Od čega se sastoji asteroid? Asteroidi. Fizičke karakteristike asteroida - objašnjenje za djecu

Asteroid je relativno malo, stjenovito kozmičko tijelo, slično planetu u Sunčevom sustavu. Mnogi asteroidi kruže oko Sunca, a njihov najveći klaster nalazi se između orbita Marsa i Jupitera i naziva se asteroidni pojas. Ovdje se nalazi najveći od poznatih asteroida - Ceres. Njegove dimenzije su 970x940 km, odnosno gotovo zaokružene. Ali postoje oni čije su veličine usporedive s česticama prašine. Asteroidi su, poput kometa, ostaci tvari od koje je prije nekoliko milijardi godina nastao naš Sunčev sustav.

Znanstvenici sugeriraju da u našoj galaksiji možete pronaći više od pola milijuna asteroida promjera većeg od 1,5 kilometara. Nedavne studije pokazale su da meteoriti i asteroidi imaju sličan sastav, tako da bi asteroidi mogli biti tijela iz kojih nastaju meteoriti.

Istraživanje asteroida

Proučavanje asteroida datira iz 1781. godine, nakon što je William Herschel svijetu otkrio planet Uran. Krajem 18. stoljeća F. Xaver je okupio grupu poznatih astronoma koji su tražili planet. Prema Xaverovim proračunima, trebao se nalaziti između orbita Marsa i Jupitera. Isprva potraga nije dala rezultate, ali 1801. godine otkriven je prvi asteroid Ceres. Ali njezin je pronalazač bio talijanski astronom Piazzi, koji čak nije ni bio dio skupine Xaver. U sljedećih nekoliko godina otkrivena su još tri asteroida: Pallas, Vesta i Juno, a potom je potraga prestala. Tek 30 godina kasnije, Karl Ludovik Henke, koji je pokazao interes za proučavanje zvjezdanog neba, nastavio je njihovu potragu. Od tog razdoblja astronomi su otkrivali barem jedan asteroid godišnje.

Karakteristike asteroida

Asteroidi su klasificirani prema spektru reflektirane sunčeve svjetlosti: 75% njih su vrlo tamni ugljični asteroidi klase C, 15% su sivkasto-silikatni asteroidi klase S, a preostalih 10% uključuje metalnu klasu M i nekoliko drugih rijetkih vrsta.

Nepravilan oblik asteroida potvrđuje i činjenica da njihov sjaj prilično brzo opada s povećanjem faznog kuta. Zbog velike udaljenosti od Zemlje i njihove male veličine prilično je problematično doći do točnijih podataka o asteroidima.Sila gravitacije na asteroide je toliko mala da im ne može dati sferni oblik karakterističan za sve planete . Ova gravitacija omogućuje postojanje razbijenih asteroida kao zasebnih blokova koji se drže blizu jedan drugoga bez dodirivanja. Stoga samo veliki asteroidi koji su izbjegli sudare s tijelima srednje veličine mogu zadržati sferni oblik stečen tijekom formiranja planeta.

Znanstvenici vjeruju da se u ovom pojasu nalazi nekoliko stotina tisuća asteroida, au svemiru bi ih moglo biti na milijune.

Asteroidi variraju u veličini od 6 m do 1000 km u promjeru. (Iako se 6 m čini puno u usporedbi s 1000 km, čak će i mali asteroid imati jak učinak ako udari .)

Male promjene u orbiti ponekad uzrokuju međusobno sudaranje asteroida, što rezultira malim komadićima koji se odlamaju od njih.

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

Asteroidi: "Kao zvijezde"

Tako se naziv ovih nebeskih tijela prevodi s grčkog, iako nemaju nikakve veze s asteroidima.

Dakle, asteroidni pojas nije ostatak planeta, već planeta koji se nikada nije "uspio" formirati zbog utjecaja Jupitera i drugih divovskih planeta.

prijetnja iz orbite

Ogroman broj asteroida i velikih meteoroida kreće se Sunčevim sustavom.

