Астероиды в Солнечной системе

Астероиды –  небольшие небесные тела с размерами от нескольких метров до тысячи километров. Свое название астероиды получили за сходство со звёздами при наблюдении в телескоп. Будучи крохотными, астероиды кажутся, как и звёзды, точками. Астероид означает "звёздоподобный". Термин "астероид" был введён известным астрономом 18 века Уильямом Гершелем для характеристики вида этих объектов при наблюдениях в телескоп.

Недавно, по всем газетам и телевизионным каналам прошло сообщение о том, что в четверг 26 октября 2028 года астероид может врезаться в Землю. Потом выяснилось, что нашли более старые снимки астероида и более качественно просчитали его орбиту. По новым расчетам никакого столкновения не будет: астероид пройдет на расстоянии 960 тысяч километров от Земли. Но полной гарантии, что астероид или комета не могут врезаться в Землю и погубить на ней все живое, ни один учёный дать не может.

Тема исследования выбрана не случайно, в связи с огромным интересом человечества к проблемам безопасности жизнедеятельности на Земле, расширения его кругозора, безопасного освоения космоса, использования астероидов как дополнительных источников полезных минералов и веществ (например, железа и никеля).

В процессе выполнения работы рассмотрена история открытия и изучения астероидов, их распределение в Солнечной системе, приведены характеристики астероидов, гипотезы возникновения пояса астероидов, угрозы исходящие от астероидов, возможные пути изучения и освоения астероидов в Солнечной системе.

1. Астероиды в Солнечной системе

1. 1. История открытия и изучения астероидов

О том, что в Солнечной системе между орбитами Марса и Юпитера движутся многочисленные сравнительно мелкие тела, узнали менее двухсот лет назад.

Однако ученые подозревали об их существовании довольно давно. В 1766 году профессор физики Иоганн Даниэль Тициус фон Виттенберг сформулировал "закон планетных расстояний", согласно которого между орбитами Марса и Юпитера должна была находиться планета, которую никак не могли открыть.

Солнце · Меркурий · Венера · Земля · Марс · Пояс · Юпитер · Сатурн · Уран · Нептун · Плутон ·

астероидов 

Английский астроном Гершель в 1781 году открыл планету Уран, причем расстояние планеты от Солнца почти не отличалось от той, которую предсказывала формула Тициуса. Это обстоятельство повысило доверие ученых 18 века к правилу Тициуса, и в 1796 году для поиска недостающей планеты была образована группа из 24 астрономов, которая получила известность как «Отряд небесной полиции». По воле случая, недостающую планету открыли не они.

В новогоднюю ночь с 31 декабря на 1 января 1801 года (в первую же ночь очередного 19 столетия) планету обнаружил Джузеппе Пьяцци, директор обсерватории в Палермо на острове Сицилия. У Пьяцци была совсем другая задача, он хотел составить точную карту звездного неба в области созвездия Тельца. Сверяясь со звездным каталогом, астроном никак не мог обнаружить одну из звезд. Неожиданно он заметил звездоподобный объект, который медленно перемещался по небу. Сначала он принял его за новую комету. Но позже, когда вычислили орбиту космического тела более точно, оказалось, что она находится именно на том же расстоянии от Солнца, которое предсказывалось формулой Тициуса. Астрономы торжествовали: найдена недостающая планета.

Пиацци назвал ее Церера, в честь древнеримской богини плодородия. Вскоре последовала цепь новых открытий.

В 1802 году немецкий врач Ольберс открыл неподалеку от Цереры новый астероид, который назвали Паллада в честь дочери морского бога Тритона из древнегреческой мифологии. В 1804 году была открыта Юнона, в 1807 году – Веста.

Между тем поток открытий астероидов не иссякал, и к 1890 году было известно уже свыше 300 малых планет. Астрономы пришли к твердому убеждению, что в некоторой зоне между Марсом и Юпитером по орбитам вокруг Солнца вращается очень много малых планетных тел. Открытия малых планет продолжаются и до настоящего времени. Сейчас, более чем 160 000 астероидов пронумеровано и поименовано.

Теоретически подсчитано, что в поясе астероидов тел размером, превышающим 1 километр, должно быть более миллиона. Количество же еще более мелких астероидов неисчислимо велико.

1. 2. Распределение астероидов в Солнечной системе.

