотя их легко отличить от звезд из-за их видимого движения. Это побудило астронома сэра Уильяма Гершеля предложить термин « астероид» , [c] придуманный по-гречески как ἀστεροειδής, или asteroeidēs , что означает «звездообразный, звездообразный» и происходит от древнегреческого ἀστήρ astēr «звезда, планета». В начале второй половины XIX века термины « астероид » и « планета » (не всегда квалифицируемые как «второстепенные») все еще использовались как синонимы. [д]
Традиционно небольшие тела, вращающиеся вокруг Солнца, классифицировались как кометы , астероиды или метеороиды , а все, что меньше одного метра в поперечнике, называлось метеороидом. Термин «астероид» никогда не имел формального определения, [28] Международный астрономический союз (МАС) предпочитал более широкий термин « малые тела Солнечной системы» . [29] Поскольку определения МАС не существует, астероид можно определить как «каменистое тело неправильной формы, вращающееся вокруг Солнца, которое не квалифицируется как планета или карликовая планета согласно определениям этих терминов МАС». [30]
После обнаружения астероиды рассматривались как класс объектов, отличный от комет, и не существовало единого термина для этих двух объектов до тех пор, пока в 2006 году не было придумано небольшое тело Солнечной системы. Основное различие между астероидом и кометой заключается в том, что комета демонстрирует кому. из-за сублимации приповерхностных льдов солнечной радиацией. Несколько объектов оказались в двойном списке, поскольку сначала они были классифицированы как малые планеты, но позже обнаружили признаки кометной активности. И наоборот, некоторые (возможно, все) кометы в конечном итоге теряют свой поверхностный летучий лед и становятся астероидоподобными. Еще одно отличие состоит в том, что кометы обычно имеют более эксцентричные орбиты, чем большинство астероидов; «Астероиды» с особенно эксцентричными орбитами, вероятно, являются спящими или потухшими кометами. [31]
На протяжении почти двух столетий, с момента открытия Цереры в 1801 году до открытия первого кентавра Хирона 2060 в 1977 году, все известные астероиды проводили большую часть своего времени на орбите Юпитера или внутри нее, хотя некоторые из них, например 944 Идальго, отваживались далеко зайти. за пределами Юпитера на части своей орбиты. Когда астрономы начали находить больше маленьких тел, которые постоянно находились дальше Юпитера и которые теперь называются кентаврами , они причислили их к традиционным астероидам. Были споры о том, следует ли считать эти объекты астероидами или дать им новую классификацию. Затем, когда в 1992 году был открыт первый транснептуновский объект (кроме Плутона ), 15760 Альбион , и особенно когда стало появляться большое количество подобных объектов, были изобретены новые термины, чтобы обойти эту проблему: объект пояса Койпера , транс -Нептунианский объект , объект рассеянного диска и так далее. Они населяют холодные внешние пределы Солнечной системы, где льды остаются твердыми, а кометоподобные тела, как ожидается, не будут проявлять большой кометной активности; если бы кентавры или транснептуновые объекты приблизились к Солнцу, их летучие льды сублимировались бы, и традиционные подходы классифицировали бы их как кометы, а не как астероиды.
Самыми внутренними из них являются объекты пояса Койпера , называемые «объектами», отчасти для того, чтобы избежать необходимости классифицировать их как астероиды или кометы. [32] Считается, что по составу они преимущественно похожи на кометы, хотя некоторые из них могут быть больше похожи на астероиды. [33] Более того, большинство из них не имеют сильно эксцентричных орбит, присущих кометам, а обнаруженные к настоящему времени ядра больше, чем ядра традиционных комет . (Предполагается, что гораздо более отдаленное облако Оорта является основным резервуаром спящих комет.) Другие недавние наблюдения, такие как анализ кометной пыли, собранной зондом « Звездная пыль», все больше стирают различие между кометами и астероидами [34]. предполагая «континуум между астероидами и кометами», а не резкую разделительную линию. [35]
Малые планеты за орбитой Юпитера иногда также называют «астероидами», особенно в популярных представлениях. [e] Однако термин «астероид» становится все более распространенным и ограничивается малыми планетами внутренней части Солнечной системы. [32] Поэтому данная статья ограничится по большей части классическими астероидами: объектами пояса астероидов , троянами Юпитера и околоземными объектами .
