Как работают пояса астероидов

Главный пояс астероидов является домом для большинства астероидов Солнечной системы.

Изображение предоставлено НАСА.

В «Империи наносит ответный удар», пятом эпизоде ​​фильмов «Звездные войны», Хан Соло и его команда товарищей-повстанцев сбегают с планеты Хот только для того, чтобы лететь прямо в поле астероидов. Поле плотно упаковано, и вокруг «Тысячелетнего сокола» вращается огромное вращающееся каменное вещество, и Хан Соло должен ловко маневрировать на своем космическом корабле в безопасное место.К сожалению, согласно C3PO, шансы на успех очень малы — всего 3720 к 1.

Если бы космический корабль стартовал с Земли к поясу астероидов нашей Солнечной системы и попытался бы пролететь сквозь него, выглядело бы это так же, как «Звездные войны» с летящими повсюду опасными обломками, ставящими миссию под угрозу? Как оказалось, навигация через пояс астероидов не была бы столь драматичной — лишь горстка астероидов достаточно велика, чтобы нанести какой-либо ущерб космическому кораблю, и между ними гораздо больше места, чем вы думаете.

Но это не значит, что главный пояс астероидов, расположенный между орбитами планет Марса и Юпитера, менее интересен, чем поле в «Звездных войнах». Чем больше астрономы изучают состав, активность и образование астероидов на их орбитах вокруг Солнца, тем больше мы понимаем, как возникла вся Солнечная система. Некоторые теории даже предполагают, что жизнь на Земле началась с астероидов на ранних стадиях существования планеты. С другой стороны, многие ученые считают, что причиной массового вымирания динозавров и других организмов 65 миллионов лет назад стал астероид.

Как образовался пояс астероидов и как он повлиял на остальную часть Солнечной системы? При чем здесь Марс и Юпитер и как их орбиты влияют на главный пояс? А как насчет пояса Койпера и облака Оорта — они чем-то отличаются от основного? Существуют ли другие пояса астероидов в других солнечных системах, таких как наша, или главный пояс уникален? Продолжайте читать, чтобы узнать.

1. Формирование Солнечной системы
2. Главный пояс астероидов
3. Характеристики астероида
4. Кометы основного пояса и другие пояса

Формирование Солнечной системы

2008 г.

Существует несколько теорий, пытающихся объяснить, как возникла Солнечная система, но наиболее широко принятая из них известна как небулярная теория. Астрономы и физики считают, что Солнечная система зародилась как большое бесформенное облако газа, пыли и льда, но что-то разрушило массу и привело все в движение — возможно, взрыв ближайшей звезды.

Если вы когда-нибудь наблюдали за фигурным катанием, то могли заметить, что фигуристы могут вращаться намного быстрее, если притягивают руки ближе к телу. Чем более сконцентрированы массы их тел, тем быстрее они смогут вращаться. То же самое произошло и с нашей Солнечной системой. Гипотетический взрыв сжал воедино неоформившиеся газ и пыль, которые стали все быстрее и быстрее вращаться по кругу. Когда солнце образовалось в середине, облако начало распрямляться в диск, что-то вроде фрисби или блина, остальную часть которого составляли крошечные пылинки.

В конце концов пыль начала слипаться и образовывать более крупные тела, называемые планетезимали. Еще больше материи, летающей вокруг, сталкивалось с этими планетезималями и прилипало к ним в процессе, называемом аккреция. По мере того, как тела вращались, а гравитация приносила больше пыли и газа, планетезимали срастались в протопланеты, а вскоре и в восемь планет, которые мы сейчас знаем и любим: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (извините). , Плутон).

Важна область между четвертой планетой, Марсом, и пятой, Юпитером. Астрономическая единица (а.е.) — это расстояние между Землей и Солнцем, которое составляет около 150 миллионов километров — астрономы используют это расстояние в качестве линейки для измерения других расстояний в пределах Солнечной системы и галактики Млечный Путь. Марс находится примерно в 1,5 астрономических единицах от Солнца, или в 225 миллионах километров. Между тем Юпитер находится примерно в 5,2 а.е. от Солнца, или в 780 миллионах километров. Если вычесть два расстояния, между Марсом и Юпитером будет около 3,7 а.е., или 555 миллионов километров.Кажется, что между двумя планетами достаточно места для еще одной планеты, верно? Что произошло между Марсом и Юпитером во время формирования Солнечной системы?

