Ледяные тела комет, обычно диаметром несколько километров, гораздо менее массивны, чем планеты. Если комета пролетает мимо планеты, ее притяжение слишком мало, чтобы повлиять на практически круговую орбиту планеты. С другой стороны, орбиты самих комет совсем даже не круговые. В большинстве случаев они настолько вытянуты, что похожи на параболы. В отличие от планет, которые движутся вблизи средней плоскости Солнечной системы, кометы перемещаются по орбитам, произвольно ориентированным относительно этой плоскости.

Повидимому, современные орбиты кометы сильно отличаются от исходных. Двигаясь по типичной орбите, комета удаляется от Солнца в 1000 раз дальше Плутона. Но когда она входит в область планет, особенно — в мощное гравитационное поле Юпитера, ее орбита испытывает сильные возмущения. Если в результате комета затормозится, она на длительное время может перейти на орбиту меньшего размера. Если же возмущения увеличат скорость кометы, она может вообще покинуть Солнечную систему. Даже если орбита кометы вначале лежала в плоскости Солнечной системы, планетные возмущения могут вывести ее из этой плоскости на такую орбиту, какие обычно наблюдаются в наше время.

Хороший пример кометы, захваченной планетами, демонстрирует нам комета Галлея. История ее открытия восходит к Ньютону, который показал, как можно вычислить орбиту кометы, если удалось измерить ее положение на небе в течение нескольких ночей. Используя этот метод, Эдмунд Галлей занялся вычислением орбит тех комет, которые были открыты в предшествовавшие столетия. Особенно внимательно он отнесся к кометам 1531,1607 и 1682 годов, орбиты которых выглядели практически одинаковыми. В1705 году он пришел к выводу, что это одна и та же комета, которая с промежутком в 76 лет приближается к Солнцу по вытянутой орбите. Кроме того, оказалось, что практически по той же орбите двигались и кометы 1305,1380 и 1456 годов. Поэтому Галлей предсказал, что эта комета вновь появится в 1758 году.

Когда предсказанный момент возвращения кометы был близок, французский астроном Алексис Клод Клеро (17131765) сообразил, что планетные возмущения могли настолько сильно изменить орбиту кометы, что она может не вернуться к предсказанному времени. Клеро опасался, что комета вернется раньше, чем он закончит свои расчеты, но ему повезло. Законченные осенью 1758 года, его вычисления показали, что комета станет заметной позже предсказанного срока более чем на год и к наиболее близкой к Солнцу точке орбиты подойдет только в марте следующего года. Действительно, комету обнаружили в конце 1758 года, и к Солнцу она приблизилась к моменту, указанному Клеро. Успешное предсказание Галлея, дополненное вычислениями Клеро, было воспринято как триумф теории Ньютона.
Комету назвали именем Галлея, и все ее последующие возвращения в окрестности Солнца — в 1835,1910 и 1986 годах — вызывали всеобщий интерес. За прошедшие 200 лет методы вычисления орбит были настолько усовершенствованы, что время появления кометы в 1986 году было известно заранее с точностью 5 часов. Если бы не было еще и других сил, воздействующих на комету, то момент ее появления можно было бы вычислить точнее. Но из ядра кометы испаряются газы, образующие обширный хвост (см. рис. п.6). Выброс газа действует как маленький реактивный двигатель и непредсказуемо влияет на движение кометы.
Интересные изменения в орбитах комет могут возникать под влиянием возмущений со стороны Юпитера. В 1770 году Шарль Мессье открыл комету, летящую почти точно к Земле и прошедшую от нас всего в 2 миллионах километров. Андерс Лексель вычислил орбиту этой кометы и обнаружил, что ее орбитальный период равен всего лишь 5,6 года. Она стала первым представителем нового класса короткопериодических комет. Но в течение следующих ю лет эта комета не появилась,* и Лексель начал искать причину. Согласно его вычислениям, в 1779 году комета прошла вблизи Юпитера, и ее орбита поменялась настолько, что она уже никогда не подойдет к Земле. Комету обнаружили на новой орбите и теперь называют кометой Лекселя.
Вероятно, Лексель был первым ученым, понявшим, насколько чувствительна задача трех тел к начальным условиям — упомянутому выше детерминистическому хаосу. Это видно из его неопубликованного комментария, написанного при вычислении орбиты кометы Лекселя. Интересно, что к концу XVIII века недетерминистическая природа Ньютоновой механики была уже известна, хотя и полностью находилась в тени детерминистических работ Д’Аламбера, Клеро и других.
Еще одним примером возмущения орбиты под влиянием Юпитера может служить тусклая комета, открытая в 1943 году Лииси Отерма (19152001), сотрудницей университета в г. Турку (Финляндия). Отерма вычислила ее орбиту и с удивлением обнаружила, что она почти круговая, в отличие от очень вытянутых орбит остальных комет. Известна лишь еще одна комета с похожей круговой орбитой. Согласно вычислениям Отерма, эта орбита была временной. До 1937 года комета двигалась вдали от Земли, за орбитой Юпитера. Сближение с Юпитером забросило комету вн>трь орбиты Юпитера, где ее и удалось обнаружить. Отерма рассчитала, что комета вернется на свою удаленную орбиту после следующего сближения с Юпитером в 1963 году, что и случилось. Теперь комету Отерма можно увидеть только с помощью больших телескопов.