Когда в 2006 году МАС ввел класс малых тел Солнечной системы, включив в него большинство объектов, ранее классифицировавшихся как малые планеты и кометы, они создали класс карликовых планет для крупнейших малых планет — тех, которые имеют достаточную массу, чтобы стать эллипсоидными под действием собственной гравитации. . По мнению МАС, «термин «малая планета» все еще может использоваться, но в целом предпочтительным будет термин «малое тело Солнечной системы». [37] В настоящее время только самый крупный объект в поясе астероидов, Церера , диаметром около 975 км (606 миль), отнесен к категории карликовых планет. [38] [39]
Многие астероиды представляют собой разрушенные остатки планетезималей , тел в солнечной туманности молодого Солнца , которые так и не выросли достаточно большими, чтобы стать планетами . [40] Считается, что планетезимали в поясе астероидов развивались так же, как и остальные объекты 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 позволяют предположить, что астероиды диаметром более 120 км (75 миль) образовались в ту раннюю эпоху, тогда как тела меньшего размера представляют собой фрагменты столкновений между астероидами во время или после разрушения Юпитера. [41] Церера и Веста стали достаточно большими, чтобы плавиться и дифференцироваться , при этом тяжелые металлические элементы опускались к ядру, оставляя в коре каменные минералы. [42]
В модели Ниццы многие объекты пояса Койпера захвачены во внешнем поясе астероидов на расстояниях более 2,6 а.е. Большинство из них позже были выброшены Юпитером, но те, что остались, могут быть астероидами D-типа и, возможно, включать Цереру. [43]
На орбитах внутренней Солнечной системы были обнаружены различные динамические группы астероидов. Их орбиты возмущены гравитацией других тел Солнечной системы и эффектом Ярковского . Значительные группы населения включают:
Большинство известных астероидов вращаются в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера , как правило, на орбитах с относительно низким эксцентриситетом (то есть не очень вытянутых). По оценкам, этот пояс содержит от 1,1 до 1,9 миллиона астероидов диаметром более 1 км (0,6 мили) [44] и миллионы астероидов меньшего размера. Эти астероиды могут быть остатками протопланетного диска , и в этом регионе аккреция планетезималей в планеты в период формирования Солнечной системы была предотвращена сильными гравитационными возмущениями Юпитера .
Вопреки распространенному мнению, пояс астероидов по большей части 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 их общее число колеблется в миллионах и более, в зависимости от нижнего порогового размера. Известно, что более 200 астероидов имеют размер более 100 км [45], а исследование в инфракрасном диапазоне показало, что пояс астероидов насчитывает от 700 000 до 1,7 миллиона астероидов диаметром 1 км и более. [46] Абсолютные звездные величины большинства известных астероидов составляют от 11 до 19, со средней звездной величиной 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 примерно 62% общей массы пояса, причем 39% приходится только на Цереру.
Троянцы — это популяции, которые делят орбиту с более крупной планетой или спутником, но не сталкиваются с ними, поскольку вращаются в одной из двух лагранжевых точек стабильности, L 4 и L 5 , которые лежат на 60 ° впереди и позади большего тела. .
В Солнечной системе большинство известных троянов находятся на орбите Юпитера . Они разделены на греческий лагерь в L 4 (перед Юпитером) и троянский лагерь в L 5 (вслед за Юпитером). Считается, что существует более миллиона троянов Юпитера размером более одного километра, [49] из которых в настоящее время каталогизировано более 7000. На орбитах других планет на сегодняшний день обнаружено только девять троянов Марса , 28 троянов Нептуна , два трояна Урана и два трояна Земли . Известен также временный троян Venus . Численное моделирование стабильности орбитальной динамики показывает, что Сатурн и Уран, вероятно, не имеют каких-либо первичных троянов. [50]
Околоземные астероиды, или NEA, — это астероиды, орбиты которых проходят близко к орбите Земли. Астероиды, которые фактически пересекают орбитальный путь Земли, известны как пересекающие Землю . По состоянию на апрель 2022 года [обновлять]всего было известно 28 772 околоземных астероида; 878 имеют диаметр один километр или больше. [51]
Небольшое количество АСЗ представляют собой вымершие кометы , утратившие летучие вещества на поверхности, хотя наличие слабого или прерывистого кометоподобного хвоста не обязательно приводит к классификации как околоземной кометы, что делает границы несколько размытыми. Остальные околоземные астероиды вытесняются за пределы пояса астероидов гравитационными взаимодействиями с Юпитером . [52] [53]
Многие астероиды имеют естественные спутники ( спутники малых планет ). По состоянию на октябрь 2021 года [обновлять]было известно, что 85 АСЗ имеют хотя бы одну луну, в том числе три, как известно, имеют две луны. [54] Астероид 3122 Флоренция , один из крупнейших потенциально опасных астероидов диаметром 4,5 км (2,8 мили), имеет два спутника размером 100–300 м (330–980 футов) в поперечнике, которые были обнаружены с помощью радиолокационной съемки во время Подход астероида к Земле в 2017 году. [55]
Околоземные астероиды делятся на группы в зависимости от их большой полуоси (a), расстояния в перигелии (q) и расстояния в афелии (Q): [56] [52]
Неясно, являются ли марсианские спутники Фобос и Деймос захваченными астероидами или образовались в результате столкновения с Марсом. [58] Фобос и Деймос имеют много общего с углеродистыми астероидами C-типа , их спектры , альбедо и плотность очень похожи на спектры, альбедо и плотность , очень похожие на спектры астероидов C- или D-типа. [59] Основываясь на их сходстве, одна из гипотез состоит в том, что обе луны могут быть захвачены астероидами главного пояса . [60] [61] Обе луны имеют очень круглые орбиты, которые лежат почти точно в экваториальной плоскости Марса , и, следовательно, источник захвата требует механизма для округления первоначально сильно эксцентричной орбиты и регулировки ее наклона в экваториальную плоскость, скорее всего, с помощью сочетание атмосферного сопротивления и приливных сил , [62] хотя неясно, было ли достаточно времени, чтобы это произошло на Деймосе. [58] Захват также требует рассеивания энергии. Нынешняя марсианская атмосфера слишком тонка, чтобы захватить объект размером с Фобос путем атмосферного торможения. [58] Джеффри А. Лэндис отметил, что захват мог произойти, если бы первоначальное тело было двойным астероидом , который отделился под действием приливных сил. [61] [63]
Фобос может быть объектом Солнечной системы второго поколения, который объединился на орбите после формирования Марса, а не сформировался одновременно из того же родового облака, что и Марс. [64]
Другая гипотеза состоит 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 большой планетезималью . [65] Высокая пористость внутренней части Фобоса (на основе плотности 1,88 г/см 3 , пустоты, по оценкам, составляют от 25 до 35 процентов объема Фобоса) несовместима с астероидным происхождением. [66] Наблюдения Фобоса в тепловом инфракрасном диапазоне позволяют предположить, что он содержит в основном слоистые силикаты , которые хорошо известны с поверхности Марса. Спектры отличаются от спектров всех классов хондритовых метеоритов, что снова указывает на астероидное происхождение. [67] Оба набора результатов подтверждают происхождение Фобоса из материала, выброшенного в результате удара о Марс и вновь образовавшегося на марсианской орбите, [68] аналогично преобладающей теории происхождения земной Луны.
