§ 16. Малі тіла у Сонячній системі

У Сонячній системі, окрім Сонця і дев'яти великих планет, є ще так звані малі тіла. Це малі планети або астероїди, комети, метеорні тіла або метеороїди і міжпланетний пил. У наш час доводиться говори­ти і про космічне сміття - сукупність штучних об'єктів та їхніх фраг­ментів у космосі, які не функціонують, але здатні пошкодити або навіть зруйнувати штучний супутник чи міжпланетну станцію.

1. Малі планети (астероїди). З 1766 року відоме правило Тиціуса-Боде, за яким можна було наближено визначити відстані пла­нет від Сонця за допомогою простої залежності:

З цієї таблиці видно, що середні відстані планет аж до Урана задовільно представлені правилом Тиціуса-Боде. От тільки між Марсом і Юпітером на той час ніякої планети відомо не було.

Після появи правила група астрономів у 1796 р. розпочала пошук небесного тіла, яке мало б знаходитися на відстані 2,8 а. о. Але відкриття цього тіла цілком випадково зробив італійський астроном Джузеппе Піацці (1746-1826). 1 січня 1801 p., займаючись складан­ням каталогу зір, він знайшов зореподібний об'єкт 7^m, який за добу змістився на 6. Цю першу з малих планет або астероїдів назвали іме­нем античної богині плодючості - Церера. Вона найбільша серед відо­мих малих планет, її діаметр оцінюють у 1 ООО км. Зразу ж було відкрито ще три малих планети: Паллада (діаметр близько 600 км), Веста (540 км) і Юнона (245 км).

Впродовж XIX ст. кількість малих планет поступово збільшува­лась, а з кінця століття їх стали відшукувати фотографічним методом: під час тривалих експозицій зображення астероїда внаслідок швидко­го руху має вигляд рисочки, а тому його неважко відрізнити від зір. Згодом на відстані від 2,2 а. о. до 3,2 а. о., у так званому поясі асте­роїдів, до кінця XX ст. було виявлено і надійно встановлено параметри орбіт понад 9 000 малих планет. Найяскравіша серед них - Веста - має блиск 6,5, всі інші - слабкіші.

Астероїдам з добре визначеними орбітами привласнюють номе­ри (в порядку відкриття) і назви. Перша сотня, за деякими винят­ками, названа іменами богинь грецької і римської міфології. Згодом астрономи звернулися до міфів інших народів, потім - до епосу. За­раз астероїди мають найрізноманітніші назви, де є імена видатних вчених: Коперник (1822), Ейнштейн (2001); географічні назви: Амазонка (1042), Україна (1709); імена персонажів художніх творів та героїнь опер: Кармен (558), Aida (861); назви наук: Гео­метрія (876), Астрономія (1154); квітів: Мальва (1072). Серед ас­тероїдів є такі, назви яких пов'язані з Україною, як-от: Ялта (1475), Одеса (2606), Київ (2171), є також Кобзар (2427), Каменяр (2428), астероїди Всехсвятський (2721), Амосов (2948), Філатов (5316) тощо.

Загалом право надати ім'я астероїдові має вчений, який його відкрив, після чого пропозиція розглядається Комісією Міжнародного Астрономічного Союзу і затверджується Конгресом МАС.

Більшість астероїдів з відомими орбітами мають розміри до кількох десятків кілометрів; це - тверді кам'янисті тіла. Кількість астероїдів з розмірами понад 1 км, можливо, сягає 50 тис, а менших від 1 км - сотні тисяч. Однак повна маса малих тіл, очевидно, не перевищує ¹/₂q маси Місяця, і з усіх астероїдів, разом узятих, скомпонувалася б планета не більша 1 500 км в діаметрі.

Рухаються астероїди навколо Сонця в той же бік, що й планети, і мають витягнуті еліптичні орбіти. Деякі виходять далеко за межі поясу астероїдів. Одні з них в афелії віддаляються за орбіту Сатурна, інші в пе­ригелії навіть проникають усередину орбіти Меркурія. Наприклад, Ікар, відкритий 1949 p., має перигелій 28 млн км і кожні 19 років на­ближається до Землі. Останній раз це відбулося 1987 p., коли відстань до астероїда становила кілька мільйонів кілометрів.