Наконец, знаменитая комета ШумейкеровЛеви была захвачена Юпитером с околосолнечной орбиты на орбиту вокруг Юпитера. При тесном сближении с планетой ядро кометы развалилось не менее чем на 21 фрагмент. В 1994 году телескопы по всей Земле и даже из космоса наблюдали, как эти фрагменты влетали в атмосферу Юпитера и разрушались. Хотя размер самых крупных фрагментов не превышал нескольких километров, места столкновений были видны даже в маленькие наземные телескопы (см. вклейку).

Наша планетарная система состоит не только из Солнца и окружающих его планет. Существует еще огромное количество объектов, вращающихся по своим орбитам, но обладающих гораздо меньшими размерами, чтобы дать им полноценный планетарный статус. Для таких объектов в 2006 году Международный астрономический союз ввел термин «малое тело Солнечной системы». К ним причисляют межпланетное вещество (газ и пыль), астероиды, метеориты, кометы и карликовые планеты.

Пояс астероидов

Название этого загадочного места Солнечной системы - главный пояс астероидов - ввел в середине XIX века немецкий ученый-просветитель Александр фон Гумбольдт. Суммарная масса скопления летающих скал диаметром от метра до сотен километров равна примерно 4 % лунной массы, причем больше ее половины заключено в четырех крупнейших телах: Церере, Палладе, Весте и Гигее. Их средний диаметр близок к 400 км, а самое огромное из них - Цереру - можно даже считать настоящей карликовой планетой (ее диаметр более 950 км, а масса превосходит суммарную массу Паллады и Весты). Однако подавляющее число из многих миллионов астероидов главного пояса значительно меньше по величине, они составляют в диаметре всего лишь десятки метров.

Астероидами считают тела диаметром более 30 м, меньшие называют метеороидами, или метеоритами. Особо крупных тел в главном поясе астероидов довольно мало, например стокилометровых астероидов всего около 200, и известно порядка тысячи астероидов радиусом больше 15 км. Основное население главного пояса, судя по всему, образует несколько миллионов астероидов диаметром в десятки и сотни метров.

Астрономы-планетологи до сих пор спорят о причинах появления главного астероидного пояса, но в большинстве сходятся во мнении, что определяющую роль сыграло чудовищное тяготение Юпитера, то ли мешавшее сформироваться полноценной планете, то ли, наоборот, разорвавшее ее на части, множественные столкновения которых и привели к сегодняшней картине этого орбитального роя астероидов.

В итоге множество астероидов распалось на более мелкие фрагменты. Основная их часть была выброшена силами гравитации на окраины Солнечной системы либо перешла на очень вытянутые орбиты, двигаясь по которым (и возвращаясь во внутреннюю часть Солнечной системы) они сталкивались с планетами земной группы во время эпохи поздней тяжелой бомбардировки, около 3,5 млрд лет назад. Это объясняет низкую плотность сегодняшнего состояния пояса астероидов. Столкновения между астероидами происходят постоянно даже с учетом разреженности современного астероидного пояса, что формирует множество астероидных семейств с похожими орбитами и химическим строением.

Группы астероидов

Среди астероидов выделяют околоземные амуры и аполлоны (названные так в честь самых известных своих представителей - астероидов Амура и Аполлона). Орбиты амуров находятся полностью за пределами земной орбиты, траектория движения аполлонов пересекает земную с внешней стороны.

Изучение малых тел

Крупнейшие представители главного пояса астероидов - Церера, Паллада, Юнона и Веста - были открыты в начале XIX века, а Астрея и Геба - в середине. В отличие от других планет, даже в самые сильные телескопы того времени все они выглядели как точки света, неотличимые от обычных звезд в отсутствие движения. Поэтому новые небесные тела стали считать отдельным классом звездоподобных объектов.

Новый этап изучения астероидов начался с применения в 1891 году метода астрофотографии, заключающегося в съемке с долгой экспозицией, так что движущиеся слабовидимые тела оставляют четкие светлые линии. С помощью астрофотографии за последующие три десятилетия было обнаружено свыше тысячи астероидов, а сегодня их число составляет около 300 тыс. и продолжает расти, причем современные системы поиска новых астероидов позволяют выявлять их автоматически, практически без участия человека. Самое пристальное внимание уделяется в первую очередь крупным объектам, способным вторгнуться в земную атмосферу вместе с некоторыми кометами и метеороидами.

Строение и состав астероидов

Эволюция крупнейших астероидов пояса включала процесс гравитационного разделения, когда они испытывали нагревание, приводившее к плавлению их силикатного вещества с выделением металлических ядер и более легких силикатных оболочек. Так, у крупных астероидов возникла даже своеобразная базальтовая кора, совсем как у внутренних планет земной группы.

Теория возникновения главного пояса астероидов предполагает, что вначале население пояса должно было включать немало крупных объектов, в которых происходила дифференциация внутреннего строения. Подобные астероиды могли бы иметь все признаки малых планет вместе с корой и мантией из базальтовых пород. Соответственно, в последующем более половины фрагментов крупных тел должны были бы состоять из базальта. Тем не менее базальтовые тела почти не встречаются в главном поясе. Одно время даже считалось, что практически все базальтовые астероиды представляют собой осколки коры Весты, однако более подробные исследования показали различие в их химическом составе, что указывает на их отдельное
происхождение.

Интересно, что когда главный пояс находился в стадии формирования, в нем возникла так называемая снеговая линия, в пределах которой поверхность астероидов не нагревалась выше температуры таяния льда. Поэтому на астероидах, образовавшихся вне этой линии, смог возникнуть водяной лед, что привело к появлению космических айсбергов с большим содержанием льда.

