Астероиды: как они выглядят, откуда берутся и чем отличаются от метеоритов
17059 Elvis, 12818 Tomhanks и 8749 Beatles — нет, это не кодовые названия новых байопиков о короле рок-н-ролла, одном из любимых голливудских актеров во всем мире и легендарной музыкальной группе. Это — названия астероидов. Что такое астероиды, какими они бывают, из чего состоят и чем отличаются от метеоритов — Pro Космос собрал все, что нужно знать.
Одна из самых известных теорий, объясняющих гибель динозавров, утверждает, что эти древние существа вымерли после того, как в Землю врезался огромный камень из космоса. Цепь последовавших событий в итоге привела к исчезновению динозавров.
Ученые давно обсуждают, какие последствия может иметь падение астероида. Известно, что даже сравнительно небольшой объект способен вызвать масштабные разрушения и изменить климат на всей планете. Чтобы понять, насколько это возможно, стоит разобраться, что такое астероиды, откуда они берутся и какую реальную угрозу несут Земле.
Что такое астероид
Астероид — это небольшой каменистый или металлический объект, обращающийся вокруг Солнца, как и другие планеты и небесные тела нашей Солнечной системы. Точного, универсального определения у этого термина нет, но чаще всего под астероидами понимают тела, движущиеся по орбитам внутри области до Юпитера. Объекты, находящиеся дальше, попадают уже в другие категории.
Наша Солнечная система образовалась примерно 4,6 миллиарда лет назад, когда огромное облако газа и пыли схлопнулось под собственной гравитацией. После этого большая часть вещества собралась в центре облака, образовав Солнце — центральную звезду нашей системы. Планеты возникли из сгущающейся пыли, но не все вещество успело войти в их состав. Оставшиеся обломки тех времен и стали астероидами.
Хотя астероиды встречаются повсюду в Солнечной системе, большинство из них обитает в Главном поясе — области между орбитами Марса и Юпитера. Размеры этих тел варьируются от микроскопических частиц пыли до гигантов почти в тысячу километров в поперечнике. Самый крупный из них — Церера, диаметр которой целых 940 километров. Она даже получила статус карликовой планеты.
Хотя в Главном поясе сосредоточено большинство астероидов, это не единственное место их обитания. Некоторые из них находятся на орбитах планет, то есть планета и астероид движутся вокруг Солнца по одной и той же эллиптической траектории. У Земли и еще нескольких планет есть такие спутничающие астероиды.
Что такое орбита: виды и элементы
История открытия астероидов
Если взглянуть на схему Солнечной системы, между орбитами Марса и Юпитера видно большое пустое пространство. Несколько веков назад этот пробел тревожил астрономов — им казалось, что на этом месте обязательно должна быть еще одна планета. Существует правило Тициуса–Боде, уже известное астрономам в XVIII веке, по которому расстояния между планетами подчиняются определенной закономерности — и между Марсом и Юпитером действительно не хватало орбиты.
И 1 января 1801 года, в первый день XIX века, появилась надежда: итальянский астроном Джузеппе Пьяцци заметил слабую подвижную точку света. Она двигалась с нужной скоростью, чтобы считаться планетой, но была слишком тусклой и маленькой. Пьяцци сначала подумал, что это комета, но последующие наблюдения показали, что у объекта нет хвоста. Так была открыта Церера — первый астероид.
Это была сенсация: казалось, что наконец-то найдена «недостающая» планета между Марсом и Юпитером. Но уже через год, в 1802-м, нашли еще один подобный объект, затем третий — в 1804-м, и четвертый — в 1807-м. Стало очевидно, что это не планеты, а совершенно новый класс небесных тел. Поскольку в телескопы того времени они выглядели как маленькие звездочки, их назвали астероидами — буквально «звездоподобными».
К концу XIX века астрономы знали уже более 450 астероидов. С развитием телескопов темпы открытий резко выросли, и сегодня мы знаем о сотнях тысяч таких объектов. По оценкам, в Солнечной системе могут существовать миллиарды астероидов размером более 100 метров и свыше миллиона — диаметром более километра.
Как выглядит астероид
Астероиды сильно различаются по форме, размеру и составу. Самый крупный — Церера, почти тысяча километров в диаметре. На другом конце шкалы — самый крошечный изученный астероид 2015 TC25: всего два метра в поперечнике. Его наблюдали, когда он пролетал мимо Земли в октябре 2015 года.