Чтобы узнать, что, по мнению ученых, произошло, прочитайте следующую страницу.

Главный пояс астероидов

2008 г.

Так как же объяснить огромное расстояние между Марсом и Юпитером? Некоторые астрономы предположили, что между двумя планетами на самом деле образовалась отдельная планета или протопланета, но удар высокоскоростной кометы разрушил и рассеял новообразованное тело, создав то, что мы теперь знаем как главный пояс астероидов.

Хотя вполне возможно, что кометы и другие крупные объекты летали вокруг Солнечной системы и разрушали материал на ранних стадиях, большинство ученых принимают гораздо более простую теорию: астероиды — это остатки материи от формирования Солнечной системы, которые никогда не собирались вместе в одну планету. . Но как же ничего не сошлось?

Если вы посмотрите на массу Юпитера, вы заметите, что она чрезвычайно велика. Люди называют его газовым гигантом по уважительной причине — в то время как масса Земли составляет около 6×10^24 кг, масса Юпитера оценивается в 2×10^27 кг. Он гораздо ближе к нашему солнцу, чем к каменистым планетам, таким как Земля или Марс.

Огромного размера Юпитера было бы достаточно, чтобы потревожить скалистую материю, которая упала между ним и Марсом — его сильное гравитационное притяжение заставило бы любые потенциальные протопланеты столкнуться и разбиться на более мелкие части. В результате у нас остается большая разбросанная коллекция астероидов, которые вращаются вокруг Солнца в том же направлении, что и Земля, — главный пояс астероидов. С центром в 2,7 а.е. от Солнца пояс отделяет Марс и другие скалистые планеты от массивных холодных газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн.

Подробнее об астероидах внутри пояса см. на следующей странице.

Пробелы Кирквуда

Гравитационная сила Юпитера до сих пор влияет на пояс — его гигантская масса мешает астероидам на пути и создает большие бреши в главном поясе, известные как Пробелы Кирквуда. Это происходит из-за орбитальный резонанс, что является точкой, когда одно тело выравнивается с орбитой другого тела и испытывает силу. Например, астероид может совершить два полных оборота вокруг Солнца за время, необходимое Юпитеру для совершения одного оборота. Каждую вторую орбиту этот астероид совпадал с Юпитером, и его орбита претерпевала небольшие изменения. Это приводит к тому, что несколько различных групп астероидов собираются вместе, в зависимости от того, как часто они вращаются вокруг Солнца, а также оставляет несколько промежутков там, где нет никаких астероидов.

Есть также два «облака» астероидов впереди и позади пути Юпитера, известные как трояны Юпитера, которые действуют как телохранители вокруг планеты. Две похожие группы находятся вдоль орбиты Марса и называются марсианскими троянами.

Читать далее

Астероид 951 (Гаспра) глазами космического корабля Галилео в 1991 году.

Изображение предоставлено НАСА.

Большинство астероидов в главном поясе астероидов подпадают под три категории:

С-тип (углеродистый) — Они составляют около 75 процентов всех известных астероидов. На самом деле считается, что астероиды C-типа по составу аналогичны Солнцу, только без водорода, гелия и других горючих материалов. Они очень темные и легко поглощают свет, и вы можете найти их на внешних краях основного пояса.

S-тип (кремнистый) — Они составляют около 17 процентов всех известных астероидов. Их состав в основном состоит из металлического железа и железо-магниевых силикатов, и они находятся на внутреннем краю основного пояса.

М-тип (металлический) — Остальные 8 процентов астероидов состоят из металлического железа и находятся в средней части главного пояса.

Астероиды обычно движутся по слегка эллиптической орбите вокруг Солнца в том же направлении, что и Земля.Они просто вращаются, как и Земля, за исключением очень короткого промежутка времени — от одного часа до суток, в зависимости от их размера. Интересно, что большинство астероидов размером более 200 метров вращаются очень медленно, не быстрее, чем раз в 2,2 часа. Это заставило астрономов предположить, что более крупные астероиды очень слабо удерживаются вместе из-за постоянной бомбардировки другими астероидами. Если они будут вращаться быстрее, они разорвутся и улетят в космос. Предполагается, что астероид 253 (Матильда) имеет такую ​​же плотность, как вода, хотя его ширина составляет 52 километра.