Большинство астероидов (98%) движутся в так называемом Главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. При средней орбитальной скорости около 20 километров в секунду эти астероиды затрачивают на один оборот вокруг Солнца от 3 до 9 земных лет.

Небольшие группы астероидов нашли приют прямо на орбите Юпитера. Одно из скоплений находится впереди по движению планеты, а другое - симметрично позади неё. Попавшие в разные области малые планеты не имеют возможности встретиться друг с другом, и так и водят свой хоровод в вечном противостоянии. Для астероидов на орбите Юпитера были придуманы красивые названия – Троянцы и Греки (и даже имена им сначала давали такие же, какие были у героев Троянской войны). Но потом подобные семейства были найдены и у других планет, поэтому окончательно все подобные объекты стали называть просто Троянцами. Даже на орбите Земли могут существовать несколько маленьких троянцев.

Юпитер своим притяжением изменяет движения астероидов. В результате этого они сталкиваются друг с другом и меняют свои орбиты. Некоторые из мелких планет подходят к Солнцу вдвое ближе, чем Меркурий, другие уходят за орбиту Сатурна.

В 1977 году был открыт астероид, который движется в пространстве между орбитами Юпитера и Урана, совершая один оборот вокруг Солнца за 50,7 земных лет. Объект был назван Хироном, по имени кентавра - сына Сатурна. Все последующие подобные объекты стали относить к семейству Кентавров, а Хирон сейчас классифицирован как комета.

Продвижение к границам солнечной системы позволило обнаружить и ещё более далекие объекты. За орбитой Нептуна обнаружено несколько небесных тел с размерами 100-200 км. Видимо, там тоже располагается пояс астероидов. Он назван поясом Койпера.

В 1997 года было высказано предположение, что за орбитой Плутона существует ещё один пояс астероидов. Возможно, что в этом поясе есть тела крупнее Плутона. В последнее время все больше ведётся разговоров о том, что и сам Плутон лучше "уволить" из состава планет и причислить к астероидам пояса Койпера.  

Пояс астероидов - основной поставщик мелкой твердой пыли в Солнечной системе. Эта пыль не остается постоянно в роли "микропланеток", то есть спутников Солнца. Если поперечник «пылинки» меньше 5 метров, то она выметается прочь из Солнечной системы давлением солнечных лучей. А вот полет частиц размером 5-10 метров солнечные лучи тормозят и они падают на Солнце.

1. 3. Характеристика астероидов

Все астероиды имеют размеры меньше 1500 км, у них нет атмосферы и гидросферы. Форма астероидов самая разнообразная: от шаровой до сигарообразной. Различают "каменные", "железные", смешанные и нестандартные астероиды. Периоды оборота астероидов вокруг своей оси различаются в десятки раз: у некоторых малых планет это часы, у других – сутки.

Сейчас принято считать астероидами все тела, размеры которых не менее 1 км. Тела меньших размеров получили название метеороидов.

Самый большой из астероидов - Церера имеет сферическую форму диаметром около 1000 километров. Масса Цереры примерно 900 миллионов миллиардов тонн, что составляет 25% всей массы пояса астероидов, но в то же время более чем в 6000 раз меньше массы Земли. Масса же всех астероидов Главного пояса меньше, чем масса Луны.

Церера по размерам превосходит многие крупные спутники планет-гигантов. За Церерой по величине следуют Паллада, диаметр которой около 600 км, потом Веста (538 км) и Юнона (247 км). Считается, что более 100 астероидов Главного пояса должны иметь диаметры более 100 км, 14 астероидов имеют диаметры больше 250 км, ещё 14 от 200 до 250 км.

Так как в августе 2006 года Церера была причислена к карликовым планетам, в настоящий момент Паллада является наибольшим астероидом.

Астероидам сначала давали имена римских и греческих богинь, потом -имена героев римской и греческой мифологии. Однако вскоре их стало так много, что имен богов и героев на всех не хватило, и поэтому открыватели могли назвать астероиды как угодно, хоть своим именем.

Сейчас получить имена могут не все астероиды, а только те, для которых имеются надёжно рассчитанные орбиты. Бывали случаи, когда астероид получал имя спустя десятки лет после открытия. До тех пор, пока орбита не рассчитана, астероиду приписывается порядковый номер.