Većina ih je koncentrirana između orbita Marsa i Jupitera, ali s vremena na vrijeme neki od tih svemirskih objekata promijene svoje uobičajene orbite zbog sudara ili gravitacijskih poremećaja i završe blizu Zemlje.

To se rjeđe događa s kometima, ali asteroidi predstavljaju stvarnu opasnost, pa astronomi pomno prate njihovo kretanje.

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

Mali asteroid promjera 20-30 m, koji se kreće brzinom od 20 km/s, pri padu na Zemlju oslobađa onoliko energije koliko i nuklearni naboj kapaciteta megatona u TNT ekvivalentu.

Asteroidi ove veličine mogu uzrokovati ogromnu štetu, ali ne prijete planetu globalnom katastrofom. Stoga je pozornost "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 udaljenost od 29 tisuća km.

U isto vrijeme, postoji otprilike jedna prema stotinu šansi da dođe do sudara asteroida s našim planetom, pa se već sada sva kretanja Apophisa u orbiti pažljivo prate i razvijaju se planovi za njegovo uništenje ako vjerojatnost sudara postane manja. stvarno visoko.

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

Asteroidi u Kuiperovom pojasu

Počevši od 1992. godine, astronomi su počeli otkrivati ​​sve više i više asteroida u Kuiperovom pojasu - danas ih ima više od tisuću. Po sastavu se razlikuju od onih koji tvore pojas između Marsa i Jupitera.

U glavnom asteroidnom pojasu razlikuju se tri skupine 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 među asteroidima "obitelji" - skupine malih asteroida sa sličnim orbitama, nastale tijekom sudara većih asteroida s drugim objektima. Tri od njih često se približavaju Zemljinoj orbiti - to je obitelj Kupida, Apolona i Atona.

U astronomiji, asteroid je malo nebesko tijelo koje rotira u neovisnoj eliptičnoj orbiti oko Sunca. Kemijski sastav asteroida je raznolik. Većina ovih nebeskih tijela su ugljični objekti. Međutim, u Sunčevom sustavu postoji i značajan broj asteroida od silicija i metala.

asteroidni pojas

U Sunčevom sustavu, između orbita planeta Marsa i Jupitera, nalazi se ogroman broj asteroida različitih veličina i oblika. Ova skupina nebeskih tijela naziva se asteroidni pojas. Ovdje se nalaze najveći asteroidi našeg sustava: Vesta, Ceres, Hygiea i Pallas. Vrijedno je napomenuti da je povijest promatranja i proučavanja asteroida započela otkrićem Ceresa.

Najveći asteroidi

Vesta

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

Ceres

Ceres, nazvanu po starorimskoj božici plodnosti, otkrio je 1801. Giuseppe Piazzi. U početku su znanstvenici vjerovali da su otkrili još jedan planet, ali su kasnije otkrili da je Ceres asteroid. Promjer ovog nebeskog tijela je 960 km, što ga čini najvećim asteroidom u pojasu.

Hygiea

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

Pallas

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

Opasnost od sudara sa zemljom

Imajte na umu da je u prošlosti naš planet pretrpio udar 6 asteroida, promjera najmanje 10 km. O tome svjedoče ogromni krateri na površini Zemlje u raznim zemljama. Najstariji krater star je 2 milijarde godina, a najmlađi 50 tisuća godina. Dakle, potencijalna opasnost od sudara asteroida sa Zemljom uvijek postoji.

Znanstvenici strahuju da bi se nešto slično moglo dogoditi 2029. godine, kada će divovski asteroid Apophis, nazvan po staroegipatskom bogu uništenja, proći blizu našeg planeta. No, vrijeme će pokazati hoće li se asteroid sudariti sa Zemljom ili će je sigurno proći.

Nathan Eismont,
Kandidat fizičkih i matematičkih znanosti, vodeći istraživač (Institut za svemirska istraživanja Ruske akademije znanosti)
Anton Ledkov,
Istraživač (Institut za svemirska istraživanja RAS)
"Znanost i život" br. 1, 2015., br. 2, 2015.