Астероиды сильно различаются по размерам: от почти1000 км для самого большого вплоть до скал диаметром всего 1 метр, ниже которого объект классифицируется как метеороид . [f] Три крупнейших очень похожи на миниатюрные планеты: они имеют примерно сферическую форму, имеют, по крайней мере, частично дифференцированную внутреннюю часть, [69] и считаются сохранившимися протопланетами . Однако подавляющее большинство из них намного меньше и имеют неправильную форму; Считается, что они представляют собой либо разрушенные планетезимали , либо фрагменты более крупных тел.
Карликовая планета Церера на сегодняшний день является крупнейшим астероидом диаметром 940 км (580 миль). Следующими по величине являются 4 Весты и 2 Паллады , диаметр обеих составляет чуть более 500 км (300 миль). Веста — самый яркий из четырех астероидов главного пояса, который 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 включает938 × 10 18 кг , около 40% от общего количества. Если добавить к ним следующие три самых массивных объекта — Весту (11%), Палладу (8,5%) и Гигию (3–4%), то эта цифра увеличится чуть более чем до 60%, тогда как следующие семь самых массивных астероидов приносят итого до 70%. [48] Число астероидов быстро увеличивается по мере уменьшения их индивидуальных масс.
Число астероидов заметно уменьшается с увеличением размеров. Хотя распределение размеров обычно подчиняется степенному закону , примерно на5 км и100 км , где обнаружено больше астероидов, чем ожидалось по такой кривой. Большинство астероидов диаметром более 120 км являются первичными (пережившими эпоху аккреции), тогда как большинство астероидов меньшего размера являются продуктами фрагментации первичных астероидов. Первоначальное население главного пояса было, вероятно, в 200 раз больше, чем сегодня. [71] [72]
Три крупнейших объекта в поясе астероидов, Церера , Веста и Паллада , представляют собой неповрежденные протопланеты , которые имеют многие характеристики, общие для планет, 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 под действием собственной гравитации принимает пластичную форму, и, следовательно, единственный астероид, который является карликовой планетой . [74] Он имеет гораздо более высокую абсолютную величину , чем другие астероиды, около 3,32, [75] и может иметь поверхностный слой льда. [76] Как и планеты, Церера дифференцирована: у нее есть кора, мантия и ядро. [76] Никаких метеоритов с Цереры на Земле обнаружено не было. [77]
Веста также имеет различную внутреннюю часть, хотя она образовалась внутри линии замерзания Солнечной системы и поэтому лишена воды; [78] [79] его состав состоит в основном из базальтовой породы с такими минералами, как оливин. [80] Помимо большого кратера на южном полюсе, Реасильвии , Веста также имеет эллипсоидную форму. Веста — родительское тело семейства Вестианских и других астероидов V-типа , а также источник метеоритов HED , которые составляют 5% всех метеоритов на Земле.
Паллада необычна тем, что, как и Уран , вращается на боку, при этом ось вращения наклонена под большими углами к плоскости орбиты. [81] Его состав аналогичен составу Цереры: с высоким содержанием углерода и кремния и, возможно, частично дифференцирован. [82] Паллада — родительское тело палладиевого семейства астероидов.