Подорожуючи до Юпітера, АМС «Галілей» (США) у 1993 р. переда­ла на Землю зображення двох астероїдів - Гаспри та Іди. Зокрема на їді (мал. 16.1 на стор. 99) поперечником 56 км вдалося розгледіти величез­ну кількість дрібних кратерів, і на віддалі до 100 км від неї - маленький супутник розміром лише 1,5 км.

З 1992 р. розпочалось відкриття нових об'єктів - астероїдів з поясу Койпера або планетоїдів («планетоподібних»). Включаючи Плутон, пояс Койпера починається за орбітою Нептуна і тяг­неться, як гадають, на відстань до 150 а.о. На початок 2000 р. було відо­мо близько 120 планетоїдів з розмірами до 400 кілометрів. А найбільший серед них, відкритий 1996 p., має розмір близько 800 км, що становить третину поперечника Плутона. За попередніми оцінками, окрім великих планетоїдів, у поясі Койпера мусять знаходитись біля 200 млн невеликих тіл розмірами 5-10 км і менше. На відміну від малих планет із поясу ас­тероїдів, ці тіла в основному складаються з льоду.

2. Комети. Певно, найефектнішими малими тілами Сонячної системи є комети. У перекладі з грецької слово «комета» означає «дов­говолоса» (мал. 16.2 на стор. 100). Довгий час, услід за Арістотелем, дотримувалися думки, нібито комети - це згущення газів у земній ат­мосфері. Лише датський астроном Тіхо Браге переконливо довів: ці об'єкти знаходяться далі від Місяця. А сподвижник Ньютона Едмонд Галлей (1656-1742) визначив, що ці світила належать до Сонячної сис­теми. Дотепер зареєстровано близько 1 100 комет.

На відміну від астероїдів, що мають орбіти з малим ексцентрисите­том, орбіти комет - це дуже витягнуті еліпси. Частіше за все еліпси ви­тягнуті так, що ділянки орбіт, які пролягають усередині Сонячної сис­теми, мають вигляд параболи чи гіперболи. Від ступеня витягнутості еліпса залежить і період обертання комети навколо Сонця. Наприклад, комета Енке має період обертання навколо Сонця 3,31 роки. Найвідоміша серед комет - комета Галлея - повертається до Сонця кожні 75,5 років. її появу у близьких до Сонця околицях зареєстровано вже ЗО разів, із них двічі - у XX ст. (1910 і 1986 pp.).

Комети, відомі за їхніми попередніми появами, астрономи назива­ють періодичними. Але таких комет небагато, близько 330. Основна маса комет, а їх відкривають щороку кілька десятків, влітають в Соняч­ну систему з величезною швидкістю і точнісінько так само, обігнувши Сонце, покидають її. їхні періоди обертання становлять від тисяч до де­сятків мільйонів років. Прилітають вони до Сонця з величезної комет­ної хмари, так званої хмари Оорта.

Згідно з теорією, розробленою у 1950 р. нідерландським астроно­мом Я. Оортом, на відстані приблизно 100-150 тис. а. о. від Сонця зна­ходиться величезна кількість - сотні мільйонів чи може й мільярди окремих комет. За припущенням, хмара Оорта - це залиш­ки матеріалу, які не пішли на утворення планет Уран і Нептун. Ще на ранніх стадіях розвитку Сонячної системи під дією збурюючих сил з бо­ку планет-гігантів вони були викинуті на велику відстань за межі пла­нетних орбіт.

В середньому раз на 20 років з'являється комета, яку добре видно неозброєним оком, усі ж інші спостерігаються лише в телескоп.

Відомий астроном Ф. Уїппл із Кембриджа припустив, що кометні ядра - це величезні грудки зі снігу, куди вкраплені туго­плавкі частинки. Безпосередня зустріч космічних апаратів «Вега-1»,

Мал. 16.1. Астероїд Іда

Мал. 16.2. Комета Хейла-Боппа

«Вега-2» і «Джотто» в 1985-1986 pp. з кометою Галлея підтвердила цю здогадку. До складу ядер комет входять в основному водяний лід та інші льоди - метановий, аміачний, з вуглекислого газу. Тугоплавкі ча­стинки складаються з металів та силікатів.