Большинство астероидов имеют неправильную форму: угловатые и вытянутые, без четкой геометрии. Только самые массивные тела, вроде Цереры, под действием собственной гравитации приобретают почти сферический вид. Их поверхность изрыта кратерами и покрыта слоем пыли и каменных обломков. Самая крупная — Церера, около 900 километров в диаметре, почти сферическая из-за собственной гравитации, «сжавшей» ее в шар.
Долгое время считалось, что астероиды — это сплошные каменные глыбы. Но оказалось, что за миллиарды лет столкновений многие из них превратились в рыхлые скопления — «кучи щебня», гравитационно связанные обломки. Это подтвердилось, когда японский зонд Hayabusa посетил астероид Итокава. Его поверхность оказалась хаотичной, без кратеров, полностью покрытой фрагментами породы. Плотность была низкой — именно такой, как у рыхлой груды камней.
Из чего состоит астероид
За годы наблюдений астрономы выяснили, что астероиды отличаются не только формой, но и химическим составом. Выделяют три основных класса.
Класс C: Большинство — около трех четвертей — углеродистые: содержат много соединений углерода и летучие вещества, очень темные.
Класс S: Примерно шестая часть — силикатные, то есть в основном каменистые. Они отражают больше света.
Класс М: Остальные относятся к смешанной категории, но обычно состоят из металлов — железа, никеля и других.
Различия в составе связаны с тем, на каком расстоянии от Солнца формировались эти тела. Некоторые астероиды после образования подверглись сильному нагреву и частично расплавились: железо осело в центре, а на поверхность вышла базальтовая, вулканическая порода.
Орбиты астероидов со временем меняются под действием притяжения Юпитера и сближений с другими планетами. Иногда такие встречи выбрасывают их из Главного пояса — и тогда блуждающие тела пересекают орбиты других планет, в том числе Земли. За околоземными астероидами ведется постоянное наблюдение. Радиолокационные измерения позволяют уточнять их орбиты, размеры и форму — и оценивать, представляют ли они реальную угрозу для нашей планеты.
Есть и другой способ группировки — по орбитам. Некоторые астероиды движутся схожими путями и, возможно, произошли из одного крупного тела, разрушенного ударом. Такие группы называют «семействами», и их известно несколько десятков. Например, семейство Эвномия насчитывает более 400 астероидов каменистого типа и, вероятно, возникло из родительского тела диаметром около 300 километров.
Чем астероид отличается от метеорита и кометы
Астероиды — это небольшие каменистые или металлические тела, обращающиеся вокруг Солнца. Когда астероид приближается к Земле, он становится околоземным.
Если фрагмент астероида или другой космический объект входит в атмосферу Земли, он нагревается от трения и начинает светиться — это метеороид. Яркий след на небе, который мы видим, — метеор. А если тело не сгорает полностью и падает на поверхность, оно становится метеоритом.
Самый известный пример — падение Челябинского метеорита в 2013 году. Объект диаметром около 20 метров вошел в атмосферу над Южным Уралом, вызвав мощную ударную волну. Пострадало более 1200 человек, но Земля тогда отделалась сравнительно легко: такие события происходят раз в несколько десятков лет. Куда более крупные астероиды — около 400 метров в поперечнике — способны вызвать разрушения глобального масштаба, но они сталкиваются с Землей примерно раз в сто тысяч лет.
От Чикшулуба до Челябинска: 5 самых известных падений метеоритов в истории
Кометы, в отличие от астероидов, состоят не из камня и металла, а изо льда, пыли и замерзших газов. При приближении к Солнцу лед начинает испаряться, образуя характерный хвост, направленный в противоположную сторону от звезды. Поэтому кометы видны издалека, тогда как астероиды остаются тусклыми и лишенными атмосферы.
Астероиды движутся по устойчивым орбитам и вращаются вокруг своей оси — иногда ровно, иногда хаотично. У многих есть собственные спутники: сегодня известно более 150 астероидов с лунами, а у некоторых — целые мини-системы из нескольких тел.
Где находятся астероиды
Астероиды разбросаны по всей Солнечной системе, но большинство из них образует несколько крупных скоплений.
Главный пояс астероидов
Самое известное и густонаселенное скопление астероидов находится между орбитами Марса и Юпитера. По оценкам, в этом поясе обращается от 1,1 до 1,9 миллиона объектов диаметром более километра и миллионы меньших. Их орбиты почти круглые, и столкновения происходят крайне редко.
В кино астероидный пояс часто изображают как плотное облако камней, между которыми лавируют космические корабли. На деле все совсем не так: пространство здесь почти пусто. В среднем крупные астероиды разделяют миллионы километров, так что, стоя на одном из них, вы, скорее всего, не увидите другой невооруженным глазом. И хотя их огромное количество, общая масса ничтожна — все астероиды Главного пояса вместе взятые весили бы куда меньше нашей Луны.