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 Гигийского семейства астероидов. Поскольку на поверхности нет достаточно большого кратера, который мог бы стать источником этого семейства, как на Весте, считается, что Гигея, возможно, была полностью разрушена в результате столкновения, в результате которого сформировалось семейство Гигиеев, и воссоединилась, потеряв чуть меньше 2% от его массы. Наблюдения, проведенные с помощью сканера SPHERE Очень Большого Телескопа в 2017 и 2018 годах, показали, что Гигея имеет почти сферическую форму, что соответствует либо тому, что она находилась в гидростатическом равновесии , либо ранее находившемуся в гидростатическом равновесии, либо тому, что она была разрушена и повторно слилась. [84] [85]
Внутренняя дифференциация крупных астероидов, возможно, связана с отсутствием у них естественных спутников , поскольку считается, что спутники астероидов главного пояса образуются в результате столкновительного разрушения, создавая структуру 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 часа. [86] Для астероидов, вращающихся быстрее, чем приблизительно эта скорость, сила инерции 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 , образовавшиеся в результате скопления обломков после столкновений между астероидами. [87]
Астероиды с возрастом становятся темнее и краснее из-за космического выветривания . [88] Однако данные свидетельствуют о том, что большая часть изменений 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, скорее всего, будут во многом схожи по внешнему виду, хотя и имеют неправильную форму. 50 км (31 миль) 253 Матильда представляет собой груду обломков, усеянную кратерами, диаметр которых равен радиусу астероида. Наблюдения с Земли 300-километрового (190 миль) 511 Давида , одного из крупнейших астероидов после большой четверки, выявили аналогичный угловой профиль, что позволяет предположить, что он также насыщен кратерами радиусного размера. [90] Астероиды среднего размера, такие как Матильда и 243 Ида , которые наблюдались вблизи, также обнаруживают глубокий реголит , покрывающий поверхность. Из большой четверки Паллада и Гигея практически неизвестны. Веста имеет компрессионные трещины, окружающие кратер размером с радиус на южном полюсе, но в остальном она имеет сфероидную форму .
Космический корабль Dawn показал, что поверхность Цереры сильно покрыта кратерами, но крупных кратеров меньше, 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 выравнивающая более крупные удары. [91]
Астероиды классифицируются по характерным спектрам излучения , большинство из которых делятся на три основные группы: C-тип , M-тип и S-тип . Они были названы в честь и обычно отождествляются с углеродистыми ( богатыми углеродом ), металлическими и кремнеземными (каменистыми) составами соответственно. Физический состав астероидов разнообразен и в большинстве случаев плохо изучен. Церера, по-видимому, состоит из скалистого ядра, покрытого ледяной мантией, тогда как Веста, как полагают, имеет никель-железное ядро, оливиновую мантию и базальтовую кору. [93] Гигея 10 , считающаяся крупнейшим недифференцированным астероидом, по-видимому, имеет однородно примитивный состав из углеродистого хондрита , но на самом деле это может быть дифференцированный астероид, который был глобально разрушен в результате удара, а затем снова собран. Другие астероиды, по-видимому, являются остатками ядер или мантий протопланет с высоким содержанием камня и металла. Считается, что большинство небольших астероидов представляют собой груды обломков, которые свободно скрепляются под действием силы тяжести, хотя самые крупные, вероятно, являются твердыми. Некоторые астероиды имеют спутники или являются двойными системами, вращающимися по одной орбите : груды обломков, луны, двойные системы и разрозненные семейства астероидов считаются результатом 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 ниже2,2 г/см 3 , а также плотная, бедная летучими веществами популяция, состоящая из астероидов S-типа и M-типа , с альбедо более 0,15 и плотностью более 2,7. Внутри этих популяций более крупные астероиды более плотные, предположительно из-за сжатия. По-видимому, у астероидов с массой более10 × 10 18 кг . [95]
Состав рассчитывается на основе трех основных источников: альбедо , поверхностного спектра и плотности. Последнее можно точно определить только путем наблюдения за орбитами спутников астероида. До сих пор каждый астероид со спутниками представлял собой груду обломков, рыхлый конгломерат камня и металла, который по объему может представлять собой полупустое пространство. Исследованные астероиды имеют диаметр до 280 км и включают 121 Гермиону (268×186×183 км) и 87 Сильвию (384×262×232 км). Немногие астероиды крупнее 87 Сильвии , ни у одного из них нет спутников. Тот факт, что такие крупные астероиды, как Сильвия, могут представлять собой груды обломков, предположительно из-за разрушительных столкновений, 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 сливаясь, но сталкивающиеся обломки сваи с большей вероятностью сливаются. Это означает, что ядра планет могли образоваться сравнительно быстро. [96]