Sunčev sustav obično se doživljava kao prazan prostor u kojem kruži osam planeta, neki sa svojim satelitima. Netko će se sjetiti nekoliko malih planeta, kojima je nedavno pripisan Pluton, o asteroidnom pojasu, o meteoritima koji ponekad padnu na Zemlju i o kometima koji povremeno ukrase nebo. Ova ideja je sasvim točna: niti jedna od mnogih svemirskih letjelica nije pretrpjela sudar s asteroidom ili kometom - svemir je prilično prostran.

Ipak, ogroman volumen Sunčevog sustava ne sadrži stotine tisuća i ne desetke milijuna, već kvadrilijune (jedinice s petnaest nula) kozmičkih tijela različitih veličina i masa. Svi se oni kreću i međusobno djeluju u skladu sa zakonima fizike i nebeske mehanike. Neki od njih nastali su u vrlo ranom razdoblju Svemira i sastoje se od njegove pramaterije, 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 za astrofizičare.

Povijest otkrića asteroida

Prvi asteroid otkrio je 1801. Giuseppe Piasi, direktor zvjezdarnice u Palermu (Sicilija). Nazvao ga je Ceres i isprva ga smatrao malim planetom. Izraz "asteroid", preveden sa starogrčkog - "sličan zvijezdi", predložio je astronom William Herschel (vidi "Znanost i život" br. 7, 2012., članak "Priča o glazbeniku Williamu Herschelu, koji je udvostručio Prostor"). Ceres i slični objekti (Pallas, Juno i Vesta) otkriveni u sljedećih šest godina viđeni su kao točke, a ne kao diskovi u slučaju planeta; u isto vrijeme, za razliku od fiksnih zvijezda, kretale su se poput planeta. Treba napomenuti da su promatranja koja su dovela do otkrića ovih asteroida provedena namjerno u pokušaju pronalaska "nestalog" planeta. Činjenica je da su se već otkriveni planeti nalazili u orbitama udaljenim od Sunca na udaljenostima koje odgovaraju Bodeovom zakonu. U skladu s njim, između Marsa i Jupitera trebao je postojati planet. Kao što znate, nijedan planet nije pronađen u takvoj orbiti, ali asteroidni pojas, nazvan glavni, kasnije je otkriven otprilike na ovom području. Osim toga, Bodeov zakon, kako se pokazalo, nema nikakvog fizičkog opravdanja i sada se smatra jednostavno nekom vrstom slučajne kombinacije brojeva. Štoviše, otkriveni kasnije (1848.) Neptun je bio u orbiti koja nije bila u skladu s njim.

Nakon otkrića četiri spomenuta asteroida, daljnja osmogodišnja promatranja nisu dovela do uspjeha. Zaustavljeni su zbog Napoleonovih ratova u kojima je izgorio grad Lilienthal kod Bremena u kojem su se održavali sastanci astronoma - lovaca na asteroide. Promatranja su nastavljena 1830., ali uspjeh je došao tek 1845. otkrićem asteroida Astrea. Od tog vremena, asteroidi su otkrivani s učestalošću najmanje jednom godišnje. Većina njih pripada glavnom asteroidnom pojasu, između Marsa i Jupitera. Do 1868. već je bilo stotinjak otkrivenih asteroida, do 1981. - 10.000, a do 2000. - više od 100.000.

Kemijski sastav, oblik, veličina i orbite asteroida

Ako se asteroidi klasificiraju prema udaljenosti od Sunca, onda u prvu skupinu spadaju vulkanoidi – neka vrsta hipotetskog pojasa malih planeta između Sunca i Merkura. Niti jedan objekt iz ovog pojasa još nije otkriven, a iako se na površini Merkura uočavaju brojni udarni krateri nastali padom asteroida, to ne može poslužiti kao dokaz postojanja ovog pojasa. Prethodno se tamošnjom prisutnošću asteroida pokušavalo objasniti anomalije u kretanju Merkura, no onda su one objašnjene na temelju relativističkih učinaka. Dakle, konačni odgovor na pitanje o mogućoj prisutnosti vulkanoida još nije dobiven. Zatim slijede asteroidi bliski Zemlji koji pripadaju četirima skupinama.