На великих відстанях від Сонця кометне ядро побачити неможливо. Адже розміри його, як правило, не перевищують 10-20 км, і світла воно відбиває дуже мало. Наприклад, у комети Галлея ядро має неправильну форму і розміри 16x8x8 км (мал. 16.3). Та з наближенням до Сонця, по­чинаючи з відстані 6 а. о., кометний лід починає випаровуватись. Газ, що випаровується, тягне за собою пилинки. Продукти випаровування і пилинки навколо ядра утворюють кому або голову комети, яск­равість якої швидко зменшується в напрямку до краю.

Під дією тиску сонячного світла і сонячного вітру (потоків заряд­жених частинок з боку Сонця) речовина голови комети відкидається у бік, протилежний від Сонця, утворюючи протяжний хвіст коме­ти. От тоді, власне кажучи, комета і стає «кометою» - «довговолосою».

Через дію тих же сил тиску, віддаляючись від Сонця, комета ру­хається вже хвостом уперед. Чим ближча комета до Сонця, тим довшим стає її хвіст, збільшується і голова комети. В момент проходження комети біля Сонця діаметр її голови може перевищувати відстань від Землі до Місяця. А хвіст комети іноді про­стягається на відстань до 150 млн км. Залежно від того, яка сила має переважну дію на комету - сила відштовхування за рахунок тиску соняч­ного вітру і сонячного світла чи сила притяган­ня з боку Сонця, - кометні хвости набувають різної форми.

За рахунок випаровування речовина комети безперервно розсіюється у просторі, і її маса Мал.16.3. Ядро комети зменшується, так само як і вміст летких скла­дових у зовнішніх шарах ядра. При проходженні перигелію поблизу земної орбіти комета може втратити поверхневий шар товщиною до кількох метрів. Тривале існування таких комет, як комета Галлея, по­яснюють утворенням пористого теплоізоляційного шару, який пере­шкоджає занадто інтенсивному випаровуванню.

Густина речовини в голові (окрім центральної її частини) та хвості комети дуже мала. А тому, якщо навіть Земля пройде крізь хвіст коме­ти, це не буде загрозою для біосфери Землі. Однак, відбиваючи сонячне світло, комети яскраво світяться на тлі ще більш розрідженого космічного простору. Але при зіткненні Землі безпосередньо з ядром комети може статися катастрофа. її масштаби залежать від розмірів яд­ра. За однією з гіпотез, Тунгуська катастрофа 1908 року була виклика­на падінням на Землю невеликої комети, що мала ядро діаметром близько 500 м. А в липні 1994 р. астрономи спостерігали явище падіння на Юпітер комети Шумейкера-Леві 9, яка перед тим завдяки притяган­ню планети розділилась на понад 20 фрагментів.

За традицією кометам присвоюють ім'я першовідкривача. Це заохочує багатьох аматорів до пошуків. У XX ст. з кожних чотирьох комет лише одну відкривали астрономи-фахівці. В наш час у космічних просторах мандрують комети, названі іменами таких українських астрономів, як Г. Неуймін, Г. Шайн, М. Черних, К. Чурюмов, С. Гера­сименко, та аматора астрономії Б. Скоритченка.

3. Метеори і метеорні потоки. Пилові частинки, що виділя­ються із хвоста й голови комети, розсіюються вздовж її орбіти. Якщо ця орбіта перетинається з орбітою Землі, то час від часу потік пилових ча­стинок буде зустрічатися з земною атмосферою.

Пилові частинки, які рухаються параболічними орбітами, мають швидкість 42 км/с. З іншого боку, швидкість руху Землі по орбіті - май­же ЗО км/с. Тому залежно від того, наздоганяють частинки Землю чи

Мал. 16.4. Метеор

рухаються їй назустріч, швидкість входження в атмосферу Землі може становити 12-72 км/с.

При рухові крізь атмосферу на висоті 110-80 км маломасивна час­тинка повністю руйнується. Світлове явище, яке спостерігається при цьому, називається метеором (мал. 16.4).