Подобные соображения подтвердило открытие новых разновидностей обитателей главного пояса астероидов в виде сравнительно небольших комет, населяющих внешнюю часть пояса далеко за пределами снеговой линии. Может быть, именно эти «снежные астероиды» стали источниками воды (и следовательно, жизни) в земных океанах, попав на нашу планету во время кометной бомбардировки. Данную гипотезу косвенно подтверждает и разница в изотопном составе комет, прилетающих с далеких окраин Солнечной системы, с распределением изотопов в воде земной гидросферы. В то же время изотопный состав небольших комет, располагающихся во внешней части главного пояса астероидов, вполне схож с земным, стало быть, можно предположить, что эти астероиды были источниками земной воды.

Между составом астероида и его расстоянием от Солнца можно проследить вполне определенную зависимость. Например, каменные силикатные астероиды расположены намного ближе к светилу, чем углеродно-глинистые, содержащие следы воды в связанном состоянии и даже обычный водяной лед. У близких к Солнцу астероидов также более высокая отражательная способность, чем у центральных и периферийных. Астрономы объясняют это воздействием солнечной радиации, «выдувавшей» более легкие элементы, например воду и газы, на периферию. Таким образом, водяной лед сконденсировался на астероидах внешней области главного пояса.

Классификация астероидов

Из основных характеристик астероидов стоит упомянуть показатели их цветности, отражательной способности поверхности и характеристики спектра отраженного солнечного света. Изначально эта классификация определяла только три основных класса астероидов:

• класс C - углеродные, 75 % известных астероидов;
• класс S - силикатные, 17 % известных астероидов;
• класс M - металлические, большинство остальных.

Этот список был позже расширен, и число классов продолжает расти по мере изучения астероидов.

Относительно высокая концентрация крупных и средних тел в центральной области главного пояса предполагает возможность их довольно частых, по астрономическим меркам, сокрушительных столкновений, происходящих не реже чем раз в десятки миллионолетий. При этом идет их дробление на отдельные фрагменты различных размеров. Впрочем, если астероиды встречаются на сравнительно небольших скоростях, возможен обратный процесс их «слипания», когда они объединяются в одно более крупное тело. В современную астрономическую эпоху, несомненно, доминируют дробление и рассеивание частей астероидов, но 4 млрд лет назад именно процессы укрупнения привели к образованию планет Солнечной системы.

С тех пор дробление астероидных фрагментов с превращением их в метеороиды полностью изменило внешний вид главного пояса астероидов, наполнив его обширными шлейфами мельчайших крупинок и пыли из микрочастиц радиусом в несколько сотен микрометров. Последствия подобного дробления, «перемеливания» и перемешивания с добавками, кроме астероидной, еще и пыли, выбрасываемой кометами, вызывают явление зодиакального света (слабое послезакатное и предрассветное свечение, наблюдаемое в плоскости эклиптики, имеющее вид расплывчатого треугольника).

Углеродные астероиды . Подобные тела составляют более трех четвертей населения главного пояса и содержат большой процент элементарных углеродных соединений. Их количество особенно велико во внешних районах главного пояса. Внешне углеродистые астероиды имеют тусклый темно-красный оттенок, и их довольно трудно обнаружить. Видимо, главный пояс астероидов содержит довольно много таких тел, которые можно найти по излучению в невидимом инфракрасном диапазоне из-за наличия в них воды. Крупнейший представитель углеродистых астероидов - Гигея.

Силикатные астероиды . Довольно распространенный класс астероидов - силикатные тела класса S, группирующиеся во внутренней части пояса. Их поверхность покрыта различными силикатами и некоторыми металлами, в основном железом и магнием, при полном отсутствии углеродных соединений. Все это результат значительных изменений, вызванных плавлением и разделением веществ.

Металлические астероиды . Так еще называют метеороиды класса M главного пояса. Они богаты никелем и железом. Их около 10 % всех тел. Имея умеренную отражательную способность, эти объекты могут быть частями металлических ядер астероидов, вроде Цереры, возникших при формировании Солнечной системы и разрушенных во взаимных столкновениях.

Поскольку кинетическая энергия столкновения астероидов способна достигать весьма существенных величин, их фрагменты могут разноситься по всей Солнечной системе, попадая и в атмосферу нашей планеты. Сегодня насчитываются десятки тысяч всяческих метеоритов, из которых практически все (99,8 %) прилетели из главного пояса астероидов.

Новый источник ресурсов

В задачах колонизации Солнечной системы астероидам отводится важная роль источника сырья для строительства и промышленного производства. Предполагается даже организовать транспортировку наиболее ценных астероидов на земную орбиту, где к тому времени будут работать космические металлургические предприятия. Астероиды главного пояса могут быть ценными источниками водяного льда, из которого возможно получение кислорода для дыхания и водорода как топлива. Ну и конечно же, космические геологи будущего надеются найти под тонкой коркой спекшихся базальтов разные редкие минералы и металлы, включая никель, железо, кобальт, титан, платину, молибден, родий и др.

Астероиды - практически неисчерпаемые источники ресурсов, всего лишь одно железоникелевое тело класса M километрового диаметра может содержать пару миллиардов тонн руды, в несколько раз превышая годовой объем добычи ископаемого на Земле. Еще более перспективно расположение металлургического производства в космосе с вакуумной плавкой и переплавом различной продукции космической инфраструктуры, необходимой для дальнейшего исследования и освоения ближнего и в перспективе дальнего космоса.