Glavni asteroidni pojas 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. Ravnine njihovih orbita su blizu ekliptike, njihov nagib prema ekliptici uglavnom je do 20 stupnjeva, dosežući do 35 stupnjeva za neke, ekscentricitet - od nula do 0,35. Očito, prvi su otkriveni najveći i najsjajniji asteroidi: prosječni promjeri Ceresa, Palasa i Veste su 952, 544 odnosno 525 kilometara. Što su asteroidi manji, to ih je više: samo 140 od ​​100 000 asteroida glavnog pojasa ima prosječni promjer veći od 120 kilometara. Ukupna masa svih njegovih asteroida relativno je mala i čini samo oko 4% mase Mjeseca. Najveći asteroid - Ceres - ima masu od 946·10 15 tona. Sama vrijednost se čini vrlo velikom, ali ona iznosi samo 1,3% mase Mjeseca (735 10 17 tona). Kao prva aproksimacija, veličina asteroida može se odrediti prema njegovom sjaju i njegovoj udaljenosti od Sunca. Ali također moramo uzeti u obzir reflektivne karakteristike asteroida - njegov albedo. Ako je površina asteroida tamna, on slabije svijetli. Upravo iz tih razloga na popisu od deset asteroida, koji su na slici poredani po redoslijedu njihova otkrića, treći najveći asteroid Hygiea nalazi se na zadnjem mjestu.

Crteži koji ilustriraju glavni asteroidni pojas obično pokazuju mnoge gromade koje se kreću prilično blizu. Zapravo, slika je jako daleko od realnosti, jer je, općenito govoreći, mala ukupna masa remena raspoređena na njegov veliki volumen, tako da je taj prostor prilično prazan. Sve svemirske letjelice koje su do danas 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 s planetima više ne izgledaju tako malo vjerojatni, 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. Asteroid se kreće oko Sunca u orbiti Jupitera, ispred njega u prosjeku za 60 stupnjeva. Nadalje, otkrivena je čitava skupina 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. Osim asteroida koji predvode Jupiter, postoji skupina asteroida koji zaostaju za njim otprilike pod istim kutom; nazvani su Trojanci po braniteljima Troje. Trenutno se asteroidi obje skupine nazivaju Trojanci, a kreću se u blizini Lagrangeovih točaka L 4 i L 5 , točaka stabilnog gibanja u problemu triju tijela. Nebeska tijela koja su pala u njihovu blizinu čine oscilatorno kretanje bez odlaska predaleko. Iz razloga koji još nisu objašnjeni, ispred Jupitera je oko 40% više asteroida nego što zaostaju. To su potvrdila nedavna mjerenja američkog satelita NEOWISE pomoću teleskopa od 40 cm opremljenog detektorima koji rade u infracrvenom području. Mjerenja u infracrvenom području značajno proširuju mogućnosti proučavanja asteroida u usporedbi s onima koji daju vidljivu svjetlost. O njihovoj učinkovitosti može se suditi prema broju asteroida i kometa u Sunčevom sustavu koji su katalogizirani pomoću NEOWISE-a. Ima ih više od 158.000, a misija aparata se nastavlja. Zanimljivo je da se Trojanci značajno razlikuju od većine asteroida glavnog pojasa. Imaju mat površinu, crvenkasto-smeđu boju i pripadaju uglavnom tzv. D-klasi. To su asteroidi s vrlo niskim albedom, odnosno sa slabo reflektirajućom površinom. Slični njima mogu se naći samo u vanjskim predjelima glavnog pojasa.

Nije samo Jupiter taj koji ima Trojance; drugi planeti Sunčevog sustava, uključujući Zemlju (ali ne Veneru i Merkur), također prate Trojance, grupirajući se u blizini njihovih Lagrangeovih točaka L 4 , L 5 . Trojanski asteroid Zemlje 2010 TK7 otkriven je uz pomoć teleskopa NEOWISE nedavno - 2010. godine. Kreće se ispred Zemlje, dok je amplituda njegovih oscilacija u blizini točke L 4 vrlo velika: asteroid doseže točku nasuprot Zemlji u gibanju oko Sunca, i neobično daleko izvan ravnine ekliptike.