Якщо ж падає одразу багато метеорів, спостерігається незвичайне небесне явище - метеорний дощ (мал. 16.5). Здається, що всі ме­теори падають з однієї точки неба. Ця точка називається радіан­том метеорного потоку. Назва метеорного потоку пов'язується з тим сузір'ям, у якому знаходиться радіант.

Наприклад, з 12 по 14 серпня спостерігається метеорний потік Персеїди з радіантом у сузір'ї Персея. Цей потік пов'язаний з періодичною кометою Свіфта-Туттля, яка спостерігалась востаннє 1992 р. Щороку 18-19 листопада спостерігається метеорний потік Леоніди з радіантом у сузір'ї Лева, пов'язаний з періодичною кометою Темпеля-Туттля, відкритою 1865 р. Метеорний потік Оріоніди з 16 по 26 жовтня породжений кометою Галлея.

Серед метеорів, які спостерігаються на нічному небі, є й такі, що не пов'язані з метеорними потоками. Метеорні тіла або метеороїди, що їх спричиняють, мають індивідуальні орбіти. Це - випадкові, спора­дичні метеори. Як правило, це пилинки неве­ликих розмірів і мас.

Загалом за добу спалахує приблизно 100 млн метеорів, яскравіших за 5. Ще більше - телескопічних метеорів. Таким чином, щорічно на Землю випадає до 500 000 тонн космічної речовини. Але порівняно з масою Землі це - мізерна величина, яка не відіграє істотної ролі у збільшенні її маси.

Якщо в атмосферу Землі вривається метеороїд, маса якого становить десятки чи сотні грам, то він породжує явище боліда. Яскраві боліди видно навіть удень.

Мал. 16.5. Метеорний дощ

4. Метеорити. Метеорне тіло, яке впало на Землю, називається метеоритом (мал. 16.6). Через роздроблення в атмосфері падіння на поверхню Землі цілого метеорита - велика рідкість.

У 1947 р. в горах Сіхоте-Аліня (Росія) впали залишки дуже великого ме­теорита загальною масою 23 тонни, що склало третину його початкової маси.

Якщо маса метеорита становить сотні тонн, то при ударі об поверхню Землі утворюється кратер із розмірами, які дорівнюють поперечнику мете­орита. Якщо маса метеорита становить десятки і сотні тисяч тонн, космічне

Мал. 16.6. Метеорит Мал. 16.7. Аризонський метеоритний кратер

тіло вдаряється об Землю з виділенням значної кількості теплової енергії, що породжує вибух. Такий вибух може призвести до дуже великих руйну­вань, а від метеорного тіла залишаться лише незначні уламки. Яскравим прикладом подібного є Аризонський кратер діаметром 1 200 м і глибиною 180 м (мал. 16.7). Розрахунки показують, що метеорит, який утворив цей кратер, мусив мати масу від 60 до 200 тис. тонн і розміри не менше 100 м.

На «обличчі» нашої планети зараз відомо не менше 150 кратерів, які отримали назву астроблем («зоряних ран»), їхній вік сягає десятків та сотень мільйонів років. Є астроблеми і на території України: це кільцеві структури діаметром у кілька сотень кілометрів на півночі та на півдні країни. Найдавніша з них Іллінецька (Вінницька область), вік якої близько 400 млн років, кратер має діаметр 7 км і глибину 700 м.

Щороку на поверхню Землі випадає близько 500 метеоритів масою від 1 кг і більше, проте знаходять їх лише приблизно 20. Колекції цих об'єктів налічують майже 700 метеоритів, падіння яких спостерігали, і близько 900, знайдених випадково. Найбільший метеорит Гоба, знайде­ний у Південно-Західній Африці, має масу майже 60 тонн.

У наш час найбільше метеоритів збирають в Антарктиді. У місцях, де сильні вітри зривають льодові шапки, метеорит, який упав сотні ти­сяч років тому, опиняється на поверхні. Знаходять їх багато і в сухих кам'янистих пустелях Західної Австралії та Намібії.