Церера

Церера была открыта в ночь на 1 января 1801 года итальянским астрономом Джузеппе Пиацци. Первоначально считалась планетой, а затем в течение двух столетий просто крупным астероидом. Окончательно была классифицирована как карликовая планета и названа в честь древнеримской богини плодородия и покровительницы Сицилии.

Веста

Тысячи маленьких небесных тел-астероидов бороздят просторы Солнечной системы. Они имеют неправильную осколочную форму, однако при этом могут достигать 500 км в диаметре, как Веста.

Веста - четвертый по времени открытия астероид (1807 год) и самый яркий из всех. В моменты наибольшего сближения с Землей Веста светит, как звезда 5-й величины. На темном небе ее можно разглядеть невооруженным глазом.

По размеру среди астероидов Веста - вторая после Паллады, поскольку в новой классификации из-за правильной шарообразной формы Цереру ученые отнесли не к астероидам, а к карликовым планетам. Если бы асимметрия Весты была меньше, этот астероид также записали бы в карлики.

В 2011 -2012 годах космический аппарат Dawn работал на орбите вокруг Весты и передал на Землю ее подробные снимки. Кратеры на них названы именами весталок - жриц римской богини Весты, чье имя носит астероид.

8890

Кометы

Первым стал исследовать кометы датский астроном Тихо Браге, а затем его ученик, немецкий ученый И. Кеплер. Первым, кто предположил, что кометы – члены Солнечной системы, был Э. Галлей (1656-1742), он первым доказал периодичность движения комет. Общее число комет в Солнечной системе более десятков миллиардов, т.е. она окружена облаками комет, ежегодно наблюдается 15-20 комет (рис. 45).

Рис. 45. Комета Хейла-Боппа

Кометы – малые тела Солнечной системы, обычно размером в несколько километров, состоящие главным образом из летучих веществ (льдов). Их орбиты имеют большой эксцентриситет, как правило, с перигелием в пределах орбит внутренних планет и афелием далеко за Плутоном. Когда комета входит во внутреннюю область Солнечной системы и приближается к Солнцу, ее ледяная поверхность начинает испаряться и ионизироваться, создавая кому: длинное облако из газа и пыли, часто видимое невооруженным глазом. Газы захватывают пыль и вместе с ней образуют голову кометы и хвост, достигающий сотен миллионов километров. Иногда образуется несколько хвостов. Потоки электрических частиц, исходящих от Солнца, вызывают свечение разряженного газа в хвостах комет.

Короткопериодические кометы имеют период меньше 200 лет. Период же долгопериодических комет может равняться тысячам лет.

Кентавры

Кентавры – ледяные кометоподобные объекты с большой полуосью, большей, чем у Юпитера, и меньшей, чем у Нептуна. У крупнейшего из известных кентавров Харикло диаметр приблизительно равен 250 км.

Транснептуновые объекты

Пространство за Нептуном, или «регион транстнептуновых объектов», все еще в значительной степени не исследовано. Предположительно, оно содержит только малые тела, состоящие главным образом из камней и льда.

Пояс Койпера

Пояс Койпера – область реликтов времен образования Солнечной системы, являющийся большим поясом осколков, подобным поясу астероидов, но состоящий в основном из льда. Он простирается между 30 и 55 а.е. от Солнца. Составлен главным образом малыми телами Солнечной системы. По оценкам, более 100 000 объектов пояса Койпера имеют диаметр больше 50 км, но полная масса пояса равна только одной десятой или даже сотой массы Земли. Многие объекты пояса обладают множественными спутниками, и большинство объектов орбиты располагаются вне плоскости эклиптики. Пояс Койпера разделен на «классический» пояс и резонансы. Резонансы – транснептуновые объекты, чья орбита создает орбитальный резонанс с орбитой Нептуна. Классические объекты пояса Койпера не находятся с Нептуном в орбитальном резонансе и простираются примерно от 39,4 до 47,7 а.е.

Планеты-карлики

23 августа 2006 г. Международный астрономический союз выделил еще одну категорию планет солнечной системы – планеты-карлики. Карликовая планета – небесное тело, обращающееся по орбите вокруг Солнца, которое достаточно массивно, чтобы под действием собственных сил гравитации поддержать близкую к округлой форму, но которое не очистило пространство своей орбиты от планетозималий и не является спутником планеты. По этому определению у Солнечной системы имеется пять признанных карликовых планет: Церера (находится в поясе астероидов), Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. В будущем другие объекты могут быть классифицированы как карликовые планеты, например, Седна, Орк и Квавар, Варун. Эти объекты находятся в поясе Койпера, в пространстве за Нептуном.

Плутон

Плутон – карликовая планета, крупнейший известный объект пояса Койпера (рис. 46).

Плутон открыт К. Томбо (1906-1997) в 1930 г. Он очень медленно (за 247,7 года) совершает оборот по орбите, которая имеет небольшой (17 0) наклон к плоскости эклиптики и вытянута настолько, что в перигелии Плутон подходит к Солнцу на более короткое расстояние, чем Нептун.

Рис. 46. Плутон

Плутон не относится ни к твердым, ни к газообразным планетам. По признакам, наблюдаемым с Земли, эта планета похожа на гигантское ледяное тело. Поверхность Плутона покрыта замерзшим метаном, а тонкая атмосфера периодически превращается в метановый снег. Вполне возможно, что Плутон представляет собой реликтовую часть материала, из которого образовалась наша Солнечная система.

