Как работают пояса астероидов

В "Империя наносит ответный удар," пятой части фильмов "Звездные войны", Хан Соло и его команда соратников бегут с планеты Хот, только чтобы попасть прямиком в пояс астероидов. Поля астероидов плотно упакованы, и с огромными вращающимися каменными объектами, мчащимися туда-сюда вокруг Миллениум Фалькон, Хан Соло должен ловко маневрировать своим космическим кораблем, чтобы остаться в безопасности. К сожалению, по словам C3PO, шансы на успешное прохождение такого испытания крайне малы — всего 3 720 к 1.

Если бы космический корабль, запущенный с Земли в сторону астероидного пояса нашей солнечной системы, попытался пролететь через него, это выглядело бы так же, как в "Звездных войнах", с опасными обломками, летящими повсюду и создающими угрозу для миссии? Как оказалось, навигация через астероидный пояс была бы не такой драматической — только несколько астероидов, которые также считаются малыми планетами, достаточно большие, чтобы нанести ущерб космическому кораблю, и между ними гораздо больше места, чем вы могли бы подумать.

Но это не означает, что главный астероидный пояс, расположенный между орбитами планет Марс и Юпитер, менее интересен, чем поле в "Звездных войнах". Чем больше астрономы изучают состав, активность и образование астероидов в их орбите вокруг Солнца, тем больше мы понимаем о том, как сформировалась вся солнечная система. Некоторые теории даже предполагают, что жизнь на Земле началась с астероидов на ранних этапах развития планеты. С другой стороны, многие ученые считают, что астероид вызвал массовое вымирание динозавров и других организмов 65 миллионов лет назад.

Как образовался астероидный пояс и как он повлиял на остальную солнечную систему? Что имеют общее Марс и Юпитер, и как их орбиты влияют на главный пояс? А что насчет пояса Койпера и Облака Оорта — они отличаются от главного пояса? Есть ли другие астероидные пояса в других солнечных системах, подобных нашей, или главный пояс уникален?

Образование солнечной системы

Существует несколько теорий, которые пытаются объяснить, как началась солнечная система, но самой широко принимаемой считается теория туманности. Астрономы и физики считают, что солнечная система началась как большое, бесформенное облако газа, пыли и льда, но что-то нарушило массу и ставки в движение — возможно, взрыв близкой звезды.

Если вы когда-либо смотрели фигурное катание, вы могли заметить, что фигуристы могут крутиться намного быстрее, если они прижмут руки к телу. Чем более сконцентрированы их массы, тем быстрее они смогут вращаться. То же самое произошло с нашей солнечной системой. Гипотетический взрыв сжал несформированный газ и пыль воедино, что начало вращаться все быстрее и быстрее в круге. По мере того как Солнце формировалось посередине, облако начало сплющиваться в диск, похожий на летающую тарелку или блин, с крошечными пылинками, составляющими остальную часть диска.

В конечном итоге частицы пыли начали склеиваться и образовывать более крупные объекты, называемые планетезималами. Еще больше материала, летевшего вокруг, сталкивалось с этими планетезималами и прилипало к ним в процессе акреции. По мере того как объекты вращались сами по себе, и гравитация приводила больше пыли и газа, планетезималы аккретировались в протопланеты и вскоре в восемь планет, которые мы сейчас знаем и любим; те, что находятся во внутренней солнечной системе, включая Меркурий, Венеру, Землю, Марс, и те, что во внешней солнечной системе — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Важная область между четвертой планетой, Марсом, и пятой, Юпитером. Астрономическая единица (АЕ) — это расстояние между Землей и Солнцем, которое составляет около 150 миллионов километров — астрономы используют это расстояние как линейку для измерения других расстояний внутри солнечной системы и Галактики Млечный Путь. Марс находится примерно в 1,5 АЕ от Солнца, или в 225 миллионах километров. Юпитер, с другой стороны, находится примерно в 5,2 АЕ от Солнца, или в 780 миллионах километров. Если вы вычтете два расстояния, между Марсом и Юпитером окажется примерно 3,7 АЕ, или 555 миллионов километров. Кажется, между двумя планетами есть достаточно места для еще одной планеты, верно? Что произошло между Марсом и Юпитером во время формирования солнечной системы?

Главный астероидный пояс

Итак, как объяснить огромное расстояние между Марсом и Юпитером? Некоторые астрономы предположили, что между этими двумя планетами действительно сформировалась отдельная планета или протопланета, но удар высокоскоростной кометы разрушил и разбросал только что сформировавшийся объект, чтобы создать то, что мы сейчас называем главным или первоначальным астероидным поясом.

Хотя возможно, что кометы и другие крупные объекты летали по солнечной системе и ломали материал на ранних стадиях, большинство ученых принимает намного более простую теорию — астероиды — это остатки материи из формирования солнечной системы, которая никогда не смогла успешно собраться в одну планету. Но почему ничего не собралось?

Если посмотреть на массу Юпитера, вы заметите, что она чрезвычайно велика. Люди называют его газовым гигантом с хорошей причиной — в то время как масса Земли составляет около 6×10²⁴ килограммов, масса Юпитера оценивается в 2×10²⁷ килограммов. Это намного ближе к нашему Солнцу, чем к каменистым планетам, таким как Земля или Марс.

Громадный размер Юпитера был бы достаточным, чтобы расстроить каменное вещество, которое оказалось между ним и Марсом — его сильное гравитационное воздействие вызывало бы столкновения потенциальных протопланет и разбивало их на более мелкие частицы. Таким образом, у нас остается большая, разбросанная коллекция астероидных тел, которые вращаются вокруг Солнца в том же направлении, что и Земля — главный астероидный пояс. С его центром примерно в 2,7 АЕ от Солнца, этот пояс отделяет Марс и другие каменистые планеты от массивных, холодных газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн.

Характеристики астероидов

Большинство астероидов в главном астероидном поясе можно разделить на три категории:

• C-тип (карбонатные) — они составляют около 75 процентов всех известных астероидов. C-тип астероиды, по-видимому, имеют состав, схожий с Солнцем, за исключением водорода, гелия и другого горючего материала. Они очень темные и легко поглощают свет, и их можно найти на внешних краях главного пояса.

• S-тип (силикатные) — они составляют около 17 процентов всех известных астероидов. Их состав включает в себя в основном металлическое железо и железомагниевые силикаты, и они находятся на внутреннем краю главного пояса.

• M-тип (металлические) — оставшиеся 8 процентов астероидов сделаны из металлического железа и находятся в средней части главного пояса.

Астероиды вращаются вокруг Солнца в том же направлении, что и Земля, обычно в слегка эллиптической орбите. Они вращаются просто, как Земля, но за гораздо более короткое время — от одного часа до суток, в зависимости от их размера. Интересно, что большинство астероидов размером более 200 метров вращаются очень медленно, не быстрее одного раза в 2,2 часа. Это позволило астрономам предположить, что более крупные астероиды держатся весьма свободно из-за постоянных столкновений с другими астероидами. Если бы они вращались быстрее, они бы разрушились и улетели в космос. Предполагается, что астероид 253 (Матильда) примерно такой же плотности, как вода, хотя его ширина составляет 52 километра.

Многие люди могут удивиться узнать, что большинство астероидов в главном астероидном поясе имеют размер всего лишь горошину. Несмотря на огромное пространство, которое они занимают, астрономы оценивают общую массу всего главного астероидного пояса в менее чем 1/1000 массы Земли, или менее половины размера Луны. Шестнадцать астероидов имеют диаметры 240 километров и более, самый крупный из которых — Церера, имеет диаметр около 1000 километров.