Многие люди могут быть удивлены, узнав, что большинство астероидов в главном поясе размером с гальку. Несмотря на огромное пространство, которое он занимает, по оценкам астрономов, общая масса всего главного пояса астероидов составляет менее 1/1000 массы Земли или менее половины размера Луны. Шестнадцать астероидов имеют диаметр 240 км и более, самый крупный из них — Церера, диаметр которой составляет около 1000 км.

Все ли астероиды в нашей Солнечной системе находятся в главном поясе или есть другие тела, которые делят пространство между Марсом и Юпитером? А как насчет других поясов астероидов? См. следующую страницу, чтобы выйти за пределы основного ремня.

Кометы основного пояса и другие пояса

Хотя комета главного пояса ведет себя как обычная комета, испуская хвост из газа и пыли, ее орбита больше похожа на орбиту астероида.

Педро Ласерда/Гавайский университет

26 ноября 2005 года аспирант Генри Шей и профессор Дэвид Джуитт из Гавайского университета сделали поразительное открытие. Глядя в 8-метровый Северный телескоп Джемини на спящий вулкан Мауна-Кеа, они заметили загадочный астероид 118401, испускающий пыль, похожую на комету. Когда они посмотрели на две отдельные кометы, они поняли, что эти три объекта не были ни астероидами, ни кометами, а совершенно новой категорией комет. кометы главного пояса.

Кометы — это просто большие глыбы льда и пыли, движущиеся в космосе.Солнечное тепло заставляет лед испаряться, а за ним остается след из газа и пыли, когда объект движется в пространстве — вот почему у кометы есть хвосты. Однако орбита кометы главного пояса сильно отличается от орбиты обычной кометы, которая обычно вращается вокруг Солнца по наклонной, очень эллиптической форме, как натянутая резиновая лента. Вместо этого комета главного пояса движется по довольно круговой ровной орбите, очень похожей на астероид.

Самое большое откровение, связанное с открытием комет главного пояса, заключается в возможности того, что ледяной астероид мог врезаться в Землю и обеспечить ее жизнью. Первоначально астрономы считали, что лед обычных комет обеспечивает Землю водой, но недавние открытия доказали, что кометная вода не имеет много общего с водой нашей планеты. Если астероидная вода чем-то похожа на нашу, кометы главного пояса могут дать нам важную информацию о формировании Земли и даже о нашем собственном существовании.

Другое открытие, сделанное в том же году, предполагает, что существуют и другие пояса. Астрономы НАСА обнаружили то, что может быть массивным поясом астероидов вокруг HD69830, звезды в 41 световом году от нас, тесно связанной с нашим Солнцем. Этот пояс астероидов либо такой же, как пояс нашей Солнечной системы — собрание обломков, которые не смогли сформироваться в большое тело, — либо ранние стадии новой Солнечной системы. В последнем случае наблюдение за поясом может помочь нам лучше понять важный процесс формирования планет [источник: National Geographic News].

Чтобы узнать больше об астероидах, космосе и космических исследованиях, см. следующую страницу.

Пояс Койпера

Пояс Койпера похож на главный пояс астероидов тем, что представляет собой еще одно дискообразное собрание обломков, оставшихся после формирования Солнечной системы. Большая разница в том, что он простирается намного дальше в космос — он начинается за Нептуном на расстоянии 30 а.е. и достигает 50 а.е., или 7,5 миллионов километров.Его часто называют «последним рубежом» нашей Солнечной системы, потому что становится все труднее измерять размеры объектов внутри или за пределами этой области. Обломки, составляющие пояс Койпера, также намного холоднее из-за большого расстояния от Солнца. Идея пояса Койпера была предложена астрономом Джерардом Койпером в 1951 году, но его существование не было подтверждено до 1992 года, когда астрономы обнаружили первый объект пояса Койпера (КПО).