Плотность Плутона больше плотности других внешних планет Солнечной системы. Поэтому ученые предполагают, что он либо образовался в другом месте Солнечной системы и в результате катастрофических возмущений орбиты занял современное положение, либо сформировался в иной планетной системе и лишь впоследствии был «захвачен» Солнцем. Все планеты Солнечной системы движутся в одном направлении, в единой плоскости, а Плутон составляет исключение. Движение его осуществляется в противоположном направлении.

Атмосфера Плутона весьма разряжена и состоит из газообразного метана с возможной примесью инертных газов. Масса его составляет 1,7% массы Земли.

Неясна ситуация с наибольшим спутником Плутона – Хароном. Продолжит ли он классифицироваться как спутник Плутона или будет переклассифицирован в карликовую планету. Поскольку центр масс системы Плутон – Харон находится вне их поверхностей, они должны рассмаитриваться в качестве двойной планетарной системы. Два меньших спутника – Никра и Гидра обращаются вокруг Плутона и Харона.

Хаумеа

Хаумеа – карликовая планета, хотя и меньше Плутона, но крупнейший из известных классических объектов пояса Койпера. Хаумеа имеет сильно вытянутую форму и период вращения вокруг своей оси 4 ч. Два спутника и еще по крайней мере восемь транснептуновых объектов являются частью семейства Хаумеа, которое сформировалось миллиарды лет назад из ледяных осколков, после того как большое столкновение разрушило ледяную мантию Хаумеа. Орбита карликовой планеты обладает большим наклонением – 28 0 .

Макемаке

Макемаке получила название карликовой планеты в 2008 г. В настоящее время является вторым по видимой яркости в поясе Койпера после Плутона. У Макемаке не обнаружено спутников. Имеет диаметр от 50 до 75% диаметра Плутона, орбита наклонена на 29 0 .

Рассеянный диск

Рассеянный диск частично перекрывается с поясом Койпера, но простирается намного далее за его пределы и, как предполагают, является источником короткопериодичных комет. Многие объекты рассеянного диска имеют перигелий в пределах пояса Койпера, но их афелий может простираться до 150 а.е. от Солнца. Орбиты объектов весьма наклонены к поясу эклиптики и часто почти перпендикулярны ему.

Эрида

Эрида (68 а.е. в среднем) – крупнейший объект рассеянного диска (рис. 47). Она является наибольшей из известных карликовых планет, на 5% больше, чем Плутон и имеет предполагаемый диаметр 2400 км. У Эриды имеется один спутник – Дисномия. Орбита сильно вытянута с перигелием 38,2 а.е. и афелием 97,6 а.е., сильно наклонена к плоскости эклиптики на 44,177 0 .

Отдаленные области

Рис. 47. Эрида

Вопрос о том, где именно заканчивается Солнечная система и начинается межзвездное пространство, неоднозначен. Ключевыми в их определении принимают два фактора: солнечный ветер и солнечное тяготение. Внешняя граница солнечного ветра – гелиопауза, за ней солнечный ветер и межзвездное вещество смешиваются, взаимно растворяясь. Гелиопауза находится примерно в четыре раза дальше Плутона и считается началом межзвездной среды. Область пространства, ограниченная гелиопаузой , называется гелиосферой (рис. 48).

Рис. 48. Гелиосфера

Однако предполагают, что область, в которой гравитация Солнца преобладает над галактической, – сфера Хилла, простирается в тысячу раз дальше. К отдаленным областям Солнечной системы относится облако Оорта – гипотетическое сферическое облако ледяных объектов, служащее источником долгопериодичных комет (рис. 49). В 2003 г. М. Браун открыл Седну – большой, подобный Плутону, красноватый объект с гигантской, чрезвычайно эллиптической орбитой, приблизительно от 76 а.е. в перигелии до 975 а.е. в афелии и периодом в 12 050 лет. Астрономы считают, что это первый объект новой популяции. Браун назвал эту популяцию «внутренним облаком Оорта». Седна могла бы быть признана карликовой планетой, если бы достоверно была определена ее форма.

Рис. 49. Предполагаемый вид облака Оорта

Пограничные области

Большая часть нашей Солнечной системы все еще неизвестна. По оценкам, гравитационное поле Солнца преобладает над гравитационными силами окружающих звезд на расстоянии приблизительно 2 световых лет (125 000 а.е.). В сравнении, нижние оценки радиуса облака Оорта не размещают его дальше 50 000 а.е. Несмотря на открытия таких объектов как Седна, область между поясом Койпера и облаком Оорта радиусом в десятки тысяч а.е. все еще практически не исследована. Также продолжается изучение области между Меркурием и Солнцем.

Из всех комет, наверное, самой известной является комета Галлея. Она появляется на небосводе каждые 75, 5 года, перемещаясь по удлиненной эллиптической орбите вокруг Солнца.

Начиная с 239 года до н. э., то есть с тех пор, как появление кометы Галлея фиксируется в исторических хрониках, ее наблюдали 30 раз. Это связано с тем, что она гораздо больше и намного активнее других периодических комет.

Комета, как легко понять, названа в честь английского астронома и физика Эдмунда Галлея (1656-1742), хотя он и не был ее первооткрывателем. Зато именно Галлей был первым, кто в 1705 году обнаружил связь между кометой, которую он наблюдал в 1682 году, и рядом других комет, появление которых с интервалом в 76 лет было официально зарегистрировано.