Пояс имеет внутреннюю структуру: например, тел на расстоянии около 425 миллионов километров от Солнца почти нет. Если бы астероид двигался по такой орбите, он обращался бы вокруг Солнца за четыре года, то есть ровно треть юпитерианского цикла.
Гравитация Юпитера, действуя с такой периодичностью, постепенно выталкивает астероиды из этих орбит. Так образуются щели Кирквуда — пустые промежутки в поясе. В целом Главный пояс устроен немного похоже на кольца Сатурна, где гравитация спутников создает такие же разрывы.
Возникает вопрос: почему вообще существует Главный пояс астероидов? Когда формировалась Солнечная система, вещество в протопланетном диске постепенно собиралось в крупные тела — планеты росли, притягивая материал вокруг себя. Юпитер захватил большую часть вещества рядом, но не все. Остатки внутри его орбиты частично слиплись в объекты поменьше, но достаточно крупные, чтобы успеть разделиться на слои: тяжелые металлы осели в ядро, легкие вещества образовали мантию и кору. Позднее столкновения разрушили большинство этих протопланет, и именно их обломки мы сегодня называем астероидами.
Вероятно, миллиарды лет назад между Марсом и Юпитером было гораздо больше вещества. Со временем Юпитер либо притянул его к себе, либо своей гравитацией нарушил орбиты тел, выбросив их наружу. Возможно, именно из-за этого Марс получился таким маленьким — Юпитер просто «отнял» у него часть строительного материала.
Все о Марсе: есть ли жизнь, сколько лететь и почему называют Красной планетой
Троянцы
Еще одна крупная группа астероидов делит орбиту с планетами благодаря особенностям гравитации. Эти тела находятся в особых точках равновесия — точках Лагранжа L4 и L5, расположенных впереди и позади планеты на ее орбите. В этих точках силы притяжения Солнца и планеты уравновешиваются, поэтому астероиды могут оставаться там миллиарды лет.
Самая многочисленная группа — троянцы Юпитера. Их, по оценкам, столько же, сколько астероидов в Главном поясе. Они образуют два огромных роя, движущихся по орбите планеты — один впереди, другой позади. Ученые считают, что эти тела возникли еще в эпоху формирования Солнечной системы, и состав их до сих пор не изменился.
Интересные факты о Юпитере — самой большой планете Солнечной системы
Долгое время астрономы могли наблюдать троянцев только с Земли, но теперь ситуация меняется. В октябре 2021 года NASA запустило миссию Lucy — аппарат, которому предстоит 12-летнее путешествие к этим древним телам. Это будет первое сближение с троянскими астероидами в истории космонавтики. Ученые надеются, что данные Lucy помогут понять, как формировалась Солнечная система и почему планеты распределены именно так, как мы видим их сегодня.
Есть также троянцы Марса, Нептуна и даже Земли — первый из них, 2010 TK7, был обнаружен NASA в 2011 году. Он движется по той же орбите, что и Земля, но с заметным смещением вверх-вниз относительно плоскости орбиты.
Околоземные астероиды
Эти объекты движутся по орбитам, проходящим вблизи земной. Некоторые лишь подходят к орбите планеты, другие пересекают ее, представляя потенциальную угрозу. Таких тел известно несколько десятков тысяч, и их число растет с каждым годом благодаря автоматическим обзорам неба и данным космических телескопов.
Астероиды, чьи орбиты пересекают земную, называют пересекающими Землю (Earth-crossers). Среди них выделяют два основных типа: «Аполлоны» — пересекающие земную орбиту, и «Атоны», движущиеся почти целиком внутри нее. Оба типа могут сближаться с Землей, поэтому их относят к категории околоземных астероидов.
Но близкое прохождение не означает столкновение: их орбиты могут быть наклонены, и физически не пересекаться с земной. Однако некоторые действительно проходят через ту же область пространства, что и Земля. Это не значит, что они непременно попадут в нас — как можно перейти улицу и не попасть под машину. Опасность возникает лишь тогда, когда Земля и астероид оказываются в одной точке орбиты одновременно.
Один из самых известных околоземных астероидов — Апофис. Его сближение с Землей в 2029 году долго считалось потенциально опасным, но теперь известно, что он пройдет на безопасном расстоянии — около 38 тысяч километров.