Залежно від хімічного складу метеорити поділяють на кам'яні хондрити - близько 85%,і кам'яні ахондри­ти (від грец. «хондрос» - «зерно») - 7 %. Таку назву метеорити от­римали через наявність або, відсутність у їхньому складі маленьких кулястих залізо-магнієвих силікатних включень у вигляді зерен.

Серед них трапляються такі, що містять вуглецеві хондри (1 % ).

Окрему групу метеоритів склада­ють залізні метеорити з високим вмістом нікелистого заліза (5 %) і залізо-кам'яні (2 %) з невеликими кам'яними включеннями.

Вважається, що метеорити гене­тично пов'язані з астероїдами. За ви­нятком зразків місячного грунту, це єдині космічні тіла, які можна досліджувати в земних лабора­торіях. Припускається, що речовина  Зодіакальне світло метеоритів являє собою первинну ре­човину з часів утворення Сонячної системи, а тому за їхньою допомогою визначається її вік - приблизно 4,6 млрд років. Мал. 16.8.

Весь міжпланетний простір заповнено пилом з частинок розмірами в кілька мікронів і газом у вигляді електронів і протонів. Сонячне світло, яке відбивається пилом і розсіюється на вільних електронах, ут­ворює явище зодіакального світла (мал. 16.8). Зодіакальне світло спо­стерігається або на вечірньому небосхилі на заході, або вранці на сході перед появою Сонця. Воно має вигляд слабкого сяйва у формі конуса, вісь якого лежить вздовж екліптики.

5. Проблеми астероїдної безпеки. Серед усього розмаїття ас­тероїдів і метеороїдів астрономи виділили понад сотню тіл, які через можливість зіткнення з Землею несуть із собою потенційну небезпеку для її мешканців. І хоча досі не зареєстровано жодного випадку заги­белі людей від метеоритів, небезпека існує цілком реально.

Так, у штаті Індіана (США) метеорит упав не далі ніж за 4 м від хлопчиків, які гралися. Іншим разом, також у США, великий метеорит влучив у поштову скриньку біля сільського будинку і залишився там. У 1992 р. в Нью-Йорку метеорит вагою 12,4 кг влучив у автомобіль. Зро­зуміло, що це не єдині випадки і не виключено, що за довгу історію Землі

відбувалися зіткнення планети не тільки з метеороїдами невеликої маси, але і з астероїдами, що призводило до катастрофічних наслідків. З подібною катастрофою пов'язують загибель динозаврів 65 млн років тому.

Окрім тіл природного походження, в навколоземному просторі налічу­ють понад 7 500 штучних об'єктів. Серед них лише 6 % функціонують, а решта - залишки ракет-носіїв, фрагменти зруйнованих КА, тіла супут­ників, які виробили свій ресурс тощо - це так зване космічне сміття. Во­но може випадати на Землю, створюючи космічну загрозу.

Тому не дивно, що вчені розробляють методи своєчасного виявлення, а при потребі - і знищення небезпечних «прибульців». Спеціальні служ­би контролю, створені в провідних космічних державах, з допомогою ра­дарних, оптичних та інших методів слідкують за навколоземним просто­ром. Сучасні методики дозволяють на висотах 40-50 тис. км виявляти об'єкти до 100 см, а на висотах 200-500 км - навіть до 10 см. Розробля­ються також проекти «космічних сміттєвозів». Таким чином людство намагається захистити себе від можливої метеоритної небезпеки.

1. Сформулюйте правило Тиціуса-Боде. Як у відповідності з ним зростає відстань кожної наступної планети від Сонця? 2. Які складові виділяють у будові комети, коли вона проходить поблизу Сонця? 3. У чому полягає різниця між метеором, метеорним тілом (метеороїдом) і метеоритом? 4. Що таке «космічне сміття»?

16.1. Кільце астероїдів (К. а.) поділило планети на внутрішні (орбіти яких всередині К. а.) і зовнішні (їхні орбіти охоплюють K. а.). З'ясуйте, які з планет віднесено до одної і які до іншої групи і зіставте це з поняттями нижні і верхні планети. Визначте, у чому принципова різниця між поняттями нижня і верхня планета, внутрішня і зовнішня планета.