Наша планетарная система состоит не только из Солнца и окружающих его планет. Существует еще огромное количество объектов, вращающихся по своим орбитам, но обладающих гораздо меньшими размерами, чтобы дать им полноценный планетарный статус. Для таких объектов в 2006 году Международный астрономический союз ввел термин «малое тело Солнечной системы». К ним причисляют межпланетное вещество (газ и пыль), астероиды, метеориты, кометы и карликовые планеты.

Пояс астероидов

Название этого загадочного места Солнечной системы — главный пояс астероидов — ввел в середине XIX века немецкий ученый-просветитель Александр фон Гумбольдт. Суммарная масса скопления летающих скал диаметром от метра до сотен километров равна примерно 4 % лунной массы, причем больше ее половины заключено в четырех крупнейших телах: Церере, Палладе, Весте и Гигее. Их средний диаметр близок к 400 км, а самое огромное из них — Цереру — можно даже считать настоящей карликовой планетой (ее диаметр более 950 км, а масса превосходит суммарную массу Паллады и Весты). Однако подавляющее число из многих миллионов астероидов главного пояса значительно меньше по величине, они составляют в диаметре всего лишь десятки метров.

Астероидами считают тела диаметром более 30 м, меньшие называют метеороидами, или метеоритами. Особо крупных тел в главном поясе астероидов довольно мало, например стокилометровых астероидов всего около 200, и известно порядка тысячи астероидов радиусом больше 15 км. Основное население главного пояса, судя по всему, образует несколько миллионов астероидов диаметром в десятки и сотни метров.

Астрономы-планетологи до сих пор спорят о причинах появления главного астероидного пояса, но в большинстве сходятся во мнении, что определяющую роль сыграло чудовищное тяготение Юпитера, то ли мешавшее сформироваться полноценной планете, то ли, наоборот, разорвавшее ее на части, множественные столкновения которых и привели к сегодняшней картине этого орбитального роя астероидов.

В итоге множество астероидов распалось на более мелкие фрагменты. Основная их часть была выброшена силами гравитации на окраины Солнечной системы либо перешла на очень вытянутые орбиты, двигаясь по которым (и возвращаясь во внутреннюю часть Солнечной системы) они сталкивались с планетами земной группы во время эпохи поздней тяжелой бомбардировки, около 3,5 млрд лет назад. Это объясняет низкую плотность сегодняшнего состояния пояса астероидов. Столкновения между астероидами происходят постоянно даже с учетом разреженности современного астероидного пояса, что формирует множество астероидных семейств с похожими орбитами и химическим строением.

Группы астероидов

Среди астероидов выделяют околоземные амуры и аполлоны (названные так в честь самых известных своих представителей — астероидов Амура и Аполлона). Орбиты амуров находятся полностью за пределами земной орбиты, траектория движения аполлонов пересекает земную с внешней стороны.

Изучение малых тел

Крупнейшие представители главного пояса астероидов — Церера, Паллада, Юнона и Веста — были открыты в начале XIX века, а Астрея и Геба — в середине. В отличие от других планет, даже в самые сильные телескопы того времени все они выглядели как точки света, неотличимые от обычных звезд в отсутствие движения. Поэтому новые небесные тела стали считать отдельным классом звездоподобных объектов.

Новый этап изучения астероидов начался с применения в 1891 году метода астрофотографии, заключающегося в съемке с долгой экспозицией, так что движущиеся слабовидимые тела оставляют четкие светлые линии. С помощью астрофотографии за последующие три десятилетия было обнаружено свыше тысячи астероидов, а сегодня их число составляет около 300 тыс. и продолжает расти, причем современные системы поиска новых астероидов позволяют выявлять их автоматически, практически без участия человека. Самое пристальное внимание уделяется в первую очередь крупным объектам, способным вторгнуться в земную атмосферу вместе с некоторыми кометами и метеороидами.

