Od čega je napravljen asteroid? Asteroidi. Fizičke karakteristike asteroida - objašnjenje za djecu

Asteroid je relativno malo, kamenito kosmičko tijelo, slično planeti u Sunčevom sistemu. Mnogi asteroidi se okreću oko Sunca, a njihovo najveće jato nalazi se između orbite Marsa i Jupitera i naziva se asteroidni pojas. Ovdje se nalazi najveći od poznatih asteroida - Ceres. Njegove dimenzije su 970x940 km, odnosno gotovo zaobljene. Ali postoje oni čije su veličine uporedive s česticama prašine. Asteroidi, kao i komete, ostaci su supstance od koje je nastao naš Sunčev sistem pre milijardi godina.

Naučnici sugerišu da u našoj galaksiji možete pronaći više od pola miliona asteroida prečnika većeg od 1,5 kilometara. Nedavne studije su pokazale da meteoriti i asteroidi imaju sličan sastav, tako da asteroidi mogu biti tijela od kojih nastaju meteoriti.

Istraživanje asteroida

Proučavanje asteroida datira iz 1781. godine, nakon što je William Herschel otkrio planetu Uran svijetu. Krajem 18. veka F. Ksaver je okupio grupu poznatih astronoma koji su tražili planetu. Prema Ksaverovim proračunima, trebalo je da bude između orbite Marsa i Jupitera. U početku potraga nije dala nikakve rezultate, ali 1801. godine otkriven je prvi asteroid Ceres. Ali njen pronalazač bio je italijanski astronom Piazzi, koji čak nije bio ni u Ksaverovoj grupi. U narednih nekoliko godina otkrivena su još tri asteroida: Pallas, Vesta i Juno, a potom je potraga prestala. Samo 30 godina kasnije, Karl Ludovik Henke, koji je pokazao interesovanje za proučavanje zvezdanog neba, nastavio je potragu. Od tog perioda, astronomi su otkrivali najmanje jedan asteroid godišnje.

Karakteristike asteroida

Asteroidi su klasifikovani prema spektru reflektovane sunčeve svetlosti: 75% njih su veoma tamni ugljični asteroidi klase C, 15% su sivkasto-silikatna klasa S, a preostalih 10% su metalna klasa M i nekoliko drugih retkih vrsta.

Nepravilan oblik asteroida potvrđuje i činjenica da njihov sjaj prilično brzo opada sa povećanjem faznog ugla. Zbog velike udaljenosti od Zemlje i njihove male veličine, prilično je problematično dobiti preciznije podatke o asteroidima.Sila gravitacije na asteroid je toliko mala da im ne može dati sferni oblik karakterističan za sve planete. . Ova gravitacija omogućava da slomljeni asteroidi postoje kao zasebni blokovi koji se drže blizu jedan drugom bez dodirivanja. Stoga samo veliki asteroidi koji su izbjegli sudare s tijelima srednje veličine mogu zadržati sferni oblik koji je stekao tokom formiranja planeta.

Naučnici vjeruju da se u ovom pojasu nalazi nekoliko stotina hiljada asteroida, a možda ih ima na milione u svemiru.

Asteroidi variraju u veličini od 6 m do 1000 km u prečniku. (Iako se 6 m čini puno u poređenju sa 1000 km, čak i mali asteroid će imati snažan učinak ako udari.)

Male promjene u orbiti ponekad uzrokuju da se asteroidi sudare jedan s drugim, što rezultira malim komadićima koji se odvajaju od njih.

Dešava se da ovi mali fragmenti napuste svoje orbite i izgore u Zemlji, a onda se zovu.

Asteroidi: "Kao zvijezde"

Ovako je preveden naziv ovih nebeskih tijela sa grčkog, iako nemaju nikakve veze sa asteroidima.

Dakle, asteroidni pojas nije ostatak planete, već planeta koja se nikada nije "uspjela" formirati zbog uticaja Jupitera i drugih džinovskih planeta.

pretnja iz orbite

Ogroman broj asteroida i velikih meteoroida kreće se u Sunčevom sistemu.

Većina ih je koncentrisana između orbita Marsa i Jupitera, ali s vremena na vrijeme neki od ovih svemirskih objekata mijenjaju svoje uobičajene orbite zbog sudara ili gravitacijskih poremećaja i završavaju u blizini Zemlje.

To se rjeđe dešava kod kometa, ali asteroidi predstavljaju pravu opasnost, pa astronomi pomno prate njihovo kretanje.

U prošlosti je Zemlja više puta doživjela sudare sa asteroidima različitih veličina. Istraživači vjeruju da je rezultat takvih događaja obrazovanje i smrt.

Mali asteroid promjera 20-30 m, koji se kreće brzinom od 20 km/s, pri padu na Zemlju oslobađa energiju koliko i nuklearni naboj s megatonom TNT ekvivalenta.

Asteroidi ove veličine mogu uzrokovati ogromnu štetu, ali ne prijete planeti globalnom katastrofom. Stoga je pažnja "nebeskih patrola" prikovana za mala nebeska tijela, čije dimenzije prelaze pola kilometra.

Jedan od njih je asteroid Apophis, otkriven 2004. godine, čija će se orbita približiti Zemlji 2029. godine na udaljenosti od 29 hiljada km.

Istovremeno, postoji otprilike jedna od stotinu šansi da dođe do sudara asteroida s našom planetom, tako da se već sada pažljivo prate sva kretanja Apophisa u orbiti i razvijaju se planovi za njegovo uništenje ukoliko se poveća vjerovatnoća sudara. zaista visoko.

Pad takvog kosmičkog tijela kao što je Apophis na Zemlju može dovesti do potpunog uništenja sela u radijusu od 300 km, gigantskog mora i nepredvidivih promjena u okolišu.

Asteroidi u Kuiperovom pojasu

Počevši od 1992. godine, astronomi su počeli da otkrivaju sve više asteroida u Kuiperovom pojasu - danas ih ima više od hiljadu. Oni se po sastavu razlikuju od onih koji čine pojas između Marsa i Jupitera.

U glavnom asteroidnom pojasu razlikuju se tri grupe tijela - silikatna (kamena), metalna i ugljična. Asteroidi Kuiperovog pojasa gotovo su u potpunosti sastavljeni od krhotina.

Moderni teleskopi ne daju ideju o izgledu asteroida, a blisko upoznavanje s njima počelo je tek kada su se počeli približavati malim planetima. Pokazalo se da su većina asteroida tijela nepravilnog oblika prekrivena meteorskim.

Istraživači razlikuju "porodice" asteroida - grupe malih asteroida sa sličnim orbitama, nastalih prilikom sudara većih asteroida sa drugim objektima. Tri od njih se često približavaju Zemljinoj orbiti - ovo je porodica Kupidona, Apolona i Atona.

U astronomiji, asteroid je malo nebesko tijelo koje rotira u nezavisnoj eliptičnoj orbiti oko Sunca. Hemijski sastav asteroida je raznolik. Većina ovih nebeskih tijela su karbonski objekti. Međutim, u Sunčevom sistemu postoji i značajan broj silicijumskih i metalnih asteroida.

asteroidni pojas

U Sunčevom sistemu, između orbita planeta Marsa i Jupitera, nalazi se ogroman broj asteroida različitih veličina i oblika. Ovaj skup nebeskih tijela naziva se asteroidni pojas. Tu se nalaze najveći asteroidi našeg sistema: Vesta, Ceres, Hygiea i Pallas. Vrijedi napomenuti da je historija promatranja i proučavanja asteroida započela otkrićem Ceres.

Najveći asteroidi

Vesta

To je najteži asteroid i jedan od najvećih (drugi po veličini). Heinrich Olbers je otkrio nebesko tijelo 1807. Zanimljivo je da se Vesta može posmatrati golim okom. Asteroid je nazvao Carl Gauss u čast starorimske boginje, zaštitnice porodičnog ognjišta.

Ceres

Ceres, nazvanu po starorimskoj boginji plodnosti, otkrio je 1801. Giuseppe Piazzi. U početku su naučnici vjerovali da su otkrili još jednu planetu, ali su kasnije otkrili da je Ceres asteroid. Prečnik ovog nebeskog tela je 960 km, što asteroid čini najvećim u pojasu.

Hygiea

Zasluge za otkriće Higije pripadaju Annibaleu de Gasparis. Godine 1849. otkrio je veliko nebesko tijelo u asteroidnom pojasu, koje je kasnije dobilo ime starogrčke boginje zdravlja i blagostanja.

Pallas

Ovaj asteroid je otkriven godinu dana nakon otkrića Cerere, zahvaljujući zapažanjima njemačkog astronoma Heinricha Olbersa. Palada je dobila ime po sestri starogrčke boginje rata Ateni.

Opasnost od sudara sa zemljom

Napominjemo da je u prošlosti naša planeta imala udar 6 asteroida, prečnika od najmanje 10 km. O tome svjedoče ogromni krateri na površini Zemlje u raznim zemljama. Najstariji krater star je 2 milijarde godina, a najmlađi 50 hiljada godina. Dakle, potencijalna opasnost od sudara asteroida sa Zemljom uvijek postoji.

Naučnici strahuju da bi se nešto slično moglo dogoditi 2029. godine, kada će džinovski asteroid Apophis, nazvan po staroegipatskom bogu uništenja, proći blizu naše planete. Međutim, vrijeme će pokazati hoće li se asteroid sudariti sa Zemljom ili će je sigurno proći.