Астероид Апофис: правда ли, что упадет на Землю в 2029 году
Именно поэтому астрономы постоянно следят за потенциально опасными астероидами — чтобы заранее заметить те, чьи орбиты могут пересечься с земной.
Пояс Койпера
За орбитой Нептуна простирается обширная область, где обращаются тысячи ледяных тел — пояс Койпера. Его внутренняя граница начинается примерно на 30 астрономических единицах от Солнца и тянется далеко за 50. По сути, это внешний аналог Главного пояса астероидов, только состоящий не из камня, а из льда, метана и других замерзших летучих веществ.
Считается, что пояс Койпера — это реликт ранней Солнечной системы, остатки вещества, из которого могли бы образоваться планеты, если бы не гравитационное влияние Нептуна. Среди его обитателей — Плутон, Эрида, Хаумеа, Макемаке и сотни тысяч более мелких тел.
Отсюда приходят многие короткопериодические кометы, а за его пределами начинается еще более далекое облако Оорта — граница между Солнечной системой и межзвездным пространством.
«Поставщик» комет и астероидов: самое интересное и загадочное о поясе Койпера
Самые большие астероиды
Среди сотен тысяч астероидов Солнечной системы выделяются несколько гигантов, заметно превосходящих остальных по размеру и массе. Большинство из них находится в Главном поясе между Марсом и Юпитером.
Церера — крупнейший объект пояса и единственный, получивший статус карликовой планеты. Диаметр — около 940 километров. Поверхность покрыта кратерами и следами древних потоков жидкости. По данным зонда Dawn, под поверхностью скрыта ледяная мантия и, возможно, остатки подземного океана. В Церере может содержаться больше воды, чем во всех земных пресных водоемах. На снимках видны яркие участки — вероятно, следы льда или криовулканической активности.
Веста — второй по величине астероид (диаметр около 525 километров) и третий по размеру, но второй по массе. Состоит в основном из базальтовых пород, имеет плотное ядро и слоистое строение, как у планеты. Южное полушарие пересекает гигантский кратер Рея Сильвия диаметром почти 500 километров — след древнего удара, после которого часть вещества, вероятно, была выбита в космос.
Паллада — третий по размеру астероид, около 510 километров в диаметре. Имеет необычную орбиту, наклоненную к плоскости Солнечной системы, и сильно потемневшую поверхность. Считается, что она покрыта веществом, измененным в результате древних столкновений.
Гигея — четвертый по величине астероид (около 430 километров). По составу близка к углеродистым телам класса C и, вероятно, состоит из смеси камня и водяного льда. По форме почти сферическая, что делает ее тоже потенциальной кандидаткой на статус карликовой планеты.
Помимо этих гигантов, несколько других астероидов Главного пояса тоже были исследованы космическими аппаратами — Гаспра, Лютеция, Штейнс и Матильда. У астероида Иды обнаружен спутник, а у Клеопатры сразу две луны.
Изучение астероидов
Еще недавно астрономы могли судить об астероидах только по отраженному свету — с Земли их изучали с помощью телескопов и спектроскопии. Теперь к ним летают целые экспедиции: космические аппараты фотографируют поверхность, измеряют гравитацию, берут пробы и даже возвращают их на Землю.
Одним из первых таких зондов был NEAR Shoemaker, который в 2001 году вышел на орбиту астероида Эрос и впервые в истории совершил мягкую посадку на поверхность астероида. Японский аппарат Hayabusa в 2005 году побывал на астероиде Итокава и доставил на Землю частицы его породы — первый подобный образец в истории. Его преемник Hayabusa2 привез материал с астероида Рюгу, показав, что такие тела могут содержать воду и органические вещества.
Американская миссия OSIRIS-REx изучала астероид Бенну. В 2023 году капсула с его пылью благополучно вернулась на Землю. Исследования подтвердили, что Бенну богат углеродистыми соединениями — теми самыми, из которых могла начаться жизнь.
Аппарат Dawn исследовал крупнейшие объекты Главного пояса — Весту и Цереру. Он показал, что Веста устроена почти как планета с плотным ядром, а Церера, наоборот, хранит следы древнего подповерхностного океана.
Современные технологии позволяют не только наблюдать астероиды, но и воздействовать на них. В 2022 году миссия DART впервые проверила, можно ли отклонить астероид от орбиты. Зонд врезался в небольшой спутник Диморф, и его орбита действительно изменилась — пусть совсем немного, но этого достаточно, чтобы доказать принцип.
Впереди новые миссии. Аппарат Lucy уже направляется к троянским астероидам Юпитера, а Psyche полетит к редкому металлическому телу — возможно, обнаженному ядру древней протопланеты.
