Семейство астероидов — это популяция астероидов , которые имеют схожие собственные орбитальные элементы , такие как большая полуось , эксцентриситет и наклон орбиты . Предполагается, что члены семейств являются фрагментами прошлых столкновений астероидов . Семейство астероидов — это более конкретный термин, чем группа астероидов , члены которой, хотя и имеют некоторые общие орбитальные характеристики, могут быть в остальном не связаны друг с другом.
Крупные известные семейства содержат несколько сотен известных астероидов (и еще много более мелких объектов, которые могут быть либо еще не проанализированы, либо еще не открыты). Небольшие, компактные семейства могут иметь всего около десяти идентифицированных членов. Около 33% - 35% астероидов в главном поясе являются членами семейства.
Существует около 20-30 надежно распознанных семейств, с несколькими десятками менее определенных группировок. Большинство семейств астероидов находятся в главном поясе астероидов , хотя несколько групп, похожих на семейства, такие как семейство Палласа , семейство Венгрия и семейство Фокея , лежат на меньшей большой полуоси или большем наклоне, чем главный пояс.
Было идентифицировано одно семейство, связанное с карликовой планетой Хаумеа . [1] Некоторые исследования пытались найти доказательства существования столкновительных семейств среди троянских астероидов , но в настоящее время доказательства неубедительны.
Считается, что семейства образуются в результате столкновений астероидов. Во многих или большинстве случаев родительское тело было разрушено, но есть также несколько семейств, которые возникли в результате крупного кратерного события, которое не разрушило родительское тело (например, семейства Веста , Паллада , Гигиея и Массалия ). Такие кратерирующие семейства обычно состоят из одного большого тела и роя астероидов, которые намного меньше. Некоторые семейства (например, семейство Флора ) имеют сложную внутреннюю структуру, которая на данный момент не имеет удовлетворительного объяснения, но может быть следствием нескольких столкновений в одном и том же регионе в разное время.
Из-за способа происхождения все члены имеют близко соответствующие составы для большинства семейств. Заметными исключениями являются те семейства (например, семейство Веста ), которые образовались из большого дифференцированного родительского тела.
Считается, что семейства астероидов имеют продолжительность жизни порядка миллиарда лет, в зависимости от различных факторов (например, более мелкие астероиды теряются быстрее). Это значительно короче возраста Солнечной системы, поэтому мало, если вообще есть, реликтов ранней Солнечной системы. Распад семейств происходит как из-за медленного рассеивания орбит из-за возмущений от Юпитера или других крупных тел, так и из-за столкновений между астероидами, которые измельчают их до мелких тел. Такие мелкие астероиды затем подвергаются возмущениям, таким как эффект Ярковского , который может со временем подтолкнуть их к орбитальным резонансам с Юпитером. Оказавшись там, они относительно быстро выбрасываются из пояса астероидов. Для некоторых семейств были получены предварительные оценки возраста, которые варьируются от сотен миллионов лет до менее нескольких миллионов лет, как для компактного семейства Карин . Считается, что старые семейства содержат мало мелких членов, и это является основой определения возраста.
Предполагается, что многие очень старые семейства потеряли всех членов меньшего и среднего размера, оставив только несколько самых крупных нетронутыми. Предполагаемым примером таких старых остатков семейств является пара астероидов 9 Метис и 113 Амальтея . Дальнейшие доказательства большого количества прошлых семейств (ныне рассеянных) получены из анализа химических соотношений в железных метеоритах . Они показывают, что когда-то должно было быть по крайней мере от 50 до 100 родительских тел, достаточно больших, чтобы их можно было дифференцировать, которые с тех пор были разрушены, обнажив свои ядра и образовав настоящие метеориты (Kelley & Gaffey 2000).
При построении графика орбитальных элементов астероидов главного пояса (обычно наклон против эксцентриситета или против большой полуоси ) можно увидеть ряд отдельных концентраций на фоне довольно равномерного распределения фоновых астероидов , не входящих в семейство . Эти концентрации представляют собой семейства астероидов (см. выше) . Астероиды-чужаки — это астероиды, классифицированные как члены семейства на основе их так называемых собственных орбитальных элементов , но имеющие спектроскопические свойства, отличные от основной массы семейства, что позволяет предположить, что они, в отличие от истинных членов семейства, не произошли от того же родительского тела , которое когда-то разбилось на фрагменты при столкновении.