Tako velika amplituda oscilacija dovodi do njegovog mogućeg približavanja Zemlji do 20 milijuna kilometara. No, sudar sa Zemljom, barem u sljedećih 20 tisuća godina, potpuno je isključen. Gibanje zemaljskog Trojana uvelike se razlikuje od gibanja Jupiterovih Trojanaca, koji ne napuštaju svoje Lagrangeove točke za tako značajne kutne udaljenosti. Ovakva priroda gibanja otežava svemirskim letjelicama da dođu do njega, jer zbog značajnog nagiba orbite Trojana u odnosu na ravninu ekliptike, dolazak do asteroida sa Zemlje i slijetanje na njega zahtijeva preveliku karakterističnu brzinu i, posljedično, , velika potrošnja goriva.

Kuiperov pojas leži izvan orbite Neptuna i proteže se do 120 AJ. od sunca. Blizu je ravnine ekliptike, naseljeno ogromnim brojem objekata koji uključuju vodeni led i smrznute plinove, a služi kao izvor takozvanih kratkoperiodičnih kometa. Prvi objekt s ovih prostora otkriven je 1992. godine, a do danas ih je otkriveno više od 1300. Budući da se nebeska tijela Kuiperovog pojasa nalaze vrlo daleko od Sunca, teško je odrediti njihovu veličinu. To se radi na temelju mjerenja svjetline svjetlosti koju reflektiraju, a točnost izračuna ovisi o tome koliko dobro poznajemo vrijednost njihovog albeda. Mjerenja u infracrvenom području mnogo su pouzdanija, jer daju razine vlastitog zračenja objekata. Takve je podatke dobio svemirski teleskop Spitzer za najveće objekte Kuiperovog pojasa.

Jedan od najzanimljivijih predmeta pojasa je Haumea, nazvana po havajskoj božici plodnosti i rađanja; dio je obitelji nastale kao rezultat sudara. Čini se da se ovaj objekt sudario s drugim upola manjim. Udarac je prouzročio raspršivanje velikih komada leda i uzrokovao rotaciju Haumee s periodom od oko četiri sata. Tako brza vrtnja dala mu je oblik američke nogometne lopte ili dinje. Haumea 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 desetaka objekata ovog pojasa (nazivaju se kentauri, jer se, ovisno o udaljenosti od Sunca, manifestiraju ili kao asteroidi ili kao kometi), vjerojatno je nastalo u područjima bližim Suncu, a zatim je gravitacijski utjecaj Urana i Neptun ih je prebacio u visoke eliptične orbite s afelima do 200 AJ i velike sklonosti. Formirali su disk debljine 10 AJ, ali stvarni vanjski rub Kuiperovog pojasa još nije utvrđen. Nedavno su Pluton i Haron smatrani jedinim primjerima najvećih objekata ledenih svjetova u vanjskom dijelu Sunčevog sustava. Ali 2005. godine otkriveno je još jedno planetarno tijelo - Eris (nazvano po grčkoj božici nesloge), čiji je promjer nešto manji od promjera Plutona (u početku se pretpostavljalo da je 10% veći). Eris se kreće po orbiti s perihelom od 38 AJ. i afel 98 a.u. Ona ima mali satelit - Dysnomia (Dysnomia). Isprva se planiralo da se Eris smatra desetim (nakon Plutona) planetom u Sunčevom sustavu, no onda je Međunarodna astronomska unija isključila Pluton s popisa planeta, formirajući novu klasu nazvanu patuljasti planeti, koja uključuje Pluton, Eris i Ceres. Pretpostavlja se da se u Kuiperovom pojasu nalaze stotine tisuća ledenih tijela promjera 100 kilometara i najmanje trilijun kometa. Međutim, ti su objekti uglavnom relativno mali—10-50 kilometara u promjeru—i nisu jako svijetli. Razdoblje njihove revolucije oko Sunca je stotinama godina, što uvelike komplicira njihovu detekciju. 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 kolovozu 2006. objavljeno je da su pomrčine malih objekata pronađene u arhivi rendgenskih podataka neutronske zvijezde Scorpius X-1. To je dalo temelje za tvrdnju da je broj objekata Kuiperovog pojasa veličine oko 100 metara ili više otprilike kvadrilijun (10 15). U početku, u ranijim fazama evolucije Sunčevog sustava, 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 Oortov oblak koji se nalazi još dalje od Sunca, mnogo manji od mase Mjeseca. Kao što pokazuju računalne simulacije, gotovo sva masa primordijalnog diska iznad 70 AJ. izgubljen je zbog sudara uzrokovanih Neptunom, koji su doveli do usitnjavanja objekata 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 izvornom obliku od nastanka Sunčevog sustava.

Oortov oblak sadrži najudaljenije objekte Sunčevog sustava. To je sferično područje koje se proteže na udaljenosti od 5000 do 100 000 AJ. od Sunca i smatra se izvorom dugoperiodičnih kometa koji dosežu unutarnje područje Sunčevog sustava. Sam oblak instrumentalno je promatran tek 2003. godine. U ožujku 2004. tim astronoma objavio je otkriće objekta nalik planetu koji kruži oko Sunca na rekordnoj udaljenosti, što znači da ima jedinstveno nisku temperaturu.

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

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

Trenutno se gornja klasifikacija sve više proširuje i detaljizira, uključujući nove skupine. Do 2002. njihov se broj povećao na 24. Primjer nove skupine je M-klasa većinom 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 kemijski 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 Zemlje. Prilično zanimljiva metoda za određivanje veličine asteroida je promatranje okultacija zvijezda asteroidima s nekoliko točaka duž putanje na izravnoj točki zvijezda - asteroid na površini Zemlje. Metoda se sastoji u tome da se prema poznatoj putanji asteroida izračunaju točke sjecišta pravca zvijezda-asteroid sa Zemljom, a duž te putanje na nekim udaljenostima od nje, određenim procijenjenom veličinom asteroida , postavljaju se teleskopi koji prate zvijezdu. U nekom trenutku asteroid zakloni zvijezdu, ona nestane za promatrača, a zatim se ponovno pojavi. Iz trajanja vremena zasjenjenja i poznate brzine asteroida određuje se njegov promjer, a uz dovoljan broj promatrača može se dobiti i silueta asteroida. Sada postoji zajednica astronoma amatera koji uspješno provode koordinirana mjerenja.

Letovi svemirskih letjelica prema asteroidima otvaraju neusporedivo više mogućnosti za njihovo proučavanje. Asteroid (951 Gaspra) prvi je put fotografirala svemirska letjelica Galileo 1991. na putu prema Jupiteru, a zatim je 1993. snimila asteroid 243 Ida i njegov satelit Dactyl. Ali to je učinjeno, da tako kažem, usputno.

Prva svemirska letjelica posebno dizajnirana za istraživanje asteroida bila je NEAR Shoemaker, koja je fotografirala asteroid 253 Matilda i potom otišla u orbitu oko 433 Erosa sa slijetanjem na njegovu površinu 2001. godine. Moram reći da slijetanje nije bilo prvotno planirano, ali nakon uspješnog proučavanja ovog asteroida iz orbite njegovog satelita, odlučili su pokušati napraviti meko slijetanje. Iako uređaj nije bio opremljen uređajima za slijetanje i njegov upravljački sustav nije omogućavao takve operacije, naredbe sa Zemlje su uspjele prizemljiti uređaj, a njegovi sustavi su nastavili funkcionirati na površini. Osim toga, prelet Matilde omogućio je ne samo dobivanje niza slika, već i određivanje mase asteroida iz perturbacije putanje aparata.