Более того, основываясь на законе всемирного тяготения Исаака Ньютона, ученый смог вычислить также орбиты некоторых планет. Из этих вычислений следовало, что орбиты комет, которые были замечены в 1531, 1607 и 1682 годах, во многом сходны. И на основании этих данных Галлей предсказал, что комета снова появится в 1758-1759 годах. Предсказание ученого полностью сбылось, но уже после его смерти.

Перигелий орбиты кометы Галлея находится между орбитами Меркурия и Венеры на расстоянии 0,587 а. е. Самая же далекая точка ее траектории расположена вне пределов орбиты Нептуна на расстоянии 35,31 а. е. Орбита наклонена к основной плоскости солнечной системы на 162°, и комета движется по орбите в направлении, противоположном движению планет.

В 1986 году комета Галлея снова приблизилась к нашей планете. Но из-за метеорологических условий наблюдать ее с Земли было очень сложно. Однако космические зонды, отправленные рядом стран, провели довольно успешное изучение кометы.

В результате проведенных исследований было окончательно доказано, что у кометы имеется твердое ядро, состоящего из льда и пыли. У него вытянутая форма. Длина ядра — 14 километров, и почти одинаковые высота и ширина — по 7,5 километра. Оно медленно вращается, совершая один оборот за 7,1 суток.

Ядро кометы Галлея очень темное, поэтому отражает всего 4 % падающего солнечного света. В связи с тем, что на обращенной к Солнцу стороне температура достигала почти 100 градусов по Цельсию, были отмечены также выбросы газа и пыли.

Когда любая комета оказывается на минимальном расстоянии от Солнца, ее ядро разрушается. При этом газы, которые испаряются с поверхности кометы, увлекают за собой и отдельные частицы самых различных размеров.

И если микроскопические пылинки под действием давления солнечного света «заталкиваются» в хвост, то на крупные частицы световое давление никакого влияния не оказывает. При этом пылинки и частицы, оторвавшиеся от поверхности кометного ядра, движутся вместе с ним по орбите кометы. А спустя какое-то время они заполняют некий эллиптический тор с орбитой данной кометы в качестве его оси. А так как комета Галлея движется по своей нынешней орбите свыше сотни тысяч лет, то, значит, рой пылинок на ней давным-давно замкнулся. Правда, это скопление «космической пыли» состоит не только из пылевых частиц, но и обломков кометного вещества размерами от песчинок до осколков и глыб, имеющих вес соответственно несколько килограммов или тонн.

С кометой Галлея связаны два известных метеорных потока: Аквариды, наблюдающиеся в мае, и Ори он иды, наблюдающиеся в октябре.

Наблюдения за движением этих частиц-роев установили, что современные метеоры потоков Акварид и Орионид порождены теми частицами, которые были выброшены из кометы несколько тысячелетий назад.

В свою очередь анализ данных о падении метеоритов с 1800 года и до наших дней обнаружил периодичность этих событий. Причем в этой информации имеются данные о периодах, равных примерно 75 годам. А эта цифра очень близка к среднему периоду обращения по своей орбите кометы Галлея.

Эту периодичность в частоте падения метеоритов астрономы объясняют тем, что кометные ядра состоят из многих отдельных тел, которые под воздействием гравитации Солнца и отрываются одно за другим...

Отметим еще один любопытный факт, связанный с кометой Галлея. Так, считается, что ее ядро монолитно. Однако во время прохождения кометы Галлея возле Земли в 1910 году многие наблюдатели отметили явления, свидетельствующие о дроблении ее ядра.

Так, было замечено, что ядро кометы состояло из нескольких ярких образований, которые довольно быстро исчезали. Затем ядро кометы Галлея снова оказывалось в одиночестве, потом снова дробилось.

Кроме кометы Галлея, немалую известность среди астрономов получили еще некоторые хвостатые небесные объекты.

Например, комета Биела известна тем, что перед полным исчезновением разделилась на две части. Она была обнаружена в 1772 году. Когда же ее вновь увидели 27 февраля 1826 года, астрономы смогли достаточно точно вычислить ее орбиту. А затем на основании этих данных было установлено, что ее период равен 6,6 года.

Когда же комета появилась в 1846 году, она уже была разделена на две части. А еще через 6,6 года две половины находились на расстоянии более двух миллионов километров, но двигались по одной и той же орбите. После этого этих двух тел никогда не видели.

Комета же Шумейкера — Леви стала широко известной тем, что в июле 1994 года она врезалась в планету Юпитер. Когда ее впервые зафиксировали на фотографиях 25 марта 1993 года, она находилась на орбите вокруг Юпитера с 2-летним периодом обращения и представляла собой цепочку, состоящую примерно из 20 отдельных фрагментов.

Математические модели показали, что эта комета вращалась вокруг Юпитера в течение нескольких десятилетий. Но затем под влиянием приливных сил при близком подходе к Юпитеру в июле 1992 года она разделилась. Эта встреча обусловила и изменение траекторий движения ее фрагментов, приведя их к столкновению с планетой.

Они один за другим столкнулись с Юпитером между 16 и 22 июля 1994 года. В результате этой катастрофы в атмосфере Юпитера появились большие темные облака, которые не исчезали в течение нескольких месяцев. В инфракрасном же свете были заметны также и яркие вспышки...

Простейшая классификация тел в Солнечной системе такова:

К малым телам Солнечной системы относят космические тела, которые не являются ни планетами, ни карликовыми планетами, ни их спутниками. Это кометы, астероиды, кентавры, дамоклоиды, метеорные тела, межпланетный газ и пыль. Их общая масса ничтожна по сравнению с большими планетами, не говоря уже о Солнце.