Ученые предполагают, что часть первой воды, попавшей на Землю, была доставлена в результате ударов астероидов после столкновения, в результате которого образовалась Луна . [97] В 2009 году наличие водяного льда было подтверждено на поверхности 24 Фемиды с помощью инфракрасного телескопа НАСА . Поверхность астероида кажется полностью покрытой льдом. Поскольку этот слой льда сублимируется , он может пополняться резервуаром льда под поверхностью. На поверхности также были обнаружены органические соединения. [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 водяного пара на Церере , крупнейшем объекте в поясе астероидов. [102] Обнаружение было сделано с использованием дальнего инфракрасного диапазона космической обсерватории Гершель . [103] Это открытие является неожиданным, поскольку обычно считается, что кометы, а не астероиды, «выпускают струи и шлейфы». По словам одного из ученых, «границы между кометами и астероидами становятся все более размытыми». [103]
Результаты показали, что солнечные ветры могут вступать в реакцию с кислородом в верхнем слое астероидов и создавать воду. Подсчитано, что «каждый кубический метр облученной породы может содержать до 20 литров»; Исследование проводилось с помощью атомно-зондовой томографии, номера даны для астероида S-типа Итокава. [104] [105]
В 2019 году было показано, что метеорит Acfer 049, обнаруженный в Алжире в 1990 году, имеет ультрапористую литологию (UPL): пористую текстуру, которая могла образоваться в результате удаления льда, заполнявшего эти поры. Это предполагает, что UPL «представляет 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, возможно, даже принести на Землю саму жизнь (событие, называемое « панспермия »). [107] [108] В августе 2011 года был опубликован отчет, основанный на исследованиях НАСА с метеоритами , найденными на Земле , предполагающий, что компоненты ДНК и РНК ( аденин , гуанин и родственные им органические молекулы ) могли образовываться на астероидах и кометах в космическом пространстве. . [109] [110] [111]
В ноябре 2019 года ученые сообщили об обнаружении в метеоритах молекул сахара , в том числе рибозы , что позволило предположить, что химические процессы на астероидах могут производить некоторые фундаментально важные биоингредиенты, важные для жизни , и поддержало идею существования мира РНК до происхождение жизни на Земле, основанное на ДНК , а также, возможно, понятие панспермии . [112] [113] [114]
Астероиды обычно классифицируют 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 разделены на группы и семейства в зависимости от их орбитальных характеристик. Помимо самых широких подразделений, группу астероидов принято называть в честь первого открытого члена этой группы. Группы представляют собой относительно рыхлые динамические ассоциации, тогда как семьи более тесные и возникают в результате катастрофического распада большого родительского астероида где-то в прошлом. [115] Семьи более распространены и их легче идентифицировать в пределах главного пояса астероидов, но среди троянов Юпитера сообщалось о нескольких небольших семьях . [116] Семьи основного пояса были впервые признаны Киёцугу Хираямой в 1918 году, и в его честь их часто называют семьями Хираямы .
Около 30–35% тел в поясе астероидов принадлежат к динамическим семействам, каждое из которых, как полагают, имеет общее происхождение в результате прошлого столкновения астероидов. Семья также была связана с плутоидной карликовой планетой Хаумеа .
Некоторые астероиды имеют необычные подковообразные орбиты , которые совпадают с орбитой Земли или другой планеты. Примеры: 3753 Cruithne и 2002 AA 29 . Первый пример такого типа орбитального расположения был обнаружен между спутниками 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 Меркурием , представляют собой особый класс 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 материала поверхности астероида. Первоначальная система классификации имела три категории: C-типы для темных углеродистых объектов (75% известных астероидов), S-типы для каменных (кремнистых) объектов (17% известных астероидов) и U для тех, которые не вписывались ни в один из классов C. или S. С тех пор эта классификация была расширена и теперь включает многие другие типы астероидов. Число типов продолжает расти по мере изучения большего количества астероидов.
Двумя наиболее широко используемыми в настоящее время таксономиями являются классификация Толена и классификация SMASS . Первый вариант был предложен в 1984 году Дэвидом Дж. Толеном и основан на данных, собранных в ходе восьмицветного исследования астероидов, проведенного в 1980-х годах. В результате было выделено 14 категорий астероидов. [118] В 2002 году в результате Спектроскопического исследования малых астероидов Главного пояса была создана модифицированная версия таксономии Толена, включающая 24 различных типа. Обе системы имеют три широкие категории астероидов C, S и X, где X состоит в основном из металлических астероидов, таких как M-тип . Есть также несколько более мелких классов. [119]
Доля известных астероидов, относящихся к различным спектральным классам, не обязательно отражает долю всех астероидов этого типа; некоторые типы легче обнаружить, чем другие, что приводит к искажению итоговых значений.
Первоначально спектральные обозначения были основаны 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 одного таксономического класса состоят из одного и того же (или схожего) материала.