Интересные факты об астероидах
У многих астероидов есть собственные спутники. Сейчас известно более 150 таких систем, а некоторые представляют собой двойные астероиды, где два тела вращаются вокруг общего центра масс.
Некоторые астероиды состоят из редких металлов — платины, иридия, палладия. Один из таких, Психея (16 Psyche), может содержать металлов на триллионы долларов, если бы их можно было добыть.
Самый маленький известный астероид — 2015 TC25, всего два метра в поперечнике. Его удалось наблюдать с Земли, когда он пролетал мимо нашей планеты.
Самый крупный — Церера, почти 940 километров в диаметре. У нее есть ледяная мантия, и, возможно, следы древнего подповерхностного океана.
Астероиды могут взрываться от солнечного тепла. У некоторых наблюдаются выбросы газа и пыли, из-за чего они становятся похожи на кометы.
В среднем Земля сталкивается с тонной астероидного вещества в день — в виде микроскопической пыли, сгорающей в атмосфере.
Частые вопросы
Как часто астероиды падают на Землю?
Мелкие астероиды, размером с мяч или меньше, входят в атмосферу ежедневно — и сгорают, не достигая поверхности. Объекты диаметром в несколько метров падают примерно раз в год, обычно над океаном или безлюдными районами. Такие, как челябинский метеорит (около 20 м), встречаются примерно раз в несколько десятков лет.
Куда более крупные астероиды — в сотни метров — врезаются в Землю очень редко, примерно раз в сто тысяч лет. А удары, подобные тому, что, вероятно, уничтожил динозавров 65 миллионов лет назад, происходят раз в десятки миллионов лет [1], [2].
Почему многие астероиды названы в честь богов и героев мифов?
Когда в начале XIX века начали открывать первые астероиды, астрономы воспринимали их как миниатюрные планеты — а планеты к тому времени уже было традицией называть в честь римских и греческих богов. Так появились Церера, Веста, Юнона, Паллада и т.д.
Но когда их число перевалило за сотни, потом за тысячи, имен не хватило. Тогда разрешили давать названия по предложению открывших их астрономов — через утверждение Международного астрономического союза. Каждый астероид также получает свой номер.
Так в каталогах появились объекты, названные в честь ученых, писателей, городов и даже вымышленных персонажей. Среди них — 3834 Zappafrank, посвященный музыканту Фрэнку Заппе, 2309 Mr. Spock, названный, как ни странно, не в честь героя «Стартрека», а в честь кота астронома, открывшего астероид. Есть и 17059 Elvis, 12818 Tomhanks, 8749 Beatles, и даже 9007 James Bond [3].
Можно ли увидеть астероид невооруженным глазом?
Да, но только несколько самых ярких. Например, Веста при благоприятных условиях может достигать видимой звездной величины около +5,5 — на грани видимости без телескопа. Остальные астероиды требуют хотя бы большого бинокля [4].
Можно ли колонизировать астероиды?
Теоретически можно, но делать там особо нечего: гравитация почти нулевая, атмосферы нет, перепады температур огромные, радиация смертельная.
Зато на некоторых астероидах есть вода в виде льда и ценные металлы — никель, железо, платина. Поэтому их рассматривают как перспективные источники ресурсов и возможные точки для будущих добывающих станций [5].
Какой астероид самый яркий при наблюдении с Земли?
Самый яркий — Веста. Она может отражать до 40% солнечного света и иногда выглядит почти как слабая звезда [6].
Почему некоторые астероиды называют «космическими свалками»?
Так называют астероиды-обломки, которые когда-то были частью более крупных тел. После столкновений они распались и собрались обратно под действием слабой гравитации. Такие тела состоят из камней, пыли и пустот, как плохо спрессованный щебень. Именно поэтому их и называют «свалками» — они буквально собраны из отходов прошлых катастроф [7].
В ноябре все любители астрономии могут наблюдать одно из самых зрелищных астрономических явлений — метеорный поток Леониды. В пиковые периоды на ночном небе пролетают по 10–15 метеоров в час. Собрали все, что нужно знать о Леонидах — как они образуются, как часто происходят и как их наблюдать.
Читайте также:
Эклиптика: что это простыми словами, какие созвездия пересекает и как влияет на планеты
Что такое Плеяды, где находится это скопление звезд и как его найти на небе: тайна «Семи Сестер»
Какая звезда самая яркая на ночном небе, как она называется и где находится
Что такое ретроградный Меркурий и на что он влияет: периоды в 2025 и 2026 годах
На обложке кадр из фильма «Армагеддон»