27 сентября 2007 года был запущен американский космический зонд, который в 2011 году должен выйти на орбиту вокруг Весты, а в феврале 2015 года — достигнуть Цереры, и мы еще больше узнаем об этих интересных космических объектах.

2. Гипотезы возникновения пояса астероидов

2. 1. Теория о разрушении мифологической планеты Фаэтон

В 1804 году Ольберс высказал знаменитую гипотезу о том, что пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера представляет собой осколки взорвавшееся планеты Фаэтон.

Учёные 19 века долго спорили, что стало причиной разрушения планеты. Одни считали, что разрушение Фаэтона произошло вследствие его столкновения с каким-то крупным космическим телом, а, по мнению других, причинами разрушения был внутренний взрыв планеты. После разрушения, Фаэтон был "разорван" на части гравитационными полями Марса и Юпитера и образовался пояс астероидов.

В то время были и другие предположения о появлении пояса астероидов, однако наибольшее распространение получила именно гипотеза Ольберса.

Так же, в древнешумерской мифологии существует легенда, что планета Мардука попала в Солнечную систему и ее спутники столкнулись с планетой Тиамат (то есть Фаэтон) и раскололи её. Большая часть от расколовшейся планеты перешла на другую орбиту и стала планетой Земля.

Гипотеза о существовании Фаэтона до сих пор часто используется в научной фантастике. К примеру, роман писателя Александра Казанцева – «Фаэ́ты», в котором рассказывается, что в результате ядерной войны на Фаэтоне произошёл взрыв океанов планеты. Несколько десятков жителей планеты – фаэтов, в момент взрыва находились на космических станциях вокруг Марса и в составе экспедиции на Земле. Они дали начало разумной жизни на Земле и основали колонию в подземных городах на Марсе.

2. 2. Образование пояса астероидов в процессе развития Солнечной системы

Последующее изучение астероидов показало, что гипотеза Ольбертса, скорее всего, неверна. Расчёты, сделанные для того, чтобы определить, как двигались астероиды в прошлом, показали, что они никогда не были частью одной планеты. Суммарная масса всех астероидов слишком мала, чтобы образовать планету.

Современные учёные считают, что астероиды являются остатками вещества, из которого сформировалась Солнечная система. 4,5 миллиарда лет назад молодой Юпитер своим огромным полем тяготения воспрепятствовал образованию в районе пояса астероидов достаточно крупного планетного тела. Процесс объединения вещества был остановлен тогда, когда успели сформироваться только несколько десятков объектов размером около 500-1000 км. Дальше за счет притяжения растущего Юпитера, скорости объектов стали расти и они перешли от объединений к сталкиванию и дроблению на более мелкие части.

Таким образом, современная наука рассеяла миф: если и существовала такая планета как Фаэтон, то только в воображении.

3. Астероиды - опасные соседи Земли

Астероиды изредка сталкиваются с большими планетами. Многие учёные считают, что причиной резкого изменения климата, повлекшего вымирание динозавров 65 миллионов лет назад, послужил астероид, врезавшийся в Землю. На Земле даже обнаружили кратер, который мог образоваться от такого удара. На месте этого кратера сейчас находится Мексиканский залив.

Надо сказать, что Земля пережила несколько подобных "странных" вымираний животных. К примеру, задолго до динозавров так же внезапно вымерли трилобиты.

В 1932 году были обнаружены астероиды, орбиты которых выходили за пределы Главного пояса и проходили вблизи орбиты Земли. Именно с этих астероидов, получивших имена Амура и Аполлона, и начались семейства "потенциально опасных" для Земли астероидов. Ведь даже небольшое гравитационное влияние способно изменить орбиты подобных тел и перевести их на опасный путь столкновения с нашей планетой.

В 1976 году был обнаружен астероид, орбита которого почти целиком лежит внутри орбиты Земли. Астероид получил имя Атон и положил начало ещё одному семейству потенциально опасных космических агрессоров.

Все эти объекты далеко не гиганты, но и не карлики в мире малых планет – их приблизительные диаметры таковы: Амур – 1,9 км. ; Аполлон – 3,7 км. ; Атон – 2,9 км. – весьма внушительно и вполне достаточно, чтобы уничтожить на Земле практически всё живое.

Наибольшее приближение астероида к Земле было в 1991 году - 170 000 км. По космическим меркам это очень близко. Если бы Земля была человеческим телом, а этот астероид пулей, то пуля оставила бы на теле ожог.

4. Пути изучения и освоения астероидов в Солнечной системе

Астероиды изучаются уже более 200 лет. И почти всё это время изучение проводилось только с помощью телескопов. Однако относительно небольшие их размеры и огромные расстояния не позволяли ответить на множество вопросов, интересующих учёных, таких как:

• почему же все-таки вместо планеты между Марсом и Юпитером находятся астероиды?

• почему астероиды разделились на металлический и каменный типы?

• действительно ли у некоторых астероидов (например – Весты) есть разделение на слои как у Земли и других планет?

• каким образом астероиды переходят со своих "нормальных" орбит на орбиты, пересекающие орбиту Земли?

• какая вероятность того, что большая комета или астероид могут врезаться в Землю?

В настоящее время для изучения астероидов летают космические станции и зонды. Эти исследования очень важны для науки. При проведении исследований астероидов можно понять – как формировалась Солнечная система, ведь в них законсервировано вещество, из которого 4,5 миллиарда лет назад формировались планеты.

Кроме этого, необходимо решать вопросы будущей защиты от опасности, которую несут в себе сближающиеся с нашей планетой астероиды из семейства Амуров, Аполлонов и Атонов. Ведь даже самое тщательное и кропотливое наблюдение с помощью телескопов невозможно сравнить с непосредственными исследованиями на самом астероиде.

А значит, надо отправлять на астероиды космические станции и зонды. Причем, экспедиции к некоторым астероидам могут быть проще и дешевле, чем полет к Марсу. Существуют множество астероидов, чья орбита мало отличается от Земной орбиты. Так, что необходимая скорость космического аппарата будет не больше, чем для полета к Луне. Даже существующие космические ракеты могут быть использованы для этого.

На мой взгляд, в будущем, на астероидах можно размещать космические маяки, аварийные убежища и базы спасательного космофлота. И это будет на много дешевле, чем на больших планетах, ведь если для преодоления силы притяжения Земли нужна скорость 8,9 км/с, а Луны - 2,4 км/с, то с астероида можно стартовать практически без расхода энергии.

Астероиды так же могут использоваться как основной источник материалов для поселений будущего. Например, при обследовании астероида Эрос с посадкой на его поверхность космического зонда, были обнаружены: железо, сера, магний, кремний, алюминий.

К тому времени, когда человечество будет способно транспортировать астероиды к Земле, на самой планете и на Луне могут иссякнуть запасы полезных ископаемых, а добыча их на других планетах будет обходиться дороже из-за больших расходов топлива на взлёт и соответственно, малой полезной массы перевозимого груза.

На астероидах можно будет устанавливать двигатели для изменения его орбиты, которые будут использовать вещество астероида в качестве топлива. Так астероиды можно будет выводить на орбиту Земли, и транспортировать полезные ископаемые на её поверхность.

Заключение

В результате проведенного исследования на тему: «Изучение и освоение астероидов в Солнечной системе» поставленные цели и задачи были решены. Рассмотрена история открытия и изучения астероидов, их распределение в Солнечной системе, приведены характеристики астероидов, гипотезы возникновения пояса астероидов, угрозы исходящие от астероидов, возможные пути изучения и освоения астероидов в Солнечной системе.

Исследование проводилось методами: анализа литературы по вопросам изучения и освоения астероидов в Солнечной Системе, логики, суждения и умозаключения.

В процессе выполнения работы использовались средства: научная и научно - фантастическая литература, энциклопедии, Интернет – источники.

В результате проведения работы отмечено, что мир астероидов то и дело продолжает удивлять землян. Ежегодно открываются тысячи новых астероидов, многие из которых обладают интересными и загадочными характеристиками для науки.

Использование астероидов будет возможно не раньше чем через 50 лет, тогда оно станет "экономически выгодным" делом. А если на некоторых еще удастся найти водяной и углекислый лед, полезные минералы и вещества, то вообще астероидам цены не будет.

Поэтому, для безопасности жизни на Земле и для того, чтобы в будущем астероиды можно было использовать как источники полезных ископаемых и места базирования для космических объектов, их нужно исследовать уже сейчас, при жизни нашего поколения.