Активные астероиды — это объекты, которые имеют орбиты, подобные астероидам, но имеют визуальные характеристики, подобные кометным . То есть они демонстрируют комы , хвосты или другие визуальные свидетельства потери массы (как у кометы), но их орбита остается внутри орбиты Юпитера (как у астероида). [121] [122] Эти тела первоначально были названы кометами главного пояса (MBC) в 2006 году астрономами Дэвидом Джуиттом и Генри Шей , но это название подразумевает, что они обязательно имеют ледяной состав, как комета, и что они существуют только внутри основного пояса . пояса , тогда как растущая популяция активных астероидов показывает, что это не всегда так. [121] [123] [124]
Первый обнаруженный активный астероид — 7968 Эльст-Пизарро . Он был открыт (как астероид) в 1979 году, но затем Эрик Элст и Гвидо Писарро обнаружили у него хвост в 1996 году и дали комете обозначение 133P/Эльст-Пизарро. [121] [125] Еще одним примечательным объектом является 311P/PanSTARRS : наблюдения, проведенные космическим телескопом Хаббл, показали, что у него есть шесть кометных хвостов. [126] Предполагается, что хвосты представляют собой потоки материала, выброшенные астероидом в результате того, что груда обломков астероида вращается достаточно быстро, чтобы удалить материал из него. [127]
.png/1280px-Hubble_view_of_Dimorphos_ejecta_(October_8).png)
Врезавшись в астероид Диморфос , космический корабль НАСА «Испытание двойного перенаправления астероидов» превратил его в активный астероид. Ученые предположили, что некоторые активные астероиды являются результатом столкновений, но никто никогда не наблюдал активацию астероида. Миссия DART активировала Диморфос при точно известных и тщательно наблюдаемых условиях столкновения, что позволило впервые детально изучить формирование активного астероида. [128] [129] Наблюдения показывают, что после столкновения Диморфос потерял примерно 1 миллион килограммов. [130] Удар вызвал пылевой шлейф, который временно осветил систему Дидим 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 в большие телескопы, а их формы и рельеф оставались загадкой. Лучшие современные наземные телескопы и космический телескоп Хаббла на околоземной орбите могут разрешить лишь небольшое количество деталей на поверхностях крупнейших астероидов. Ограниченную информацию о форме и составе астероидов можно получить на основе их кривых блеска (изменение яркости во время вращения) и их спектральных свойств. Размеры можно оценить, определив длину затмений звезды (когда астероид проходит прямо перед звездой). Радиолокационные изображения могут дать хорошую информацию о формах астероидов, их орбитальных и вращательных параметрах, особенно для астероидов, сближающихся с Землей. Облеты 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 тусклыми объектами, данные, которые можно получить с помощью наземных наблюдений (ГБО), ограничены. С помощью наземных оптических телескопов можно получить визуальную величину; при преобразовании в абсолютную величину это дает приблизительную оценку размера астероида. Измерения кривой блеска также могут быть выполнены с помощью GBO; при сборе в течение длительного периода времени он позволяет оценить период вращения, ориентацию полюса (иногда) и приблизительную оценку формы астероида. Спектральные данные (спектроскопия как в видимом, так и в ближнем инфракрасном диапазоне) дают информацию о составе объекта, используемую для классификации наблюдаемых астероидов. Такие наблюдения ограничены, поскольку дают информацию только о тонком слое на поверхности (до нескольких микрометров). [134] Как пишет планетолог Патрик Мишель :
Наблюдения в среднем и тепловом инфракрасном диапазоне, а также поляриметрические измерения, вероятно, являются единственными данными, которые дают некоторое представление о реальных физических свойствах. Измерение теплового потока астероида на одной длине волны дает оценку размеров объекта; эти измерения имеют меньшую погрешность, чем измерения отраженного солнечного света в видимой области спектра. Если эти 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 непосредственно позади наблюдателя). Кроме того, тепловые измерения на двух или более длинах волн, а также яркость в области видимого света дают информацию о тепловых свойствах. Тепловая инерция, которая является мерой того, насколько быстро материал нагревается или остывает, у большинства наблюдаемых астероидов ниже, чем эталонное значение для голой породы, но больше, чем у лунного реголита; это наблюдение указывает на наличие на их поверхности изолирующего слоя зернистого материала. Более того, по-видимому, существует тенденция, возможно, связанная с гравитационной средой, что более мелкие объекты (с более низкой 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 детальные свойства этого слоя реголита из дистанционных наблюдений мало известны. Более того, связь между тепловой инерцией и шероховатостью поверхности не однозначна, поэтому следует с осторожностью интерпретировать тепловую инерцию. [134] [ чрезмерная цитата ]
Околоземные астероиды, приближающиеся к планете в непосредственной близости, можно более детально изучить с помощью радара ; он предоставляет информацию о поверхности астероида (например, может показывать наличие кратеров и валунов). Такие наблюдения проводились обсерваторией Аресибо в Пуэрто-Рико (305-метровая антенна) и Голдстоунской обсерваторией в Калифорнии (70-метровая антенна). Радиолокационные наблюдения также могут быть использованы 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 Спитцер наблюдал более 700 околоземных астероидов. Эти наблюдения определили приблизительные размеры большинства наблюдаемых объектов, но предоставили ограниченную информацию о свойствах поверхности (таких как глубина и состав реголита, угол естественного откоса, сцепление и пористость). [134]
Астероиды также изучались с помощью космического телескопа Хаббла , например, отслеживание сталкивающихся астероидов в главном поясе, [135] [136] распад астероида, [137] наблюдение активного астероида с шестью кометоподобными хвостами, [138] ] и наблюдение за астероидами, которые были выбраны в качестве целей специальных миссий. [139] [140]
По словам Патрика Мишеля
О внутренней структуре астероидов можно судить лишь по косвенным данным: объемной плотности, измеренной космическими аппаратами, орбитам естественных спутников в случае двойных астероидов и дрейфу орбиты астероида из-за теплового эффекта Ярковского. Космический корабль, находящийся рядом с астероидом, достаточно возмущен гравитацией астероида, чтобы можно было оценить массу астероида. Затем объем оценивается с использованием модели формы астероида. Масса и объем позволяют получить объемную плотность, неопределенность которой обычно определяется ошибками, допущенными при оценке объема. О внутренней пористости астероидов можно судить, сравнивая их объемную плотность с плотностью их предполагаемых метеоритных аналогов: темные астероиды кажутся более пористыми (> 40%), чем яркие. Природа этой пористости неясна. [134]
Первым астероидом, который был сфотографирован крупным планом, был 951 Гаспра в 1991 году, за ним в 1993 году последовали 243 Ида и ее спутник Дактиль , все из которых были сфотографированы зондом Галилео на пути к Юпитеру . Другие астероиды, кратко посещенные космическим кораблем по пути в другие пункты назначения, включают 9969 Брайля ( Deep Space 1 в 1999 году), 5535 Аннефранка ( звездной пыли в 2002 году), 2867 Штейнс и 21 Лютецию (зондом Розетта в 2008 году) и 4179 Тутатис ( Китайский лунный орбитальный аппарат «Чанъэ-2» , пролетевший в пределах 3,2 км (2 мили) в 2012 году).