Строение и состав астероидов

Эволюция крупнейших астероидов пояса включала процесс гравитационного разделения, когда они испытывали нагревание, приводившее к плавлению их силикатного вещества с выделением металлических ядер и более легких силикатных оболочек. Так, у крупных астероидов возникла даже своеобразная базальтовая кора, совсем как у внутренних планет земной группы.

Теория возникновения главного пояса астероидов предполагает, что вначале население пояса должно было включать немало крупных объектов, в которых происходила дифференциация внутреннего строения. Подобные астероиды могли бы иметь все признаки малых планет вместе с корой и мантией из базальтовых пород. Соответственно, в последующем более половины фрагментов крупных тел должны были бы состоять из базальта. Тем не менее базальтовые тела почти не встречаются в главном поясе. Одно время даже считалось, что практически все базальтовые астероиды представляют собой осколки коры Весты, однако более подробные исследования показали различие в их химическом составе, что указывает на их отдельное
происхождение.

Интересно, что когда главный пояс находился в стадии формирования, в нем возникла так называемая снеговая линия, в пределах которой поверхность астероидов не нагревалась выше температуры таяния льда. Поэтому на астероидах, образовавшихся вне этой линии, смог возникнуть водяной лед, что привело к появлению космических айсбергов с большим содержанием льда.

Подобные соображения подтвердило открытие новых разновидностей обитателей главного пояса астероидов в виде сравнительно небольших комет, населяющих внешнюю часть пояса далеко за пределами снеговой линии. Может быть, именно эти «снежные астероиды» стали источниками воды (и следовательно, жизни) в земных океанах, попав на нашу планету во время кометной бомбардировки. Данную гипотезу косвенно подтверждает и разница в изотопном составе комет, прилетающих с далеких окраин Солнечной системы, с распределением изотопов в воде земной гидросферы. В то же время изотопный состав небольших комет, располагающихся во внешней части главного пояса астероидов, вполне схож с земным, стало быть, можно предположить, что эти астероиды были источниками земной воды.

Между составом астероида и его расстоянием от Солнца можно проследить вполне определенную зависимость. Например, каменные силикатные астероиды расположены намного ближе к светилу, чем углеродно-глинистые, содержащие следы воды в связанном состоянии и даже обычный водяной лед. У близких к Солнцу астероидов также более высокая отражательная способность, чем у центральных и периферийных. Астрономы объясняют это воздействием солнечной радиации, «выдувавшей» более легкие элементы, например воду и газы, на периферию. Таким образом, водяной лед сконденсировался на астероидах внешней области главного пояса.

Классификация астероидов

Из основных характеристик астероидов стоит упомянуть показатели их цветности, отражательной способности поверхности и характеристики спектра отраженного солнечного света. Изначально эта классификация определяла только три основных класса астероидов:

• класс C — углеродные, 75 % известных астероидов;
• класс S — силикатные, 17 % известных астероидов;
• класс M — металлические, большинство остальных.

Этот список был позже расширен, и число классов продолжает расти по мере изучения астероидов.

Относительно высокая концентрация крупных и средних тел в центральной области главного пояса предполагает возможность их довольно частых, по астрономическим меркам, сокрушительных столкновений, происходящих не реже чем раз в десятки миллионолетий. При этом идет их дробление на отдельные фрагменты различных размеров. Впрочем, если астероиды встречаются на сравнительно небольших скоростях, возможен обратный процесс их «слипания», когда они объединяются в одно более крупное тело. В современную астрономическую эпоху, несомненно, доминируют дробление и рассеивание частей астероидов, но 4 млрд лет назад именно процессы укрупнения привели к образованию планет Солнечной системы.

С тех пор дробление астероидных фрагментов с превращением их в метеороиды полностью изменило внешний вид главного пояса астероидов, наполнив его обширными шлейфами мельчайших крупинок и пыли из микрочастиц радиусом в несколько сотен микрометров. Последствия подобного дробления, «перемеливания» и перемешивания с добавками, кроме астероидной, еще и пыли, выбрасываемой кометами, вызывают явление зодиакального света (слабое послезакатное и предрассветное свечение, наблюдаемое в плоскости эклиптики, имеющее вид расплывчатого треугольника).