Строго говоря, семьи и их членство определяются путем анализа собственных орбитальных элементов, а не текущих оскулирующих орбитальных элементов , которые регулярно колеблются в масштабах времени в десятки тысяч лет. Собственные элементы — это связанные константы движения, которые остаются почти постоянными в течение как минимум десятков миллионов лет, а возможно и дольше.
Японский астроном Киёцугу Хираяма (1874–1943) был пионером в оценке собственных элементов для астероидов и первым выделил несколько наиболее известных семейств в 1918 году. В его честь семейства астероидов иногда называют семействами Хираямы . Это особенно относится к пяти известным группам , открытым им.
Современные компьютерные поиски выявили более сотни семейств астероидов. Наиболее известными алгоритмами являются метод иерархической кластеризации ( HCM ), который ищет группировки с малыми расстояниями до ближайших соседей в пространстве орбитальных элементов, и вейвлет-анализ, который строит карту плотности астероидов в пространстве орбитальных элементов и ищет пики плотности.
Границы семейств несколько размыты, поскольку на краях они сливаются с фоновой плотностью астероидов в главном поясе. По этой причине число членов даже среди открытых астероидов обычно известно лишь приблизительно, а принадлежность неопределенна для астероидов вблизи краев.
Кроме того, некоторые нарушители из гетерогенной фоновой популяции астероидов ожидаются даже в центральных областях семейства. Поскольку истинные члены семейства, вызванные столкновением, как ожидается, будут иметь схожий состав, большинство таких нарушителей в принципе можно распознать по спектральным свойствам, которые не соответствуют свойствам основной массы членов семейства. Ярким примером является 1 Церера , крупнейший астероид, который является нарушителем в семействе, когда-то названном в его честь ( семейство Цереры , теперь семейство Гефион ).
Спектральные характеристики также могут быть использованы для определения принадлежности (или непринадлежности) астероидов к внешним областям семейства, как это было использовано, например, для семейства Веста , члены которого имеют необычный состав.
Как упоминалось ранее, семейства, образованные ударом, который не разрушил родительское тело, а только выкинул фрагменты, называются кратерирующими семействами . Другая терминология использовалась для различения различных типов групп, которые менее различимы или менее статистически достоверны из наиболее известных «номинальных семейств» (или кластеров ).
Термин «скопление» также используется для описания небольшого семейства астероидов, такого как скопление Карин . [2] Скопления — это группировки, которые имеют относительно немного членов, но четко отличаются от фона (например, скопление Юноны ). Кланы — это группировки, которые очень постепенно сливаются с фоновой плотностью и/или имеют сложную внутреннюю структуру, что затрудняет решение, являются ли они одной сложной группой или несколькими не связанными между собой перекрывающимися группами (например, семейство Флоры было названо кланом). Племена — это группы, которые с меньшей уверенностью могут быть статистически значимыми на фоне либо из-за малой плотности, либо из-за большой неопределенности в орбитальных параметрах членов.
Среди множества семейств астероидов семейства Эос , Эвномия , Флора , Венгрия , Гигея , Коронис , Ниса , Фемида и Веста являются наиболее заметными в поясе астероидов . Полный список см. в разделе Все семейства .
В 2015 году исследование выявило 122 примечательных семейства с общим числом астероидов около 100 000 членов на основе всего каталога пронумерованных малых планет , который на тот момент состоял из почти 400 000 пронумерованных тел ( текущий список пронумерованных малых планет см. в индексе каталога ) . [3] : 23 Данные были предоставлены в «Small Bodies Data Ferret». [4] Первый столбец этой таблицы содержит идентификационный номер семейства или идентификационный номер семейства ( FIN ), который является попыткой числовой маркировки идентифицированных семейств, независимо от их текущего используемого названия, поскольку название семейства может меняться с уточненными наблюдениями, что приводит к использованию нескольких названий в литературе и последующей путанице. [3] : 17
Другие семейства астероидов из разных источников (не перечисленные в таблице выше), а также неастероидные семейства включают:
