Астероиды, кометы, метеоры, метеориты
Малые планеты – астероиды (греч. asteroedeis – звездоподобные) со звездами не имеют ничего общего, а названы так только потому, что в телескоп видны как точечные объекты. Интересна история открытия малых планет. К концу XVIII в. был известен эмпирический закон планетных расстояний (так называемое правило Тициуса – Боде), согласно которому между Марсом и Юпитером должна была находиться еще одна неизвестная планета. Поиски ее привели астронома Пиацци к открытию в 1801 г. планеты Церера диаметром 1003 км. Открытие еще трех планет: Паллады – 608 км, Юноны – 180 км и Весты – 538 км – было неожиданным. В последние годы обнаруживают астероиды до 1 км в диаметре, а их общее количество достигает нескольких тысяч. Поскольку астероиды движутся, то при длительных фотографических экспозициях они получаются в виде ярких белых черточек на черном фоне звездного неба.
Наблюдения показали, что астероиды имеют неправильную многогранную форму и движутся по орбитам различной формы – от окружностей до сильно вытянутых эллипсов; подавляющее большинство их (98%) заключено между орбитами Марса и Юпитера («главный пояс астероидов»), но астероид Икар подходит к Солнцу ближе Меркурия, а некоторые удаляются до Сатурна. Орбиты большинства астероидов сосредоточены вблизи плоскости эклиптики; периоды обращения их составляют от 3,5 до 6 лет; предполагают, что они вращаются вокруг своих осей (на основании периодического изменения видимого блеска). По вещественному составу выделяют каменные, углистые и металлические астероиды.
Суммарная масса всех астероидов оценивается в 0,01 массы Земли. Их общее притяжение не вызывает ощутимых возмущений в движении Марса и других планет.
Орбиты некоторых астероидов пересекаются с орбитой Земли, но вероятность одновременного нахождения Земли и астероида в одной точке и их столкновения исключительно мала. Предполагают, что 65 млн. лет назад на Землю упало небесное тело типа астероида в районе полуострова Юкатан и его падение вызвало помутнение атмосферы и резкое понижение среднегодовой температуры воздуха, что отразилось на экосистеме Земли.
В настоящее время астрономы обеспокоены необычным «нашествием» крупных небесных тел в окрестности планет Солнечной системы. Так, в мае 1996 г. на небольшом расстоянии от Земли пролетели два астероида. Многие специалисты предполагают, что Солнечная система попала в своеобразный шлейф из крупных небесных тел, образованных вне нашей системы, и считают поэтому, что наряду с ядерной угрозой опасностью номер один для нашей планеты стала опасность, исходящая от астероидов. Возникла новая важная проблема – создание космической защиты Земли от астероидов, которая должна включать в себя как средства наземного базирования, так и космические средства, в том числе и размещаемые в дальнем Космосе. Создание такой системы должно осуществляться на международной основе.
С другой стороны, возрастание числа видимых астероидов может быть объяснено возрастанием объема астрономической информации в последние годы, после того как наблюдения были перенесены с поверхности Земли в ближний Космос.
По вопросу о происхождении астероидов высказывались две прямо противоположные точки зрения. Согласно одной гипотезе, астероиды – осколки большой планеты (ее назвали Фаэтон), находившейся между Марсом и Юпитером на месте главного пояса астероидов и расколовшейся вследствие космической катастрофы из-за мощного гравитационного воздействия Юпитера. Согласно другой гипотезе, астероиды – протопланетные тела, возникшие за счет сгущения пылевой среды, которые не смогли объединиться в планету из-за возмущающегося действия Юпитера. В обоих случаях «виновником» оказывается Юпитер.
Кометы (греч. kometes – длинноволосый) – небольшие тела Солнечной системы, движущиеся по сильно вытянутым эллиптическим или даже параболическим орбитам. У некоторых комет перигелии находятся близ Солнца, а афелии – за пределами Плутона. Движение комет по орбитам может быть как прямым, так и обратным. Плоскости их орбит лежат в разных направлениях от Солнца. Периоды обращения комет весьма различны: от нескольких лет до многих тысяч лет. Десятая часть известных комет (около 40) появлялась неоднократно; их называют периодическими.
В кометах выделяется голова и хвост. Голова состоит из твердого ядра и комы. Ядро – ледяной конгломерат из застывших газов (водяного пара, диоксида углерода, метана, аммиака и др.) с примесью тугоплавких силикатов, углекислых и металлических частиц – железа, марганца, никеля, натрия, магния, кальция и др. Предполагают присутствие в ядре и органических молекул. Ядра комет невелики, поперечник их – от нескольких сотен метров до нескольких (50-70) километров. Кома – газово-пылевое окружение (водород, кислород и др.), светящееся при приближении к Солнцу. Близ перигелия из ядра кометы под влиянием солнечного тепла и корпускулярных потоков происходит «испарение» (возгонка) замерзших газов и образуется светящийся хвост кометы, иногда не один. Он состоит из разреженных газов и мелких твердых частиц и направлен в сторону, противоположную Солнцу. Длина хвостов достигает сотен миллионов километров. Земля уже не раз попадала в хвосты комет, например в 1910 г. Это вызвало тогда сильное беспокойство людей, хотя никакой опасности для Земли попадание в кометные хвосты не представляет: они столь разрежены, что примесь ядовитых газов, содержащихся в составе кометных хвостов (метан, циан), в атмосфере неощутима.
Среди периодических комет наиболее интересна комета Галлея, названная именем английского астронома, открывшего ее в 1682 г. и вычислившего период обращения (около 76 лет). Именно в ее хвосте оказалась Земля в 1910 г. Последний раз она появилась в небе в апреле 1986 г., пройдя на расстоянии 62 млн. км от Земли. Тщательные исследования кометы с помощью космических аппаратов показали, что ледяное ядро кометы – монолитное тело неправильной формы размером около 15 на 7 км, вокруг которого обнаружена гигантская водородная корона диаметром 10 млн. км.
Кометы – недолговечные небесные тела, так как по мере приближения к Солнцу постепенно «тают» за счет интенсивного истечения газов или распадаются на рой метеоров. Метеорное вещество впоследствии более или менее равномерно распределяется по всей орбите родительской кометы. В этом отношении интересна история периодической (около 7 лет) кометы Биелы, открытой в 1826 г. Дважды после открытия астрономы наблюдали ее появление, а в третий раз, в 1846 г., им удалось зафиксировать деление ее на две части, которые при последующих возвращениях все больше отдалялись друг от друга. Затем метеорное вещество кометы растянулось по всей орбите, при пересечении которой Землей наблюдался обильный «дождь» метеоров.
Никаких точных данных, что Земля когда-либо сталкивалась с ядром кометы, не зафиксировано. В пределы орбиты Земли ежегодно проникает не более пяти комет. Однако есть версия, что знаменитый Тунгусский «метеорит», упавший в 1908 г. в бассейне реки Подкаменной Тунгуски, близ поселка Ванавара, является небольшим (около 30 м) осколком ядра кометы Энке, который в результате теплового нагрева в атмосфере взорвался, а «лед» и твердые примеси «испарились». При этом взрывной воздушной волной был повален лес на площади в радиусе 30 км.
В 1994 г. ученые наблюдали падение кометы Шумейкеров – Леви на Юпитер. При этом она распалась на десятки осколков по 3-4 км в диаметре, которые летели друг за другом с громадной скоростью – около 70 км/с, взрывались в атмосфере и испарялись. При взрывах возникло гигантское горячее облако размером в 20 тыс. км и температурой в 30000 °С. Падение подобной кометы на Землю закончилось бы для нее космической катастрофой.
Предполагают, что «кометное облако», окружающее Солнце, образовалось вместе с Солнечной системой. Поэтому, исследуя вещество комет, ученые получают сведения о первичном материале, из которого сформировались планеты и спутники. Кроме того, появились предположения об «участии» комет в зарождении жизни на Земле, поскольку радиоспектроскопическими методами доказано наличие в кометах и метеоритах сложных органических соединений (формальдегида, цианоацетилена и др.).
Метеоры, называемые обычно «падающими звездами», – это мельчайшие (мг) твердые частицы, которые влетают в атмосферу со скоростью до 50-60 км/с, нагреваются из-за трения о воздух до нескольких тысяч градусов Цельсия, ионизируют газовые молекулы, заставляя их излучать свет, и испаряются на высоте 80-100 км над земной поверхностью. Иногда в небе появляется большой и исключительно яркий огненный шар, который может расколоться и даже взорваться во время полета. Такой метеор называют болидом. Подобный огненный шар взорвался 25 сентября 2002 г. в Иркутской области, между поселками Мама и Бодайбо. В небе фиксируются как единичные метеоры, беспорядочно появляющиеся на небосводе, так и группы метеоров в виде метеорных потоков, в пределах которых частицы движутся параллельно друг другу, хотя в перспективе кажется, что они разлетаются из одной точки неба, называемой радиантом. Метеорные потоки называются по тем созвездиям, в которых расположены их радианты. Земля пересекает орбиту Персеид около 12 августа, Орионид – 20 октября, Леонид – 18 ноября и т. д. Метеорные потоки движутся по орбитам тех астероидов или комет, в результате распада которых они образуются. Орбиты метеорных потоков тщательно изучаются в целях безопасности космических кораблей и аппаратов.
Метеоритами (от греч. meteora – небесные явления) называются крупные метеорные тела, которые падают на Землю. Ежегодно на земную поверхность выпадает около двух тысяч метеоритов общей массой около 20 тонн. Они представляют собой обломки округло-угловатой формы, покрытые обычно тонкой черной коркой плавления с многочисленными ячейками от сверлящего действия струй воздуха. По своему строению они бывают трех классов: железные, состоящие в основном из никелистого железа, каменные, в состав которых входят преимущественно силикатные минералы, и железокаменные, состоящие из смеси этих веществ. Среди каменных есть две группы: хондриты (зернистые метеориты) и ахондриты (землистые метеориты). Преобладают каменные метеориты. Физико-химический анализ метеоритов свидетельствует, что они состоят из химических элементов и их изотопов, известных на Земле, что подтверждает единство материи во Вселенной.
Самый крупный метеорит Гоба размером 2,75 на 2,43 м весом 59 т найден в юго-западной Африке, он железный. Сихотэ-Алинский метеорит (упал в 1947 г.) в воздухе раскололся на тысячи частей и выпал на Землю «железным дождем». Общий вес собранных осколков составляет около 23 т, ими создано 24 ударных кратера от 8 до 26 м в поперечнике. Метеорит Кааба («Черный камень») хранится в мечети г. Мекка в Саудовской Аравии и служит предметом поклонения мусульман. Много метеоритов обнаружено в Антарктиде, встречаются они и в осадках ложа Мирового океана.
а – относительная частота выпадения метеоритов разных классов (по Дж. Вуду); б – минеральный состав типичного хондрита (по В. Е. Хаину).
На заре существования Земли, когда неиспользованного материала в Солнечной системе было еще очень много, а атмосфера Земли – защита от метеоритов – была еще очень тонка, количество метеоритов, бомбардировавших Землю, было огромно и ее поверхность напоминала лик Луны. Со временем большая часть кратеров была уничтожена тектоническими и экзогенными процессами, но многие из них все же сохранились в виде кольцеобразных геологических структур, называемых астроблемами («звездными шрамами»). Особенно хорошо они видны из Космоса. Они достигают десятков километров в диаметре. Изучение метеоритов позволяет судить о строении и свойствах небесных тел и пополняет наши сведения о внутреннем строении Земли.