Nathan Eismont,
Kandidat fizičko-matematičkih nauka, vodeći istraživač (Institut za svemirska istraživanja Ruske akademije nauka)
Anton Ledkov,
Istraživač (Institut za svemirska istraživanja RAS)
"Nauka i život" br. 1, 2015, br. 2, 2015

Sunčev sistem se obično doživljava kao prazan prostor u kojem kruži osam planeta, neke sa svojim satelitima. Neko će se sjetiti nekoliko malih planeta, kojima je nedavno pripisan Pluton, o asteroidnom pojasu, o meteoritima koji ponekad padaju na Zemlju i o kometama koje povremeno ukrašavaju nebo. Ova ideja je sasvim ispravna: nijedna od mnogih svemirskih letjelica nije patila od sudara s asteroidom ili kometom - svemir je prilično prostran.

Ipak, ogroman volumen Sunčevog sistema sadrži ne stotine hiljada i ne desetine miliona, već kvadrilione (jedinice sa petnaest nula) kosmičkih tijela različitih veličina i masa. Svi se kreću i međusobno djeluju u skladu sa zakonima fizike i nebeske mehanike. Neki od njih su nastali u vrlo ranom Univerzumu i sastoje se od njegove primordijalne materije, a to su najzanimljiviji objekti astrofizičkih istraživanja. Ali postoje i vrlo opasna tijela - veliki asteroidi, čiji sudar sa Zemljom može uništiti život na njoj. Praćenje i uklanjanje opasnosti od asteroida jednako je važno i uzbudljivo područje rada astrofizičara.

Istorija otkrića asteroida

Prvi asteroid je 1801. godine otkrio Giuseppe Piasi, direktor opservatorije u Palermu (Sicilija). Nazvao ju je Ceres i u početku ju je smatrao sporednom planetom. Termin "asteroid", u prevodu sa starogrčkog - "kao zvezda", predložio je astronom William Herschel (vidi "Nauka i život" br. 7, 2012, članak "Priča o muzičaru Williamu Herschelu, koji je udvostručio prostor "). Cerera i slični objekti (Pallas, Juno i Vesta) otkriveni u narednih šest godina posmatrani su kao tačke, a ne kao diskovi u slučaju planeta; u isto vrijeme, za razliku od fiksnih zvijezda, kretale su se poput planeta. Treba napomenuti da su zapažanja koja su dovela do otkrića ovih asteroida namjerno provedena u pokušaju da se pronađe "nestala" planeta. Činjenica je da su već otkrivene planete bile smještene u orbitama udaljenim od Sunca na udaljenostima koje odgovaraju Bodeovom zakonu. U skladu s tim, između Marsa i Jupitera trebala je postojati planeta. Kao što znate, u takvoj orbiti nisu pronađene planete, ali je asteroidni pojas, nazvan glavni, kasnije otkriven otprilike u ovom području. Osim toga, Bodeov zakon, kako se pokazalo, nema nikakvo fizičko opravdanje i sada se smatra jednostavno nekom vrstom slučajne kombinacije brojeva. Štaviše, otkriveno kasnije (1848) Neptun je bio u orbiti koja nije bila u skladu s njim.

Nakon otkrića četiri spomenuta asteroida, daljnja osmogodišnja osmatranja nisu dovela do uspjeha. Zaustavljeni su zbog Napoleonovih ratova, tokom kojih je izgorio grad Lilienthal kod Bremena, gdje su se održavali sastanci astronoma – lovaca na asteroide. Posmatranja su nastavljena 1830. godine, ali uspjeh je došao tek 1845. otkrićem asteroida Astrea. Od tog vremena, asteroidi su otkriveni sa frekvencijom od najmanje jedan godišnje. Većina njih pripada glavnom asteroidnom pojasu, između Marsa i Jupitera. Do 1868. već je bilo oko stotinu otkrivenih asteroida, do 1981. - 10.000, a do 2000. - više od 100.000.

Hemijski sastav, oblik, veličina i orbite asteroida

Ako se asteroidi klasificiraju prema njihovoj udaljenosti od Sunca, onda u prvu grupu spadaju vulkanoidi - svojevrsni hipotetski pojas malih planeta između Sunca i Merkura. Niti jedan objekt iz ovog pojasa još nije otkriven, a iako su na površini Merkura uočeni brojni udarni krateri nastali padom asteroida, to ne može poslužiti kao dokaz postojanja ovog pojasa. Ranije je prisustvo asteroida tamo pokušavalo da objasni anomalije u kretanju Merkura, ali su onda objašnjene na osnovu relativističkih efekata. Dakle, konačni odgovor na pitanje mogućeg prisustva vulkanoida još nije dobijen. Nakon toga slijede asteroidi blizu Zemlje koji pripadaju četiri grupe.

Asteroidi glavnog pojasa kreću se po orbitama koje se nalaze između orbita Marsa i Jupitera, odnosno na udaljenostima od 2,1 do 3,3 astronomske jedinice (AJ) od Sunca. Ravne njihovih orbita su blizu ekliptike, njihov nagib prema ekliptici je uglavnom do 20 stepeni, dosežući i do 35 stepeni za neke, ekscentriciteti - od nula do 0,35. Očigledno, najveći i najsjajniji asteroidi su prvi koji su otkriveni: prosječni prečnici Ceres, Pallas i Vesta su 952, 544 i 525 kilometara, respektivno. Što su asteroidi manji, to ih je više: samo 140 od ​​100.000 asteroida glavnog pojasa ima prosječni prečnik veći od 120 kilometara. Ukupna masa svih njegovih asteroida je relativno mala i čini samo oko 4% mase Mjeseca. Najveći asteroid - Ceres - ima masu od 946·10 15 tona. Sama vrijednost izgleda veoma velika, ali iznosi samo 1,3% mase Mjeseca (735 10 17 tona). Kao prva aproksimacija, veličina asteroida se može odrediti njegovom svjetlinom i udaljenosti od Sunca. Ali moramo uzeti u obzir i reflektivne karakteristike asteroida - njegov albedo. Ako je površina asteroida tamna, ona slabije svijetli. Upravo iz tih razloga na listi deset asteroida, koji se nalaze na slici po redoslijedu njihovog otkrića, treći po veličini asteroid Hygiea je na posljednjem mjestu.

Crteži koji ilustriraju glavni pojas asteroida pokazuju tendenciju da se mnoge gromade kreću prilično blizu jedna drugoj. U stvari, slika je veoma daleko od stvarnosti, jer je, generalno govoreći, mala ukupna masa pojasa raspoređena po njegovom velikom volumenu, tako da je prostor prilično prazan. Sve svemirske letjelice koje su do sada lansirane izvan orbite Jupitera prošle su kroz asteroidni pojas bez ikakvog značajnog rizika od sudara s asteroidom. Međutim, prema standardima astronomskog vremena, sudari asteroida međusobno i sa planetama više ne izgledaju tako malo vjerojatni, kao što se može suditi po broju kratera na njihovim površinama.

Trojanci- asteroidi koji se kreću po orbitama planeta, od kojih je prvi otkrio njemački astronom Max Wolf 1906. godine. Asteroid se kreće oko Sunca u orbiti Jupitera, ispred njega u proseku za 60 stepeni. Nadalje, otkrivena je čitava grupa nebeskih tijela koja se kreću ispred Jupitera.

U početku su dobili imena u čast heroja legende o Trojanskom ratu, koji su se borili na strani Grka koji su opsjedali Troju. Pored asteroida koji vode Jupiter, postoji grupa asteroida koji zaostaju za njim otprilike pod istim uglom; nazvani su Trojanci po braniocima Troje. Trenutno se asteroidi obe grupe nazivaju Trojanci, a kreću se u blizini Lagrangeovih tačaka L 4 i L 5 , tačaka stabilnog kretanja u problemu tri tela. Nebeska tijela koja su pala u njihovu blizinu vrše oscilatorno kretanje bez odlaska predaleko. Iz razloga koji još nisu razjašnjeni, ima oko 40% više asteroida ispred Jupitera nego što zaostaje. To su potvrdila nedavna mjerenja američkog satelita NEOWISE pomoću teleskopa od 40 cm opremljenog detektorima koji rade u infracrvenom opsegu. Mjerenja u infracrvenom opsegu značajno proširuju mogućnosti proučavanja asteroida u odnosu na one koji daju vidljivu svjetlost. Njihova efikasnost se može proceniti prema broju asteroida i kometa u Sunčevom sistemu koji je katalogizovan korišćenjem NEOWISE. Ima ih više od 158.000, a misija aparata se nastavlja. Zanimljivo je da se Trojanci značajno razlikuju od većine glavnih asteroida u pojasu. Imaju mat površinu, crvenkasto-braon boje i pripadaju uglavnom takozvanoj D-klasi. To su asteroidi sa vrlo niskim albedom, odnosno sa slabo reflektirajućom površinom. Slične im se mogu naći samo u vanjskim dijelovima glavnog pojasa.