Астероид (термин "астероид" ввёл Уильям Гершель; "астероид" означает "звездоподобный"; в поле зрения телескопа выглядит как звёздочка) - относительно небольшое космическое тело, входящее в состав Солнечной системы и движущееся по орбите вокруг Солнца. Астероиды значительно уступают по массе планетам, имеют неправильную форму и не обладают атмосферой. У астероидов могут иметься спутники (например, астероид Ида и её спутник Дактиль). До 2006 г. астероиды называли также малыми планетами. Сегодня термин "малая планета" не используется.

Первый астероид (его назвали Церерой) был открыт 1 января 1801 г. итальянским астрономом Джузеппе Пьяцци. До этого никто и не подозревал о существовании астероидов. Диаметр Цереры около 950 км. Некоторое время Цереру считали полноценной планетой, потом присвоили статус астероида. С 24 августа 2006 года Цереру стали относить к карликовым планетам.

Второй открытый астероид (1802 г.) назвали Палладой. Первым астероидам присваивали имена в честь греческих и римских богинь.

К концу 2011 года было известно около 85 000 000 астероидов, свыше 560 000 из них были присвоены официальные номера и точно определены параметры их орбит. Большинство известных сегодня астероидов сосредоточено в так называемом главном поясе астероидов , расположенном между орбитами Марса и Юпитера:

Церера - самый крупный объект в этом поясе, хотя к астероидам теперь не относится. Крупнейшими астероидами являются Веста и Паллада (диаметры около 500 км). Веста - единственный астероид, который иногда можно заметить невооружённым глазом на звёздном небе на пределе возможностей человеческого зрения.

Астероиды объединяют в группы и семейства на основании характеристик их орбит. Группы астероидов - достаточно свободные образования, тогда как семейства - более плотные сборища (образовались в результате разрушения крупных астероидов). Крупные семейства астероидов могут содержать сотни крупных и сотни тысяч мелких астероидов. У астероидов в семействе сходны формы орбит, примерно одинаковы наибольшие и наименьшие расстояния от Солнца, периоды обращения вокруг него. На данный момент известно около 25 семейств астероидов. Например, семейство Эвномии, семейство Флоры, семейство Весты, семейство Фемиды...

Существуют астероиды, которые движутся по тем же орбитам, что и большие планеты Солнечной системы. Эти группы астероидов образуют равносторонние треугольники с планетой и Солнцем. Одна группа опережает планету, другая - следует за планетой на таком же расстоянии. Эти группы астероидов названы троянцами (одна из групп троянских астероидов Юпитера названа греками - в честь греков - участникой Троянской войны):

Эти группы не распадаются и стабильно движутся по орбите планеты ("астероиды-пленники"). Свои троянцы имеются у Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. В 2010 году был обнаружен первый троянский астероид и у Земли (диаметр около 300 метров).

Поверхность крупных астероидов покрыта кратерами, пылью и щебнем, а мелких астероидов - только пылью и щебнем.

Чем больше и тяжелее астероид, тем большую опасность он представляет, однако и обнаружить его в этом случае гораздо легче. Наиболее опасным на данный момент считается астероид Апофис , диаметром около 300 м, при столкновении с которым в случае точного попадания может быть уничтожен большой город, однако никакой угрозы человечеству в целом такое столкновение не несёт. Представлять глобальную опасность могут астероиды более 10 км в поперечнике. Все астероиды такого размера известны астрономам и находятся на орбитах, которые не могут привести к столкновению с Землёй. В настоящий момент не существует астероидов, которые могли бы угрожать Земле.

В 1992 г. был открыт второй астероидный пояс за орбитой Нептуна, получивший название пояс Койпера . Он примерно в 20 раз шире и во много раз массивнее главного пояса астероидов. Объекты пояса Койпера, в отличие от астероидов главного пояса, состоят в основном из смёрзшихся летучих веществ - водяного, метанового и аммиачного льдов. Сейчас открыто более тысячи объектов пояса Койпера (там может быть несколько десятков тысяч объектов диаметром более 100 км). Крупнейшие из них: Квавар (1100 км), Орк (950 км), Иксион (800 км). В этой же области пространства движутся многие карликовые планеты (например, Плутон, Эрида, Седна ).

Космическое тело диаметром менее 100 метров относят к метеороидам или метеорным телам. Метеороид - твёрдое космическое тело, промежуточное по размеру между астероидом и межпланетной пылью. Мелкие метеорные тела (несколько миллиметров в поперечнике), вторгаясь на большой скорости (11-72 км/с) в верхние слои атмосферы Земли, из-за трения о воздух нагреваются и сгорают. Явление вспышки и горения метеорного тела, видимое с поверхности Земли, называется метеором . Обычно за ночь можно увидеть 3-5 метеоров в разных частях небосвода. Такие метеоры называют спорадическими . Но иногда количество метеоров возрастает, и кажется, будто они вылетают из определённой области неба. Если продолжить видимые пути метеоров, то они пересекутся приблизительно в одной точке - радианте . Тогда принято говорить об активности определённого метеорного потока.

Метеорный поток - это небесное явление, являющееся следствием прохождения Земли через рой метеорных тел, который представляет собой облако из мелких твёрдых частичек - остатков разрушившихся или разрушающихся комет. Метеорные рои, как и породившие их кометы, обращаются вокруг Солнца по орбитам. Земля в одни и те же даты года проходит через одни и те же метеорные рои. Известно 20-30 метеорных роёв и, соответственно, столько же метеорных потоков. В августе наблюдается метеорный поток, радиант которого находится в созвездии Персея. Это знаменитые Персеиды.