Первым специализированным астероидным зондом был NEAR Shoemaker НАСА , который сфотографировал 253 Матильду в 1997 году, а затем вышел на орбиту около 433 Эроса и, наконец, приземлился на ее поверхность в 2001 году. Это был первый космический корабль, успешно вышедший на орбиту астероида и приземлившийся на него. [141] С сентября по ноябрь 2005 года японский зонд «Хаябуса» подробно изучил 25143 Итокава и 13 июня 2010 года доставил на Землю образцы ее поверхности, что стало первой миссией по возврату образцов с астероида. В 2007 году НАСА запустило космический корабль Dawn , который в течение года вращался вокруг 4 Весты и в течение трех лет наблюдал карликовую планету Церера .
Зонд «Хаябуса-2» , запущенный JAXA 2014, более года вращался вокруг целевого астероида 162173 Рюгу и взял образцы, которые были доставлены на Землю в 2020 году. Сейчас космический корабль 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 корабль продолжает свою расширенную миссию под обозначением OSIRIS-APEX по исследованию околоземного астероида Апофис в 2029 году.
В 2021 году НАСА запустило испытание двойного перенаправления астероидов (DART) — миссию по тестированию технологий защиты Земли от потенциально опасных объектов. DART намеренно врезался в спутник малой планеты Диморфос двойного астероида Дидим в сентябре 2022 года, чтобы оценить потенциал воздействия космического корабля на отклонение астероида от курса столкновения с Землей. [142] В октябре НАСА объявило DART успешным, подтвердив, что оно сократило период обращения Диморфоса вокруг Дидимоса примерно на 32 минуты. [143]
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 одновременно финансово самоокупаемой и прибыльной для инвесторов». [149] Было высказано предположение, что астероиды могут быть использованы в качестве источника материалов, которые могут быть редкими или исчерпанными на Земле, [150] или материалов для строительства космических сред обитания . Материалы, которые тяжелые и дорогие 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 с целью получения прибыли или использования космических ресурсов для строительства спутников на солнечной энергии и космических сред обитания становится все более привлекательной . . Гипотетически вода, переработанная изо льда, могла бы заправлять орбитальные склады топлива . [155] [156]
С астробиологической точки зрения разведка астероидов может предоставить научные данные для поиска внеземного разума ( SETI ). Некоторые астрофизики предполагают, что если развитые внеземные цивилизации давно занимались добычей полезных ископаемых на астероидах, признаки этой деятельности можно было бы обнаружить. [157] [158] [159]
Растет интерес к выявлению астероидов, орбиты которых пересекают земную и которые, если пройдет достаточно времени, могут столкнуться с Землей. Три наиболее важные группы околоземных астероидов — это Аполлоны , Аморы и Атенсы .
Околоземный астероид 433 Эрос был открыт еще в 1898 году, а 1930-е годы принесли шквал подобных объектов . В порядке открытия это были: 1221 Амор , 1862 Аполлон , 2101 Адонис и, наконец, 69230 Гермес , который приблизился к Земле 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 ударное событие привело к мел-палеогеновому вымиранию , и наблюдение в 1994 году падения кометы Шумейкера-Леви 9 на Юпитер . Американские военные также рассекретили информацию о том, что их военные спутники , созданные для обнаружения ядерных взрывов , зафиксировали сотни ударов в верхних слоях атмосферы объектов диаметром от одного до десяти метров.