Nije samo Jupiter taj koji ima trojance; druge planete Sunčevog sistema, uključujući Zemlju (ali ne Veneru i Merkur), takođe prate Trojance, grupisajući se u blizini njihovih Lagrangeovih tačaka L 4 , L 5 . Zemaljski trojanski asteroid 2010 TK7 otkriven je uz pomoć teleskopa NEOWISE sasvim nedavno - 2010. godine. Kreće se ispred Zemlje, dok je amplituda njegovih oscilacija u blizini tačke L 4 veoma velika: asteroid dostiže tačku suprotnu Zemlji u kretanju oko Sunca, i neobično daleko od ravni ekliptike.

Ovako velika amplituda oscilacija dovodi do njenog mogućeg približavanja Zemlji do 20 miliona kilometara. Međutim, sudar sa Zemljom, barem u sljedećih 20.000 godina, potpuno je isključen. Kretanje zemaljskog Trojanca se veoma razlikuje od kretanja Jupiterovih Trojanaca, koji ne napuštaju svoje Lagrangeove tačke za tako značajne ugaone udaljenosti. Ovakva priroda kretanja otežava svemirskim letjelicama da dođu do njega, jer zbog značajnog nagiba trojanske orbite prema ravni ekliptike, dolazak do asteroida sa Zemlje i slijetanje na njega zahtijeva preveliku karakterističnu brzinu i, posljedično, visoka potrošnja goriva.

Kuiperov pojas leži izvan orbite Neptuna i prostire se do 120 AJ. od sunca. Blizu je ravni ekliptike, naseljena ogromnim brojem objekata koji uključuju vodeni led i smrznuti plinovi, a služi kao izvor takozvanih kratkoperiodičnih kometa. Prvi objekat sa ovog područja otkriven je 1992. godine, a do danas ih je već otkriveno više od 1300. Budući da se nebeska tijela Kajperovog pojasa nalaze veoma daleko od Sunca, teško je odrediti njihovu veličinu. To se radi na osnovu mjerenja svjetline svjetlosti koju reflektiraju, a tačnost proračuna ovisi o tome koliko dobro znamo vrijednost njihovog albeda. Mjerenja u infracrvenom opsegu su mnogo pouzdanija, jer daju nivoe vlastitog zračenja objekata. Takve podatke je dobio svemirski teleskop Spitzer za najveće objekte u Kajperovom pojasu.

Jedan od najzanimljivijih predmeta pojasa je Haumea, nazvana po havajskoj boginji plodnosti i rađanja; dio je porodice koja je nastala kao rezultat kolizija. Čini se da se ovaj objekt sudario s drugim upola manjim. Udar je izazvao rasprskavanje velikih komada leda i uzrokovao je rotaciju Haumee u periodu od oko četiri sata. Tako brzo okretanje dalo mu je oblik američkog fudbala ili dinje. Haumeu prate dva satelita - Hi'iaka (Hi'iaka) i Namaka (Namaka).

Prema trenutno prihvaćenim teorijama, oko 90% objekata Kuiperovog pojasa kreće se u udaljenim kružnim orbitama izvan orbite Neptuna - gdje su se formirali. Nekoliko desetina objekata ovog pojasa (zovu se kentauri, jer se, u zavisnosti od udaljenosti do Sunca, manifestuju ili kao asteroidi ili kao komete), moguće da su nastali u područjima bližim Suncu, a potom i gravitacionim uticajem Urana i Neptun ih je prebacio na visoke eliptične orbite sa afelima do 200 AJ i velike sklonosti. Formirali su disk debljine 10 AJ, ali stvarna vanjska ivica Kuiperovog pojasa još nije određena. U novije vrijeme, Pluton i Haron su smatrani jedinim primjerima najvećih objekata ledenih svjetova u vanjskom dijelu Sunčevog sistema. Ali 2005. godine otkriveno je još jedno planetarno tijelo - Eris (nazvana po grčkoj boginji razdora), čiji je prečnik nešto manji od prečnika Plutona (u početku se pretpostavljalo da je 10% veći). Eris se kreće po orbiti sa perihelom od 38 AJ. i afelija 98 a.u. Ona ima mali satelit - Dysnomia (Dysnomia). Isprva je planirano da se Eris smatra desetom (posle Plutona) planetom u Sunčevom sistemu, ali je tada Međunarodna astronomska unija isključila Pluton sa liste planeta, formirajući novu klasu zvanu patuljaste planete, koja uključuje Pluton, Eridu i Ceres. Pretpostavlja se da se u Kuiperovom pojasu nalaze stotine hiljada ledenih tijela prečnika 100 kilometara i najmanje trilion kometa. Međutim, ovi objekti su uglavnom relativno mali - 10-50 kilometara u prečniku - i nisu baš sjajni. Period njihove revolucije oko Sunca je stotinama godina, što uvelike otežava njihovo otkrivanje. Ako se složimo s pretpostavkom da samo oko 35.000 objekata Kuiperovog pojasa ima promjer veći od 100 kilometara, onda je njihova ukupna masa nekoliko stotina puta veća od mase tijela ove veličine iz glavnog asteroidnog pojasa. U avgustu 2006. objavljeno je da su pomračenja malih objekata pronađena u arhivi rendgenskih podataka neutronske zvijezde Scorpius X-1. To je dalo osnovu za tvrdnju da je broj objekata Kuiperovog pojasa veličine oko 100 metara ili više otprilike kvadrilion (10 15). U početku, u ranijim fazama evolucije Sunčevog sistema, masa objekata Kuiperovog pojasa bila je mnogo veća nego sada, od 10 do 50 Zemljinih masa. Trenutno je ukupna masa svih tijela Kuiperovog pojasa, kao i Oortovog oblaka koji se nalazi još dalje od Sunca, mnogo manja od mase Mjeseca. Kao što pokazuju kompjuterske simulacije, skoro sva masa primordijalnog diska preko 70 AJ. je izgubljena zbog sudara uzrokovanih Neptunom, što je dovelo do mljevenja objekata iz pojasa u prašinu, koju je solarni vjetar odnio u međuzvjezdani prostor. Sva ova tijela su od velikog interesa, jer se pretpostavlja da su sačuvana u svom izvornom obliku od nastanka Sunčevog sistema.

Oort oblak sadrži najudaljenije objekte u Sunčevom sistemu. To je sferna regija koja se proteže na udaljenostima od 5.000 do 100.000 AJ. od Sunca i smatra se izvorom dugoperiodičnih kometa koje dosežu unutrašnje područje Sunčevog sistema. Sam oblak nije instrumentalno posmatran sve do 2003. godine. U martu 2004. tim astronoma najavio je otkriće planete sličnog objekta koji kruži oko Sunca na rekordnoj udaljenosti, što znači da ima jedinstveno nisku temperaturu.

Ovaj objekt (2003VB12), nazvan Sedna po eskimskoj boginji koja daje život stanovnicima arktičkih morskih dubina, približava se Suncu na vrlo kratko vrijeme, krećući se po veoma izduženoj eliptičnoj orbiti sa periodom od 10.500 godina. Ali čak i tokom približavanja Suncu, Sedna ne doseže vanjsku granicu Kuiperovog pojasa, koji se nalazi na 55 AJ. od Sunca: njegova orbita se nalazi između 76 (perihel) i 1000 (afel) AJ. To je omogućilo otkrivačima Sedne da je pripišu prvom uočenom nebeskom tijelu iz Oortovog oblaka, koje se stalno nalazi izvan Kuiperovog pojasa.

Prema spektralnim karakteristikama, najjednostavnija klasifikacija dijeli asteroide u tri grupe:
C - ugljenik (75% poznato),
S - silicijum (17% poznato),
U - nije uključeno u prve dvije grupe.

Trenutno se gornja klasifikacija sve više širi i detaljizira, uključujući nove grupe. Do 2002. njihov broj se povećao na 24. Primjer nove grupe je M-klasa uglavnom metalnih asteroida. Međutim, treba uzeti u obzir da je klasifikacija asteroida prema spektralnim karakteristikama njihove površine vrlo težak zadatak. Asteroidi iste klase nemaju nužno identičan hemijski sastav.

Svemirske misije na asteroide

Asteroidi su premali za detaljno proučavanje zemaljskim teleskopima. Mogu se snimiti pomoću radara, ali za to moraju letjeti dovoljno blizu Zemlji. Prilično zanimljiva metoda za određivanje veličine asteroida je promatranje okultacija zvijezda od strane asteroida iz nekoliko tačaka duž putanje na direktnu zvijezdu - asteroid - tačku na površini Zemlje. Metoda se sastoji u tome da se prema poznatoj putanji asteroida izračunavaju tačke sjecišta smjera zvijezda-asteroid sa Zemljom, a duž te putanje na nekim udaljenostima od nje, određene procijenjenom veličinom asteroida , postavljeni su teleskopi koji prate zvijezdu. U nekom trenutku, asteroid zaklanja zvijezdu, ona nestaje za posmatrača, a zatim se ponovo pojavljuje. Iz trajanja vremena senčenja i poznate brzine asteroida određuje se njegov prečnik, a uz dovoljan broj posmatrača može se dobiti i silueta asteroida. Sada postoji zajednica astronoma amatera koji uspješno vrše koordinirana mjerenja.

Letovi svemirskih letjelica ka asteroidima otvaraju neuporedivo više mogućnosti za njihovo proučavanje. Asteroid (951 Gaspra) je prvi put snimila svemirska sonda Galileo 1991. godine na putu ka Jupiteru, a zatim je 1993. godine snimila asteroid 243 Ida i njegov satelit Daktil. Ali to je učinjeno, da tako kažem, slučajno.

Prva svemirska letjelica posebno dizajnirana za istraživanje asteroida bila je NEAR Shoemaker, koja je fotografirala asteroid 253 Matilda, a zatim otišla u orbitu oko 433 Eros slijetanjem na njegovu površinu 2001. godine. Moram reći da slijetanje prvobitno nije bilo planirano, ali nakon uspješnog proučavanja ovog asteroida iz orbite njegovog satelita, odlučili su pokušati izvršiti meko sletanje. Iako uređaj nije bio opremljen uređajima za sletanje i njegov upravljački sistem nije omogućavao takve operacije, komande sa Zemlje su uspele da slete uređaj, a njegovi sistemi su nastavili da funkcionišu na površini. Osim toga, prelet Matilde omogućio je ne samo dobivanje serije slika, već i određivanje mase asteroida na osnovu poremećaja putanje aparata.

Kao usputni zadatak (tokom izvođenja glavnog), aparat Deep Space istraživao je asteroid 9969 Braille 1999. godine i aparat Stardust, asteroid 5535 Annafranc.

Uz pomoć japanskog aparata Hayabus (u prijevodu „jastreb”) u junu 2010. godine bilo je moguće vratiti uzorke tla na Zemlju sa površine asteroida 25 143 Itokawa, koji pripada asteroidima blizu Zemlje (Apollos) spektralne klase S (silicijum). Na fotografiji asteroida vidljiv je neravni teren sa mnoštvom gromada i kaldrme, od kojih više od 1000 ima prečnik veći od 5 metara, a neki su i do 50 metara. Kasnije ćemo se vratiti na ovu funkciju Itokawe.

Svemirska sonda Rosetta, koju je Evropska svemirska agencija lansirala 2004. na kometu Čurjumov-Gerasimenko, uspešno je spustila modul Philae na svoje jezgro 12. novembra 2014. godine. Usput, letjelica je obletjela asteroide 2867 Steins 2008. i 21 Lutetia 2010. godine. Uređaj je dobio ime po imenu kamena (Rosetta) koji su u Egiptu pronašli Napoleonovi vojnici u blizini drevnog grada Rozete na nilskom ostrvu Philae, po kojem je lender i dobio ime. Na kamenu su uklesani tekstovi na dva jezika: staroegipatskom i starogrčkom, koji su dali ključ za otkrivanje tajni civilizacije starih Egipćana - dešifrovanje hijeroglifa. Birajući istorijska imena, programeri projekta su naglasili svrhu misije - otkriti tajne nastanka i evolucije Sunčevog sistema.

Misija je zanimljiva po tome što je u trenutku spuštanja modula Philae na površinu jezgra komete bio daleko od Sunca i stoga je bio neaktivan. Kako se približava Suncu, površina jezgra se zagrijava i počinje emisija plinova i prašine. Razvoj svih ovih procesa može se posmatrati, nalazeći se u centru zbivanja.

Veoma je interesantna misija Dawn (Zora) koja je u toku i koja se izvodi u okviru NASA programa. Uređaj je lansiran 2007. godine, stigao je do asteroida Vesta u julu 2011. godine, a zatim je prebačen u svoju satelitsku orbitu i tamo provodio istraživanja do septembra 2012. godine. Trenutno je uređaj na putu do najvećeg asteroida - Ceres. Na njemu je električni raketni jonski potisnik. Njegova efikasnost, određena brzinom isteka radnog fluida (ksenona), gotovo je za red veličine veća od efikasnosti tradicionalnih hemijskih motora (vidi "Nauka i život" br. 9, 1999, članak "Svemirska električna lokomotiva "). To je omogućilo letenje iz orbite satelita jednog asteroida u orbitu satelita drugog. Iako se asteroidi Vesta i Ceres kreću u prilično bliskim orbitama glavnog asteroidnog pojasa i najveći su u njemu, oni se uvelike razlikuju po fizičkim karakteristikama. Ako je Vesta "suhi" asteroid, onda Ceres, prema zemaljskim zapažanjima, ima vodu, sezonske polarne kape vodenog leda, pa čak i vrlo tanak sloj atmosfere.

Kinezi su također doprinijeli istraživanju asteroida slanjem svoje svemirske letjelice Chang'e na asteroid 4179 Tautatis. Napravio je niz fotografija njegove površine, dok je minimalna udaljenost leta bila samo 3,2 kilometra; međutim, najbolji snimak je napravljen na udaljenosti od 47 kilometara. Slike pokazuju da asteroid ima nepravilan izduženi oblik - 4,6 kilometara u dužinu i 2,1 kilometar u prečniku. Masa asteroida je 50 milijardi tona, a njegova vrlo zanimljiva karakteristika je veoma neujednačena gustina. Jedan dio zapremine asteroida ima gustinu od 1,95 g/cm 3 , drugi - 2,25 g/cm 3 . S tim u vezi, sugerisano je da je Tautatis nastao kao rezultat ujedinjenja dva asteroida.

Što se tiče asteroidnih misija u bliskoj budućnosti, moglo bi se krenuti sa Japanskom avio-kosmičkom agencijom, koja planira da nastavi svoj istraživački program lansiranjem svemirske letjelice Hyabus-2 2015. godine, s ciljem vraćanja uzoraka tla sa asteroida 1999 JU3 na Zemlju. u 2020. Asteroid pripada spektralnoj klasi C, nalazi se u orbiti koja prelazi orbitu Zemlje, a njegov afel skoro dostiže orbitu Marsa.

Godinu dana kasnije, odnosno 2016. godine, počinje NASA OSIRIS-Rex projekat, čija je svrha vraćanje tla sa površine bliskozemaljskog asteroida 1999 RQ36, nedavno nazvanog Bennu i dodijeljenog spektralnoj klasi C. planirano je da će uređaj stići do asteroida 2018. godine, a 2023. godine dostaviti 59 grama svoje stijene na Zemlju.

Nabrajajući sve ove projekte, nemoguće je ne spomenuti asteroid težak oko 13.000 tona, koji je pao u blizini Čeljabinska 15. februara 2013. godine, kao da potvrđuje izjavu poznatog američkog specijaliste o problemu asteroida Donalda Yeomansa: „Ako to učinimo ne lete do asteroida, onda oni lete do nas." Time je naglašen značaj još jednog aspekta proučavanja asteroida - opasnosti od asteroida i rješavanja problema vezanih za mogućnost sudara asteroida sa Zemljom.

Vrlo neočekivan način proučavanja asteroida predložila je misija za preusmjeravanje asteroida, ili, kako se zove, projekt Keck. Njegov koncept razvio je Keck institut za svemirska istraživanja u Pasadeni (Kalifornija). William Myron Keck je poznati američki filantrop koji je osnovao Američku fondaciju za naučna istraživanja 1954. godine. U projektu je kao početni uslov pretpostavljeno da se zadatak istraživanja asteroida rješava uz učešće osobe, odnosno misija na asteroid mora biti vođena. Ali u ovom slučaju, trajanje cijelog leta s povratkom na Zemlju će neminovno biti najmanje nekoliko mjeseci. I ono što je najneugodnije za ekspediciju s ljudskom posadom, u slučaju nužde, ovo vrijeme se ne može svesti na prihvatljive granice. Stoga je predloženo, umjesto letenja do asteroida, da se uradi suprotno: da se asteroid, koristeći bespilotna vozila, isporuči na Zemlju. Ali ne na površinu, kao što se to dogodilo sa asteroidom Čeljabinsk, već u orbitu sličnu lunarnoj, i poslati svemirski brod s ljudskom posadom do asteroida koji se približio. Ovaj brod će mu se približiti, uhvatiti ga, a astronauti će ga proučavati, uzeti uzorke stijena i dostaviti ih na Zemlju. A u hitnim slučajevima, astronauti će moći da se vrate na Zemlju u roku od nedelju dana. Kao glavnog kandidata za ulogu ovako pomaknutog asteroida, NASA je već odabrala bliskozemaljski asteroid 2011 MD, koji pripada Kupidima. Njegov prečnik je od 7 do 15 metara, gustina je 1 g/cm 3 , odnosno može izgledati kao rastresita gomila šuta od oko 500 tona. Njegova orbita je veoma blizu orbiti Zemlje, nagnuta prema ekliptici za 2,5 stepena, a period je 396,5 dana, što odgovara velikoj poluosi od 1,056 AJ. Zanimljivo je da je asteroid otkriven 22. juna 2011. godine, a 27. juna je proleteo veoma blizu Zemlje - samo 12.000 kilometara.

Misija hvatanja asteroida u Zemljinu satelitsku orbitu planirana je za početak 2020-ih. Svemirska letjelica, dizajnirana da uhvati asteroid i prenese ga u novu orbitu, bit će opremljena ksenonskim električnim potisnicima. Operacije za promjenu orbite asteroida također uključuju gravitacijski manevar u blizini Mjeseca. Suština ovog manevra je kontrola kretanja uz pomoć električnih raketnih motora, koji će osigurati prolazak blizine Mjeseca. Istovremeno, zbog uticaja njegovog gravitacionog polja, brzina asteroida se menja od početne hiperboličke (odnosno što dovodi do napuštanja gravitacionog polja Zemlje) do brzine Zemljinog satelita.

Formiranje i evolucija asteroida

Kao što je već spomenuto u odjeljku o povijesti otkrića asteroida, prvi od njih otkriveni su tokom potrage za hipotetičkom planetom, koja je, u skladu s Bodeovim zakonom (sada prepoznatim kao pogrešna), trebala biti u orbiti između Mars i Jupiter. Ispostavilo se da u blizini orbite nikada otkrivene planete postoji pojas asteroida. To je poslužilo kao osnova za izgradnju hipoteze prema kojoj je ovaj pojas nastao kao rezultat njegovog uništenja.

Planeta je dobila ime Phaeton po sinu starogrčkog boga sunca Heliosa. Proračuni koji simuliraju proces Faetonovog uništenja nisu potvrdili ovu hipotezu u svim njenim varijantama, počevši od toga da je planeta rastrgana gravitacijom Jupitera i Marsa, pa do sudara s drugim nebeskim tijelom.

Formiranje i evolucija asteroida može se smatrati samo komponentom procesa nastanka Sunčevog sistema u cjelini. Trenutno, općeprihvaćena teorija sugerira da je Sunčev sistem nastao iz primordijalne akumulacije plina i prašine. Od klastera je formiran disk, čije su nehomogenosti dovele do pojave planeta i malih tijela Sunčevog sistema. Ovu hipotezu potkrepljuju moderna astronomska zapažanja, koja omogućavaju otkrivanje razvoja planetarnih sistema mladih zvijezda u njihovim ranim fazama. To potvrđuje i kompjutersko modeliranje, konstruišući slike koje su iznenađujuće slične slikama planetarnih sistema u određenim fazama njihovog razvoja.

U početnoj fazi formiranja planeta nastali su takozvani planetezimali - "embrioni" planeta, na koje se potom zbog gravitacionog uticaja nalijepila prašina. Kao primjer takve početne faze planetarnog formiranja ističe se asteroid Lutetia. Ovaj prilično veliki asteroid, koji doseže 130 kilometara u promjeru, sastoji se od čvrstog dijela i debelog (do kilometar) sloja prašine koji se nalijegao, kao i gromada rasutih po površini. Kako se povećavala masa protoplaneta, povećavala se sila privlačenja i, kao rezultat, sila kompresije formiranog nebeskog tijela. Došlo je do zagrijavanja tvari i njenog topljenja, što je dovelo do raslojavanja protoplaneta prema gustoći njegovih materijala i prelaska tijela u sferni oblik. Većina istraživača je sklona hipotezi da je tokom početnih faza evolucije Sunčevog sistema formirano mnogo više protoplaneta od planeta i malih nebeskih tijela koji se danas promatraju. Tada su formirani gasoviti divovi - Jupiter i Saturn - migrirali u sistem, bliže Suncu. Ovo je unelo značajan poremećaj u kretanje tela Sunčevog sistema u nastajanju i izazvalo razvoj procesa koji se naziva period teškog bombardovanja. Kao rezultat rezonantnih uticaja uglavnom Jupitera, dio nastalih nebeskih tijela je izbačen na rubove sistema, a dio je bačen na Sunce. Ovaj proces se odvijao od prije 4,1 do 3,8 milijardi godina. Tragovi perioda, koji se naziva kasna faza teškog bombardovanja, ostali su u obliku mnogih udarnih kratera na Mjesecu i Merkuru. Ista stvar se dogodila i sa formiranjem tijela između Marsa i Jupitera: učestalost sudara između njih bila je dovoljno visoka da ih spriječi da se pretvore u objekte veće i pravilnije nego što vidimo danas. Pretpostavlja se da među njima postoje fragmenti tijela koja su prošla kroz određene faze evolucije, a zatim se rascijepila prilikom sudara, kao i objekti koji nisu stigli da postanu dijelovi većih tijela i stoga predstavljaju uzorke drevnijih formacija. . Kao što je gore spomenuto, asteroid Lutetia je upravo takav uzorak. To su potvrdile studije asteroida koje je izvršila svemirska letjelica Rosetta, uključujući pucanje tokom bliskog preleta u julu 2010. godine.

Dakle, Jupiter igra značajnu ulogu u evoluciji glavnog asteroidnog pojasa. Zbog njegovog gravitacionog uticaja, dobili smo trenutno posmatranu sliku distribucije asteroida unutar glavnog pojasa. Što se tiče Kuiperovog pojasa, uticaj Neptuna se dodaje ulozi Jupitera, što dovodi do izbacivanja nebeskih objekata u ovo udaljeno područje Sunčevog sistema. Pretpostavlja se da se uticaj džinovskih planeta proteže na još udaljeniji Oortov oblak, koji se, međutim, formirao bliže Suncu nego što je sada. U ranim fazama evolucije približavanja divovskim planetama, primordijalni objekti (planetezimali) su u svom prirodnom kretanju izvodili ono što nazivamo gravitacijskim manevrima, popunjavajući prostor koji se pripisuje Oortovom oblaku. Budući da su na tako velikoj udaljenosti od Sunca, podložni su i utjecaju zvijezda naše Galaksije - Mliječnog puta, što dovodi do njihovog haotičnog prijelaza na povratnu putanju u blisku oblast cirkumsolarnog prostora. Ove planetezimale posmatramo kao komete dugog perioda. Kao primjer može se navesti najsjajnija kometa 20. stoljeća - kometa Hale-Bopp, otkrivena 23. jula 1995. godine i dostigla perihel 1997. godine. Period njegove revolucije oko Sunca je 2534 godine, a afel je na udaljenosti od 185 AJ. od sunca.

Opasnost od asteroida i komete

Brojni krateri na površini Mjeseca, Merkura i drugih tijela Sunčevog sistema često se pominju kao ilustracija stepena opasnosti od asteroida i komete za Zemlju. Ali takva referenca nije sasvim tačna, budući da je velika većina ovih kratera nastala tokom "perioda teškog bombardovanja". Ipak, na površini Zemlje, koristeći moderne tehnologije, uključujući analizu satelitskih snimaka, moguće je otkriti tragove sudara sa asteroidima, koji pripadaju mnogo kasnijim periodima evolucije Sunčevog sistema. Najveći i najstariji poznati krater, Vredefort, nalazi se u Južnoj Africi. Promjer mu je oko 250 kilometara, a starost se procjenjuje na dvije milijarde godina.

Krater Chicxulub na obali poluostrva Jukatan u Meksiku nastao je nakon udara asteroida prije 65 miliona godina, što je ekvivalentno energiji eksplozije od 100 teratona (10 12 tona) TNT-a. Danas se vjeruje da je izumiranje dinosaura rezultat ovog katastrofalnog događaja, koji je izazvao cunamije, potrese, vulkanske erupcije i klimatske promjene zbog sloja prašine formiranog u atmosferi koja je prekrivala Sunce. Jedan od najmlađih - Barringer krater - nalazi se u pustinji Arizone, SAD. Prečnik mu je 1200 metara, dubina 175 metara. Nastao je prije 50 hiljada godina kao rezultat udara željeznog meteorita promjera oko 50 metara i mase od nekoliko stotina hiljada tona.

Ukupno, sada postoji oko 170 udarnih kratera nastalih padom nebeskih tijela. Najveću pažnju privukao je događaj kod Čeljabinska, kada je 15. februara 2013. godine u atmosferu na ovom području ušao asteroid čija je veličina procijenjena na oko 17 metara i masa od 13.000 tona. Eksplodirao je u zraku na visini od 20 kilometara, a njegov najveći dio težak 600 kilograma pao je u jezero Čebarkul.

Njegov pad nije doveo do žrtava, uništenje je bilo primjetno, ali ne i katastrofalno: staklo je razbijeno na prilično velikoj teritoriji, srušio se krov čeljabinske cinkare, oko 1.500 ljudi je povrijeđeno od krhotina stakla. Vjeruje se da se katastrofa nije dogodila zbog elementa sreće: putanja pada meteorita bila je blaga, inače bi posljedice bile mnogo teže. Energija eksplozije je ekvivalentna 0,5 megatona TNT-a, što odgovara 30 bombi bačenih na Hirošimu. Čeljabinsk asteroid postao je najdetaljniji događaj ove veličine nakon eksplozije meteorita Tunguska 17. (30.) juna 1908. godine. Prema modernim procjenama, pad nebeskih tijela, poput Čeljabinska, širom svijeta događa se otprilike jednom u 100 godina. Što se tiče događaja u Tunguskoj, kada su drveće spaljeno i oboreno na površini od 50 kilometara u prečniku kao rezultat eksplozije na visini od 18 kilometara sa energijom od 10-15 megatona TNT-a, takve katastrofe se dešavaju otprilike jednom. svakih 300 godina. Međutim, postoje slučajevi kada su manja tijela, koja su se češće sudarala sa Zemljom od navedenih, izazvala primjetnu štetu. Primjer je asteroid od četiri metra koji je pao u Sikhote-Alin sjeveroistočno od Vladivostoka 12. februara 1947. godine. Iako je asteroid bio mali, bio je gotovo u potpunosti sastavljen od željeza i ispostavilo se da je to najveći željezni meteorit ikada uočen na površini Zemlje. Na visini od 5 kilometara eksplodirao je, a blic je bio sjajniji od Sunca. Teritorija epicentra eksplozije (njena projekcija na površinu zemlje) bila je nenaseljena, ali je na području prečnika 2 kilometra oštećena šuma i formirano više od stotinu kratera prečnika do 26 metara. . Ako bi takav predmet pao na veliki grad, poginule bi stotine, pa čak i hiljade ljudi.

Istovremeno, sasvim je očigledno da je vjerovatnoća smrti određene osobe uslijed pada asteroida vrlo niska. To ne isključuje mogućnost da stotine godina mogu proći bez značajnijih žrtava, a onda će pad velikog asteroida dovesti do smrti miliona ljudi. U tabeli. 1 prikazuje vjerovatnoće udara asteroida, u korelaciji sa stopom smrtnosti od drugih događaja.

Nije poznato kada će se dogoditi sljedeći udar asteroida, uporediv ili teži po svojim posljedicama sa događajem u Čeljabinsku. Može pasti za 20 godina, i za nekoliko vekova, ali može i sutra. Dobivanje ranog upozorenja o događaju kao što je događaj u Čeljabinsku nije samo poželjno – potrebno je efikasno odbiti potencijalno opasne objekte veće od, recimo, 50 metara. Što se tiče sudara sa Zemljom manjih asteroida, ovi događaji se dešavaju češće nego što mislimo: otprilike jednom u dvije sedmice. To ilustruje gornja mapa pada asteroida veličine metar ili više u proteklih dvadeset godina, koju je pripremila NASA.

Metode za skretanje potencijalno opasnih objekata u blizini Zemlje

Otkriće 2004. asteroida Apophis, čija se vjerovatnoća sudara sa Zemljom 2036. tada smatrala prilično visokom, dovelo je do značajnog povećanja interesovanja za problem odbrane asteroida i komete. Pokrenut je rad na otkrivanju i katalogizaciji opasnih nebeskih objekata, a pokrenuti su i istraživački programi za rješavanje problema sprječavanja njihovih sudara sa Zemljom. Kao rezultat toga, broj pronađenih asteroida i kometa dramatično se povećao, tako da ih je do sada otkriveno više nego što se znalo prije početka rada na programu. Predložene su i različite metode za skretanje asteroida sa putanja udara sa Zemljom, uključujući prilično egzotične. Na primjer, premazivanje površina opasnih asteroida bojom koja će promijeniti njihove reflektirajuće karakteristike, što će dovesti do potrebnog skretanja putanje asteroida zbog pritiska sunčeve svjetlosti. Nastavljena su istraživanja o načinima promjene putanja opasnih objekata sudarajući svemirske letjelice s njima. Potonje metode izgledaju prilično obećavajuće i ne zahtijevaju korištenje tehnologija koje prevazilaze mogućnosti moderne raketne i svemirske tehnologije. Međutim, njihova efikasnost je ograničena masom letjelice za navođenje. Za najmoćniji ruski nosač Proton-M ne može preći 5-6 tona.

Procijenimo promjenu brzine, na primjer, Apophisa, čija je masa oko 40 miliona tona: sudar s njim svemirske letjelice težine 5 tona pri relativnoj brzini od 10 km / s dat će 1,25 milimetara u sekundi. Ako se udar izvrši mnogo prije očekivanog sudara, moguće je napraviti potrebnu deformaciju, ali to „dugo vrijeme“ će trajati mnogo decenija. Trenutno je nemoguće sa prihvatljivom tačnošću predvideti dosadašnju putanju asteroida, posebno ako se ima u vidu da postoji nesigurnost u poznavanju parametara dinamike udara, a samim tim i u proceni očekivane promene vektora brzine asteroida. Dakle, da bi se opasan asteroid odbio od sudara sa Zemljom, potrebno je pronaći priliku da se na njega usmjeri masivniji projektil. Kao takav, možemo ponuditi još jedan asteroid čija je masa znatno veća od mase svemirske letjelice, recimo 1500 tona. Ali da bi se kontrolisalo kretanje takvog asteroida, bilo bi potrebno previše goriva da se ideja sprovede u delo. Stoga je za potrebnu promjenu putanje asteroid-projektila predloženo korištenje takozvanog gravitacijskog manevara, koji sam po sebi ne zahtijeva nikakvu potrošnju goriva.

Gravitacijski manevar se podrazumijeva kao let svemirskog objekta (u našem slučaju, asteroidnog projektila) prilično masivnog tijela - Zemlje, Venere, drugih planeta Sunčevog sistema, kao i njihovih satelita. Smisao manevra leži u takvom izboru parametara putanje u odnosu na tijelo koje prelijeće (visina, početni položaj i vektor brzine), koji će omogućiti, zbog svog gravitacionog utjecaja, promjenu orbite objekta (u naš slučaj, asteroid) oko Sunca tako da će biti na putanji sudara. Drugim riječima, umjesto da upravljanom objektu prenesemo impuls brzine uz pomoć raketnog motora, taj impuls primamo zbog privlačenja planete, ili, kako se još naziva, efekta slinga. Štoviše, veličina impulsa može biti značajna - 5 km / s ili više. Da biste ga stvorili sa standardnim raketnim motorom, potrebno je potrošiti količinu goriva koja je 3,5 puta veća od mase aparata. A za metodu gravitacionog manevara, gorivo je potrebno samo za dovođenje uređaja na izračunatu putanju manevara, što smanjuje njegovu potrošnju za dva reda veličine. Treba napomenuti da ova metoda promjene orbita svemirskih letjelica nije nova: predložio ju je početkom tridesetih godina prošlog stoljeća pionir sovjetske raketne tehnologije F.A. Zander. Trenutno se ova tehnika široko koristi u praksi svemirskih letova. Dovoljno je još jednom spomenuti, na primjer, evropsku svemirsku letjelicu Rosetta: u toku desetogodišnje misije izvela je tri gravitacijska manevra u blizini Zemlje i jedan u blizini Marsa. Možemo se prisjetiti sovjetskih svemirskih letjelica Vega-1 i Vega-2, koje su prve obišle ​​Halejevu kometu - na putu do nje izvodile su gravitacijske manevre koristeći gravitacijsko polje Venere. Da bi stigla do Plutona 2015. godine, NASA-ina letjelica New Horizons koristila je manevar u Jupiterovom polju. Lista misija koje koriste pomoć gravitacije daleko je od iscrpnog sa ovim primjerima.

Osoblje Instituta za svemirska istraživanja Ruske akademije nauka predložilo je korištenje gravitacionog manevra za usmjeravanje relativno malih asteroida blizu Zemlje do opasnih nebeskih objekata kako bi skrenuli s putanje sudara sa Zemljom. problem opasnosti od asteroida, organizovan na Malti 2009. godine. I sljedeće godine pojavila se publikacija u časopisu koja je opisala ovaj koncept i opravdavala ga.

Da bi se potvrdila izvodljivost koncepta, asteroid Apophis je odabran kao primjer opasnog nebeskog objekta.

U početku su prihvatili uslov da se opasnost od asteroida utvrdi otprilike deset godina prije njegovog navodnog sudara sa Zemljom. Shodno tome, izgrađen je scenario odstupanja asteroida od putanje koja prolazi kroz njega. Pre svega, sa liste asteroida u blizini Zemlje čije su orbite poznate, izabran je jedan koji će biti prebačen u blizinu Zemlje u orbitu pogodnu za izvođenje gravitacionog manevra koji obezbeđuje da asteroid udari u Apofis najkasnije do 2035. Kao kriterij odabira uzeli smo veličinu impulsa brzine koji se mora prenijeti asteroidu da bi se prenio na takvu putanju. Maksimalni dozvoljeni impuls bio je 20 m/s. Zatim je izvršena numerička analiza mogućih operacija za vođenje asteroida do Apophisa u skladu sa sljedećim scenarijem leta.

Nakon lansiranja glavne jedinice rakete-nosača Proton-M u nisku Zemljinu orbitu uz pomoć buster jedinice Breeze-M, letjelica se prebacuje na putanju leta do asteroida projektila s naknadnim slijetanjem na njegovu površinu. Uređaj je fiksiran na površini i kreće se zajedno sa asteroidom do tačke u kojoj uključuje motor, dajući impuls asteroidu, prenoseći ga na izračunatu putanju gravitacionog manevra - leteći oko Zemlje. U procesu kretanja poduzimaju se potrebna mjerenja za određivanje parametara kretanja i ciljnog asteroida i asteroida projektila. Na osnovu rezultata mjerenja, trajektorija projektila se izračunava i korigira. Uz pomoć pogonskog sistema aparata, asteroidu se daju impulsi brzine koji ispravljaju greške u parametrima putanje kretanja prema cilju. Iste operacije se izvode na putanji leta letjelice do asteroida projektila. Ključni parametar u razvoju i optimizaciji scenarija je impuls brzine koji se mora prenijeti asteroidu projektila. Za kandidate za ovu ulogu određuju se datumi poruke impulsa, dolaska asteroida na Zemlju i udarca opasnim objektom. Ovi parametri su odabrani na takav način da je zamah koji se daje asteroidu projektila minimalan. U procesu istraživanja analizirana je cijela lista asteroida kao kandidata, čiji su orbitalni parametri trenutno poznati - ima ih oko 11.000.

Kao rezultat proračuna, pronađeno je pet asteroida čije su karakteristike, uključujući veličine, date u tabeli. 2. Pogodili su ga asteroidi čije dimenzije znatno premašuju vrijednosti koje odgovaraju maksimalnoj dozvoljenoj masi: 1500–2000 tona. S tim u vezi, potrebno je dati dvije napomene. Prvo, za analizu je korišćena daleko od potpune liste asteroida u blizini Zemlje (11.000), dok ih, prema savremenim procenama, na njenoj površini ima najmanje 100.000 gromada čija se masa uklapa u naznačene granice (možemo se prisjetiti asteroida Itokawa). Napominjemo da je upravo takav pristup ocjenjen kao realan u američkom projektu isporuke malog asteroida u lunarnu orbitu. Iz tabele. 2 može se vidjeti da je najmanji impuls brzine - samo 2,38 m/s - neophodan ako se kao projektil koristi asteroid 2006 XV4. Istina, i sam je prevelik i prelazi procijenjenu granicu od 1500 tona. Ali ako upotrijebite njegov fragment ili gromadu na površini s takvom masom (ako postoji), tada će navedeni impuls stvoriti standardni raketni motor s brzinom ispušnog plina od 3200 m/s, trošeći 1,2 tone goriva. Proračuni su pokazali da se na površinu ovog asteroida može spustiti uređaj ukupne mase veće od 4,5 tone, pa isporuka goriva neće stvarati probleme. A upotreba električnog raketnog motora smanjit će potrošnju goriva (tačnije, radne tekućine) na 110 kilograma.

Međutim, treba uzeti u obzir da se podaci dati u tabeli o potrebnim impulsima brzine odnose na idealan slučaj, kada se potrebna promjena vektora brzine realizuje apsolutno tačno. U stvari, to nije slučaj i, kao što je već napomenuto, potrebno je imati zalihe radne tečnosti za korekcije orbite. Uz do sada postignutu preciznost, korekcija može zahtijevati ukupno do 30 m/s, što premašuje nominalne vrijednosti ​​veličine promjene brzine za rješavanje problema presretanja opasnog objekta.

U našem slučaju, kada kontrolirani objekt ima masu tri reda veličine veću, potrebno je drugačije rješenje. Postoji - ovo je upotreba električnog raketnog motora, koji omogućava smanjenje potrošnje radne tekućine za faktor deset za isti korektivni impuls. Osim toga, radi poboljšanja tačnosti navođenja, predlaže se korištenje navigacijskog sistema koji uključuje mali aparat opremljen primopredajnikom, koji je unaprijed postavljen na površinu opasnog asteroida, i dva podsatelita koji prate glavni aparat. . Uz pomoć primopredajnika mjere se udaljenost između uređaja i njihove relativne brzine. Takav sistem omogućava da asteroid-projektil pogodi metu sa odstupanjem u krugu od 50 metara, pod uslovom da se u poslednjoj fazi približavanja cilju koristi mali hemijski motor sa potiskom od nekoliko desetina kilograma, proizvodeći impuls brzine unutar 2 m/s.

Od pitanja koja se nameću kada se raspravlja o izvodljivosti koncepta upotrebe malih asteroida za skretanje opasnih objekata, bitno je pitanje rizika od sudara asteroida sa Zemljom, prebačenog na putanju gravitacionog manevra oko njega. U tabeli. 2 prikazuje udaljenosti asteroida od centra Zemlje u perigeju pri izvođenju gravitacionog manevra. Za četiri prelaze 15.000 kilometara, a za asteroid 1994 GV je 7427,54 kilometara (prosječni polumjer Zemlje je 6371 kilometar). Udaljenosti izgledaju sigurno, ali još uvijek nema garancije da nema rizika ako je veličina asteroida tolika da može doći do površine Zemlje bez izgaranja u atmosferi. Kao najveća dozvoljena veličina smatra se prečnik od 8-10 metara, pod uslovom da asteroid nije gvožđe. Radikalan način rješavanja problema je korištenje Marsa ili Venere za manevriranje.

Snimanje asteroida za istraživanje

Osnovna ideja projekta Asteroid Redirect Mission (ARM) je prebacivanje asteroida u drugu orbitu, pogodniju za istraživanje uz direktno ljudsko učešće. Kao takva, predložena je orbita bliska lunarnoj. Kao drugu opciju za promjenu orbite asteroida, IKI RAS je razmatrao metode za kontrolu kretanja asteroida korištenjem gravitacijskih manevara u blizini Zemlje, slične onima koje su razvijene za usmjeravanje malih asteroida do opasnih objekata blizu Zemlje.

Cilj ovakvih manevara je prebacivanje asteroida u orbite koje su u rezonanciji sa orbitalnim kretanjem Zemlje, posebno sa odnosom perioda asteroida i Zemlje 1:1. Među asteroidima blizu Zemlje postoji trinaest koji se mogu prebaciti u rezonantne orbite u naznačenom omjeru i na donjoj dozvoljenoj granici radijusa perigeja - 6700 kilometara. Da bi to učinili, dovoljno je da bilo koji od njih prijavi impuls brzine koji ne prelazi 20 m/s. Njihova lista je predstavljena u tabeli. 3, gdje su naznačene veličine impulsa brzina, prenoseći asteroid na putanju gravitacijskog manevara u blizini Zemlje, uslijed čega period njegove orbite postaje jednak Zemlji, odnosno godinu dana. Tamo su također navedene maksimalne i minimalne dostižne brzine asteroida u njegovom heliocentričnom kretanju. Zanimljivo je napomenuti da maksimalne brzine mogu biti vrlo velike, što omogućava manevar da odbaci asteroid prilično daleko od Sunca. Na primjer, asteroid 2012 VE77 može se poslati u orbitu sa afelom na udaljenosti od orbite Saturna, a ostatak - izvan orbite Marsa.

Prednost rezonantnih asteroida je što se svake godine vraćaju u blizinu Zemlje. To omogućava da se barem svake godine pošalje svemirska letjelica da sleti na asteroid i dostavi uzorke tla na Zemlju, a za vraćanje vozila za spuštanje na Zemlju gotovo da nije potrebno gorivo. S tim u vezi, asteroid u rezonantnoj orbiti ima prednosti u odnosu na asteroid u lunarnoj orbiti, kako je planirano u projektu Keck, jer je za povratak potrebna primjetna potrošnja goriva. Za misije bez posade to može biti odlučujuće, ali za letove s posadom, kada je potrebno osigurati da se uređaj u hitnim slučajevima vrati na Zemlju što je prije moguće (u roku od tjedan dana ili čak ranije), prednost može biti na strani projekat ARM.

S druge strane, godišnji povratak rezonantnih asteroida na Zemlju omogućava periodične gravitacijske manevre, svaki put mijenjajući njihovu orbitu kako bi se optimizirali uvjeti istraživanja. U ovom slučaju, orbita mora ostati rezonantna, što je lako implementirati izvođenjem višestrukih gravitacijskih manevara. Koristeći ovaj pristup, moguće je prebaciti asteroid u orbitu identičnu Zemlji, ali blago nagnutu prema njegovoj ravni (na ekliptiku). Tada će se asteroid približavati Zemlji dva puta godišnje. Porodica orbita koja je rezultat niza gravitacijskih manevara uključuje orbitu čija se ravan nalazi u ekliptici, ali ima vrlo veliki ekscentricitet i, poput asteroida 2012 VE77, doseže orbitu Marsa.

Ako dalje razvijamo tehnologiju gravitacionih manevara za planete, uključujući i izgradnju rezonantnih orbita, onda se javlja ideja da se koristi Mjesec. Činjenica je da gravitacijski manevar planete u svom čistom obliku ne dopušta hvatanje objekta u orbitu satelita, jer se energija njegovog relativnog kretanja ne mijenja kada leti oko planete. Ako u isto vrijeme leti oko prirodnog satelita planete (Mjesec), tada se njegova energija može smanjiti. Problem je u tome što bi smanjenje trebalo biti dovoljno za prelazak u orbitu satelita, odnosno početna brzina u odnosu na planetu trebala bi biti mala. Ako se ovaj zahtjev ne ispuni, objekt će zauvijek napustiti blizinu Zemlje. Ali ako odaberete geometriju kombiniranog manevra tako da kao rezultat asteroid ostane u rezonantnoj orbiti, tada za godinu dana možete ponoviti manevar. Dakle, moguće je uhvatiti asteroid u orbitu Zemljinog satelita primjenom gravitacijskih manevara u blizini Zemlje uz održavanje rezonantnog stanja i koordinisanog preleta Mjeseca.

Očigledno je da pojedinačni primjeri koji potvrđuju mogućnost implementacije koncepta upravljanja kretanjem asteroida gravitacionim manevrima ne garantuju rješenje problema opasnosti od asteroida i komete za bilo koje nebesko tijelo koje prijeti sudarom sa Zemljom. Može se dogoditi da u određenom slučaju ne postoji odgovarajući asteroid koji se može usmjeriti na njega. Ali, kako pokazuju najnoviji rezultati proračuna obavljenih uzimajući u obzir "svježe" katalogizirane asteroide, s maksimalno dozvoljenim impulsom brzine potrebnom za prijenos asteroida u blizinu planete, jednakim 40 m/s, broj odgovarajućih asteroida je 29, 193 i 72 za Veneru, Zemlju i Mars. Uvršteni su na listu nebeskih tijela čije kretanje se može kontrolirati pomoću moderne raketne i svemirske tehnologije. Lista brzo raste, jer se trenutno u prosjeku dnevno otkrije dva do pet asteroida. Dakle, za period od 1. novembra do 21. novembra 2014. godine otkriveno je 58 asteroida u blizini Zemlje. Do sada nismo mogli uticati na kretanje prirodnih nebeskih tijela, ali počinje nova faza u razvoju civilizacije kada to postaje moguće.

Pojmovnik za članak

Bodeov zakon(pravilo Titius-Bode, koje je 1766. uspostavio njemački matematičar Johann Titius i preformulisao 1772. njemački astronom Johann Bode) opisuje udaljenosti između orbita planeta Sunčevog sistema i Sunca, kao i između planeta i orbite njegovih prirodnih satelita. Jedna od njegovih matematičkih formulacija: R i = (D i + 4)/10, gdje je D i = 0, 3, 6, 12 ... n, 2n, a R i je prosječni polumjer orbite planete u astronomskim jedinicama (a. e.).

Ovaj empirijski zakon važi za većinu planeta sa tačnošću od 3%, ali izgleda da nema fizičko značenje. Postoji, međutim, pretpostavka da je u fazi formiranja Sunčevog sistema, kao rezultat gravitacionih perturbacija, nastala pravilna prstenasta struktura regija u kojima su se orbite protoplaneta pokazale stabilne. Kasnije studije Sunčevog sistema pokazale su da se Bodeov zakon, uopšteno govoreći, daleko od toga da se uvek ispunjava: orbite Neptuna i Plutona, na primer, mnogo su bliže Suncu nego što on predviđa (vidi tabelu).

(L-tačke, ili tačke libracije, od lat. Libracija- njihanje) - tačke u sistemu dva masivna tijela, na primjer, Sunce i planeta ili planeta i njen prirodni satelit. Tijelo znatno manje mase - asteroid ili svemirska laboratorija - ostat će u bilo kojoj od Lagrangeovih tačaka, praveći oscilacije male amplitude, pod uslovom da na njega djeluju samo gravitacijske sile.

Lagrangeove tačke leže u ravnini orbite oba tijela i označene su indeksima od 1 do 5. Prve tri - kolinearne - leže na pravoj liniji koja spaja centre masivnih tijela. Tačka L 1 nalazi se između masivnih tijela, L 2 - iza manje masivnih, L 3 - iza masivnijih. Položaj asteroida u ovim tačkama je najmanje stabilan. Tačke L 4 i L 5 - trouglaste, ili trojanske - nalaze se u orbiti s obje strane linije koja spaja tijela velike mase, pod uglovima od 60 o u odnosu na liniju koja ih povezuje (na primjer, Sunce i Zemlju).

Tačka L 1 sistema Zemlja-Mjesec je pogodno mjesto za postavljanje orbitalne stanice s ljudskom posadom koja omogućava astronautima da dođu do Mjeseca uz minimalne troškove goriva, ili opservatorija za posmatranje Sunca, koju u ovom trenutku nikada ne zaklanjaju Zemlja ili Mjesec.

Tačka L 2 sistema Sunce-Zemlja pogodna je za izgradnju svemirskih opservatorija i teleskopa. Objekt u ovom trenutku zadržava svoju orijentaciju u odnosu na Zemlju i Sunce na neograničeno vrijeme. U njemu se već nalaze američke laboratorije Planck, Herschel, WMAP, Gaia i drugi.

Na tačku L 3, s druge strane Sunca, pisci naučne fantastike su više puta postavljali određenu planetu - Kontra-Zemlju, koja je ili stigla izdaleka, ili je nastala istovremeno sa Zemljom. Moderna zapažanja to nisu otkrila.

Ekscentričnost(Sl. 1) - broj koji karakterizira oblik krive drugog reda (elipsa, parabola i hiperbola). Matematički, ona je jednaka omjeru udaljenosti bilo koje tačke krive do njenog fokusa i udaljenosti od ove tačke do prave linije, koja se naziva direktrisa. Elipse - orbite asteroida i većine drugih nebeskih tijela - imaju dvije direktrise. Njihove jednačine su: x = ±(a/e), gdje je a velika poluosa elipse; e - ekscentricitet - konstantna vrijednost za bilo koju datu krivu. Ekscentricitet elipse je manji od 1 (za parabolu, e \u003d 1, za hiperbolu, e\u003e 1); kada je e > 0, oblik elipse se približava krugu; kada je e > 1, elipsa postaje sve više i više izdužena i stisnuta, degenerirajući se u segment na granici - vlastitoj velikoj osi 2a. Druga, jednostavnija i vizualnija definicija ekscentriciteta elipse je omjer razlike između njene maksimalne i minimalne udaljenosti do fokusa i njihovog zbira, odnosno dužine glavne ose elipse. Za cirkumsolarne orbite, ovo je omjer razlike udaljenosti nebeskog tijela od Sunca u afelu i perihelu do njihovog zbira (glavne ose orbite).

sunčani vjetar- konstantan tok plazme solarne korone, odnosno nabijenih čestica (protoni, elektroni, jezgra helijuma, joni kiseonika, silicijum, gvožđe, sumpor) u radijalnim pravcima od Sunca. Zauzima sferni volumen s radijusom od najmanje 100 AJ. Odnosno, granica zapremine je određena jednakošću dinamičkog pritiska sunčevog vetra i pritiska međuzvjezdanog gasa, magnetnog polja Galaksije i galaktičkih kosmičkih zraka.

Ekliptika(iz grčkog. ekleipsis- pomračenje) - veliki krug nebeske sfere, duž kojeg se događa prividno godišnje kretanje Sunca. U stvarnosti, budući da se Zemlja kreće oko Sunca, ekliptika je dio nebeske sfere u ravni Zemljine orbite. Linija ekliptike prolazi kroz 12 sazviježđa zodijaka. Njegovo grčko ime je zbog činjenice da je poznato od antike: pomračenja Sunca i Meseca se dešavaju kada je Mesec blizu tačke preseka svoje orbite sa ekliptikom.

Asteroidi su nebeska tijela koja su nastala zbog međusobnog privlačenja gustog plina i prašine koji kruže oko našeg Sunca u ranoj fazi njegovog formiranja. Neki od ovih objekata, poput asteroida, dostigli su dovoljnu masu da formiraju rastopljeno jezgro. U trenutku kada Jupiter dosegne svoju masu, većina planetosimala (budućih protoplaneta) je podijeljena i izbačena iz originalnog asteroidnog pojasa između Marsa i. Tokom ove epohe, deo asteroida je nastao usled sudara masivnih tela pod uticajem gravitacionog polja Jupitera.

Klasifikacija orbite

Asteroidi su klasifikovani prema karakteristikama kao što su vidljive refleksije sunčeve svetlosti i karakteristike njihovih orbita.

Prema karakteristikama orbita, asteroidi se kombinuju u grupe, među kojima se mogu razlikovati porodice. Grupom asteroida smatra se određeni broj takvih tijela čije su orbitalne karakteristike slične, odnosno poluosa, ekscentricitet i nagib orbite. Porodicom asteroida treba smatrati grupu asteroida koji se ne kreću samo u bliskim orbitama, već su vjerovatno fragmenti jednog velikog tijela, a nastali su kao rezultat njegovog cijepanja.

Najveće poznate porodice mogu sadržavati nekoliko stotina asteroida, dok najkompaktnije porodice mogu sadržavati do deset. Otprilike 34% asteroidnih tijela su članovi porodica asteroida.

Kao rezultat formiranja većine grupa asteroida u Sunčevom sistemu, njihovo matično tijelo je uništeno, međutim, postoje i takve grupe čije je matično tijelo preživjelo (npr.).

Klasifikacija po spektru

Spektralna klasifikacija se zasniva na spektru elektromagnetnog zračenja, koje je rezultat odbijanja sunčeve svetlosti od asteroida. Registracija i obrada ovog spektra omogućava proučavanje sastava nebeskog tijela i dodjeljivanje asteroida jednoj od sljedećih klasa:

• Grupa ugljikovih asteroida ili C-grupa. Predstavnici ove grupe se uglavnom sastoje od ugljenika, kao i elemenata koji su bili deo protoplanetarnog diska našeg Sunčevog sistema u ranim fazama njegovog formiranja. Vodik i helijum, kao i drugi hlapljivi elementi, praktički su odsutni u ugljičnim asteroidima, međutim, moguće je prisustvo raznih minerala. Još jedna karakteristična karakteristika takvih tijela je njihova niska albedo-reflektivnost, što zahtijeva korištenje moćnijih alata za promatranje nego u proučavanju asteroida drugih grupa. Više od 75% asteroida u Sunčevom sistemu su predstavnici C-grupe. Najpoznatija tijela ove grupe su Hygiea, Pallas, a nekada - Ceres.
• Grupa silicijumskih asteroida ili S-grupa. Asteroidi ovog tipa uglavnom se sastoje od gvožđa, magnezijuma i nekih drugih kamenih minerala. Zbog toga se silicijumski asteroidi nazivaju i kamenim asteroidima. Takva tijela imaju prilično visok albedo, što vam omogućava da neke od njih (na primjer, Irida) promatrate jednostavno dvogledom. Broj silicijumskih asteroida u Sunčevom sistemu je 17% od ukupnog broja, a najčešći su na udaljenosti do 3 astronomske jedinice od Sunca. Najveći predstavnici S-grupe: Juno, Amphitrite i Herculina.