Углеродные астероиды. Подобные тела составляют более трех четвертей населения главного пояса и содержат большой процент элементарных углеродных соединений. Их количество особенно велико во внешних районах главного пояса. Внешне углеродистые астероиды имеют тусклый темно-красный оттенок, и их довольно трудно обнаружить. Видимо, главный пояс астероидов содержит довольно много таких тел, которые можно найти по излучению в невидимом инфракрасном диапазоне из-за наличия в них воды. Крупнейший представитель углеродистых астероидов — Гигея.

Силикатные астероиды. Довольно распространенный класс астероидов — силикатные тела класса S, группирующиеся во внутренней части пояса. Их поверхность покрыта различными силикатами и некоторыми металлами, в основном железом и магнием, при полном отсутствии углеродных соединений. Все это результат значительных изменений, вызванных плавлением и разделением веществ.

Металлические астероиды. Так еще называют метеороиды класса M главного пояса. Они богаты никелем и железом. Их около 10 % всех тел. Имея умеренную отражательную способность, эти объекты могут быть частями металлических ядер астероидов, вроде Цереры, возникших при формировании Солнечной системы и разрушенных во взаимных столкновениях.

Поскольку кинетическая энергия столкновения астероидов способна достигать весьма существенных величин, их фрагменты могут разноситься по всей Солнечной системе, попадая и в атмосферу нашей планеты. Сегодня насчитываются десятки тысяч всяческих метеоритов, из которых практически все (99,8 %) прилетели из главного пояса астероидов.

Новый источник ресурсов

В задачах колонизации Солнечной системы астероидам отводится важная роль источника сырья для строительства и промышленного производства. Предполагается даже организовать транспортировку наиболее ценных астероидов на земную орбиту, где к тому времени будут работать космические металлургические предприятия. Астероиды главного пояса могут быть ценными источниками водяного льда, из которого возможно получение кислорода для дыхания и водорода как топлива. Ну и конечно же, космические геологи будущего надеются найти под тонкой коркой спекшихся базальтов разные редкие минералы и металлы, включая никель, железо, кобальт, титан, платину, молибден, родий и др.

Астероиды — практически неисчерпаемые источники ресурсов, всего лишь одно железоникелевое тело класса M километрового диаметра может содержать пару миллиардов тонн руды, в несколько раз превышая годовой объем добычи ископаемого на Земле. Еще более перспективно расположение металлургического производства в космосе с вакуумной плавкой и переплавом различной продукции космической инфраструктуры, необходимой для дальнейшего исследования и освоения ближнего и в перспективе дальнего космоса.

Церера

Церера была открыта в ночь на 1 января 1801 года итальянским астрономом Джузеппе Пиацци. Первоначально считалась планетой, а затем в течение двух столетий просто крупным астероидом. Окончательно была классифицирована как карликовая планета и названа в честь древнеримской богини плодородия и покровительницы Сицилии.

Веста

Тысячи маленьких небесных тел-астероидов бороздят просторы Солнечной системы. Они имеют неправильную осколочную форму, однако при этом могут достигать 500 км в диаметре, как Веста.

Веста — четвертый по времени открытия астероид (1807 год) и самый яркий из всех. В моменты наибольшего сближения с Землей Веста светит, как звезда 5-й величины. На темном небе ее можно разглядеть невооруженным глазом.

По размеру среди астероидов Веста — вторая после Паллады, поскольку в новой классификации из-за правильной шарообразной формы Цереру ученые отнесли не к астероидам, а к карликовым планетам. Если бы асимметрия Весты была меньше, этот астероид также записали бы в карлики.

В 2011 -2012 годах космический аппарат Dawn работал на орбите вокруг Весты и передал на Землю ее подробные снимки. Кратеры на них названы именами весталок — жриц римской богини Весты, чье имя носит астероид.