Все эти соображения помогли стимулировать запуск высокоэффективных исследований, состоящих из камер с зарядовой связью ( ПЗС ) и компьютеров, напрямую подключенных к телескопам. По оценкам, по состоянию на 2011 год [обновлять]было обнаружено от 89% до 96% околоземных астероидов диаметром один километр и более. [51] По состоянию на 29 октября 2018 года [обновлять]только системой LINEAR было обнаружено 147 132 астероида. [160] В ходе исследований было обнаружено 19 266 околоземных астероидов [161] , в том числе 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 «Национальный план действий по стратегии готовности к объектам, сближающимся с Землей», чтобы лучше подготовиться. [163] [164] [165] Согласно показаниям экспертов Конгресса США в 2013 году, НАСА потребуется не менее пяти лет подготовки, прежде чем можно будет запустить миссию по перехвату астероида. [166]
Различные методы предотвращения столкновений имеют разные компромиссы в отношении таких показателей, как общая производительность, стоимость, риски сбоев, операции и готовность технологий. [167] Существуют различные способы изменения курса астероида/кометы. [168] Их можно различать по различным типам атрибутов, таких как тип смягчения воздействия (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 направлена на обезвреживание ударного элемента путем его фрагментации и разбрасывания фрагментов так, чтобы они не долетели до Земли или стали достаточно маленькими, чтобы сгореть в атмосфере. Задержка использует тот факт, что и Земля, и ударный элемент находятся на орбите. Удар происходит, когда оба достигают одной и той же точки в пространстве одновременно или, точнее, когда какая-то точка на поверхности Земли пересекает орбиту ударника, когда ударник прибывает. Поскольку диаметр Земли составляет около 12 750 км, она движется со скоростью ок. На своей орбите со скоростью 30 км в секунду он преодолевает расстояние в один диаметр планеты примерно за 425 секунд, или чуть более семи минут. Задержка или опережение прибытия ударника на время такой величины может, в зависимости от точной геометрии удара, привести к тому, что он не достигнет Земли. [172]
« Проект Икар » был одним из первых проектов, разработанных в 1967 году как план действий на случай столкновения с 1566 «Икаром» . План основывался на новой ракете «Сатурн-5» , которая совершила свой первый полет только после завершения отчета. Будет использовано шесть ракет «Сатурн-5», каждая из которых будет запускаться с разными интервалами от нескольких месяцев до нескольких часов от места удара. Каждая ракета должна была быть оснащена одной ядерной боеголовкой мощностью 100 мегатонн , а также модифицированным служебным модулем «Аполлон» и беспилотным командным модулем «Аполлон» для наведения на цель. Боеголовки будут взорваны в 30 метрах от поверхности, отклонив или частично уничтожив астероид. В зависимости от последующих ударов по курсу или разрушения астероида последующие миссии будут изменены или отменены по мере необходимости. «Последний» запуск шестой ракеты произойдет за 18 часов до столкновения. [173]
Астероиды и пояс астероидов являются основой научно-фантастических рассказов. Астероиды играют несколько потенциальных ролей в научной фантастике: как места, где люди могут колонизироваться, ресурсы для добычи полезных ископаемых, опасности, с которыми сталкиваются космические корабли, путешествующие между двумя другими точками, а также как угроза жизни на Земле или других обитаемых планетах, карликовых планетах и естественных спутниках. по потенциальному воздействию.
В наше определение «астероида», используемое на этом сайте, мы включаем троянцев (тела, захваченные в 4-й и 5-й точках Лагранжа Юпитера), кентавров (тела на орбите между Юпитером и Нептуном) и транснептуновые объекты (вращающиеся за пределами Нептуна). хотя их правильнее было бы называть «малыми планетами», а не астероидами. [36]
В эту статью включен текст из общедоступного источника : « Астероиды». Исследование Солнечной системы НАСА . Проверено 29 марта 2022 г. В эту статью включен текст из общедоступного источника : « Астероиды (из пресс-кита NEAR)». nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 29 марта 2022 г.Эта статья включает текст из источника, находящегося в свободном доступе : «Сообщество Dawn». jpl.nasa.gov . Лаборатория реактивного движения НАСА. 21 мая 2009 года. Архивировано из оригинала 21 мая 2009 года . Проверено 8 апреля 2022 г.Поскольку формальных определений комет и астероидов не существует...
Все другие объекты (в настоящее время к ним относятся большинство астероидов Солнечной системы, большинство транснептуновых объектов (ТНО), комет и других малых тел), за исключением спутников, вращающихся вокруг Солнца, вместе именуются «малыми телами Солнечной системы». .
Одна из идей заключается в том, что Фобос и Деймос, другой спутник Марса, являются захваченными астероидами.
Исследование физических свойств 41 крупнейшего и массивного астероида главного пояса позволяет предположить, что крупные астероиды без спутников целы и их внутренности обладают внутренней прочностью.
Это согласуется с результатами миссии Dawn как на Весте, так и на Церере.
Богатый летучими составами Церера также, вероятно, является причиной отсутствия спутников у Цереры и метеоритов Цереры на Земле.
Эти результаты позволяют предположить, что столкновительное разрушение, создающее структуру груды обломков, является необходимым условием для формирования спутников вокруг астероидов главного пояса.
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . В эту статью включен текст из источника, находящегося в свободном доступе : Хилле, Карл (21 октября 2019 г.). «Миссия НАСА Люси преодолевает критическую веху» . НАСА . Проверено 5 декабря 2020 г. В эту статью включен текст из общедоступного источника : « Люси: Первая миссия на троянские астероиды». НАСА. 21 апреля 2017 года. Архивировано из оригинала 6 декабря 2020 года . Проверено 16 октября 2021 г.