Комета - это небольшое ледяное космическое тело, обращающеся вокруг Солнца по сильно вытянутой орбите. Комета имеет ядро, состоящее из обычного водяного льда с примесью замерзших газов - углекислого (CO 2) и метана (СН 4), а также мелких твёрдых частичек (они-то и становятся потом метеорами). Ядра комет имеют от нескольких километров до десятков километров в поперечнике. Ядра окружены комой - туманной оболочкой из газов и пыли. Вдали от Солнца кометы не имеют хвостов, но по мере приближения к светилу испарение газов из ядра и освобождение твёрдых частиц усиливается, кома увеличивается. Солнечный ветер относит её в сторону, образуется хвост. Чем ближе комета подходит к Солнцу, тем длиннее становится хвост, достигая иногда десятков миллионов километров. Хвост кометы направлен в противоположную от Солнца сторону. Известный русский учёный-астроном Ф.А. Бредихин разработал теорию хвостов и форм комет. Он предложил делить кометные хвосты на три типа:

• узкое и прямые, направленные от Солнца;
• широкие и немного искривлённые;
• короткие и сильно уклонённые от Солнца.

У кометы может быть и два, и даже три хвоста одновременно.

Когда комета проходит точку перигелия своей орбиты, её разрушение становится особенно интенсивным. Поскольку многие кометы возвращаются к Солнцу периодически, то их называют периодическими кометами. Если период небольшой - меньше 200 лет - её называют короткопериодической кометой (например, комета Галлея, которая прилетает раз в 76 лет). Сегодня известно более 400 короткопериодических комет. Если период большой - более 200 лет - то её называют долгопериодической кометой (например, кометы Хейла-Боппа, МакНота, Люлин...). Рано или поздно периодические кометы разрушаются.

Существуют и непериодические, "одноразовые" кометы. Нидерландский учёный-астроном Ян Оорт выдвинул теорию существования на окраинах Солнечной системы (100 - 150 тысяч а.е. от Солнца) гигантского облака, состоящего из ледяных глыб. Облако с тех пор называют облаком Оорта . Если по той или иной причине какая-либо из глыб постепенно приближается к Солнцу, то она становится кометой. Многие такие кометы подлетают к Солнцу всего один раз, после чего навсегда удаляются от него обратно в своё кометное облако. Объекты пояса Койпера и облака Оорта часто называют транснептуновыми (т.е. занептуновыми) объектами.

Кометы могут обращаться не только вокруг Солнца, но и вокруг самых больших планет - Юпитера и Сатурна. Некоторые кометы потом сталкиваются с этими планетами. Например, в 1994 г. комета Шумейкеров-Леви-9 (за 2 года до этого она распалась на 22 осколка) столкнулась с планетой Юпитер.

Более крупный метеороид даёт более яркую вспышку, которая называется болидом (более точно болид определяется как метеор, блеск которого больше -4 m или тело, у которого различим видимый размер). Крупные метеороиды могут не успеть сгореть в атмосфере и выпадают на поверхность Земли. Упавшее метеорное тело называют метеоритом , причём такое, которое можно найти и потрогать. Например, Тунгусский метеорит неправильно называть метеоритом, потому что он не обнаружен. Правильнее - Тунгусское тело. Скорее всего это был ледяной осколок кометы, который при падении испарился.

Полагают, что за 1 сутки на поверхность Земли выпадает 5-6 тонн метеоритов. После столкновения метеорита с твёрдой поверхностью остаётся круглое углубление - кратер ("кратер" в переводе с греческого означает "чаша"). Гигантские кратеры поперечником в несколько сотен километров иногда называют астроблемами ("блема" в переводе с греческого означает "рана").

На протяжении веков как только ни называли метеориты - и аэролитами, и сидеролитами, и уранолитами, и метеоролитами, а также небесными, воздушными, атмосферными и метеорными камнями!

Наиболее часто на землю падают каменные метеориты (состоят в основном из силикатных пород) - 93% от всех падений. Реже падают железные метеориты (состоят из железо-никелевого сплава) - 6% от всех падений. 1% от всех падений составляют железо-каменные метеориты . Понятное дело, что метеориты не могут быть обломками ледяных комет. Это обломки астероидов.

В 1977 г. был открыт астероид диаметром 166 км, у которого в 1988 г. обнаружили кому, как у кометы. С удалением объекта от Солнца кома исчезла. Этот объект с двойственной природой (астероид-комета) назвали Хироном. В древнегреческой мифологии Хирон - это имя кентавра (человек-конь). Все подобные Хирону космические тела объединили в класс кентавров . Сегодня известно более сотни кентавров. Все они движутся между орбитами Юпитера и Нептуна.

Дамоклоиды - небольшие космические тела, обращающиеся вокруг Солнца по орбитам, похожим на кометные (сильно вытянуты и сильно наклонены к плоскости земной орбиты), но не проявляющие кометной активности (не дающие комы и не образующие хвостов). Самый большой дамоклоид имеет диаметр 72 км, а всего открыто таких объектов на сегодняшний день чуть более 40. Дамоклоиды - одни из самых тёмных тел Солнечной системы. Считается, что дамоклоиды являются ядрами комет, зародившихся в облаке Оорта, но потерявших свои летучие вещества. Некоторые дамоклоиды обращаются вокруг Солнца в направлении, противоположном движению больших планет.