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

Uz pomoć japanskog aparata Hayabus (u prijevodu "jastreb") u lipnju 2010. bilo je moguće na Zemlju vratiti uzorke tla s površine asteroida 25 143 Itokawa, koji pripada asteroidima blizu Zemlje (Apollos) spektralne klase S (silicij). Na fotografiji asteroida vidi se neravan teren s mnogo gromada i kaldrme, od kojih više od 1000 ima promjer veći od 5 metara, a neke su velike i do 50 metara. Kasnije ćemo se vratiti na ovo obilježje Itokawe.

Svemirska letjelica Rosetta, koju je Europska svemirska agencija lansirala 2004. godine na komet Churyumov-Gerasimenko, uspješno je spustila modul Philae na njegovu jezgru 12. studenog 2014. godine. Usput je letjelica obletjela oko asteroida 2867 Steins 2008. i 21 Lutetia 2010. godine. Uređaj je dobio ime po nazivu kamena (Rosetta), koji su u Egiptu pronašli Napoleonovi vojnici u blizini drevnog grada Rosetta na nilskom otoku Philae, po kojem je lender dobio ime. Na kamenu su uklesani tekstovi na dva jezika: staroegipatskom i starogrčkom, koji su dali ključ za otkrivanje tajni civilizacije starih Egipćana - dešifriranje hijeroglifa. Odabirom povijesnih imena, tvorci projekta istaknuli su svrhu misije - otkriti tajne nastanka i evolucije Sunčevog sustava.

Misija je zanimljiva jer je u trenutku slijetanja modula Philae na površinu jezgre kometa bio daleko od Sunca te samim time bio neaktivan. Kako se približava Suncu, površina jezgre se zagrijava i počinje emisija plinova i prašine. Razvoj svih ovih procesa može se promatrati, nalazeći se u središtu zbivanja.

Vrlo je zanimljiva tekuća misija Zora (Zora), koja se provodi u okviru NASA-inog programa. Uređaj je lansiran 2007., stigao je do asteroida Vesta u srpnju 2011., zatim je prebačen u njegovu satelitsku orbitu i tamo provodio istraživanja do rujna 2012. Trenutno je uređaj na putu prema najvećem asteroidu – Ceresu. Na njemu je električni raketni ionski potisnik. Njegova učinkovitost, određena brzinom isteka radne tekućine (ksenona), gotovo je za red veličine veća od učinkovitosti tradicionalnih kemijskih motora (vidi "Znanost i život" br. 9, 1999., članak "Svemirska električna lokomotiva "). To je omogućilo let 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, uvelike se razlikuju po fizičkim karakteristikama. Ako je Vesta "suhi" asteroid, onda Ceres, prema promatranjima sa zemlje, ima vodu, sezonske polarne kape vodenog leda, pa čak i vrlo tanak sloj atmosfere.

Kinezi su također pridonijeli istraživanju asteroida slanjem svoje letjelice Chang'e na asteroid 4179 Tautatis. Napravio je niz fotografija njegove površine, dok je minimalna udaljenost leta bila samo 3,2 kilometra; no najbolji je snimak snimljen na udaljenosti od 47 kilometara. Na slikama se vidi da je asteroid nepravilnog izduženog oblika - duljine 4,6 kilometara i promjera 2,1 kilometar. Masa asteroida je 50 milijardi tona, njegova vrlo zanimljiva karakteristika je vrlo neujednačena gustoća. Jedan dio volumena asteroida ima gustoću od 1,95 g/cm 3 , a drugi 2,25 g/cm 3 . U tom smislu, sugerirano je da je Tautatis nastao kao rezultat spajanja dvaju asteroida.

Što se tiče misija asteroida u bliskoj budućnosti, moglo bi se započeti s Japanskom aerosvemirskom agencijom, koja planira nastaviti svoj istraživački program lansiranjem svemirske letjelice Hyabus-2 2015. kako bi vratila uzorke tla s asteroida 1999 JU3 na Zemlju 2020. godine. Asteroid pripada spektralnoj klasi C, nalazi se u orbiti koja siječe orbitu Zemlje, njegov afel gotovo doseže orbitu Marsa.

Godinu dana kasnije, odnosno 2016., kreće NASA projekt OSIRIS-Rex, čija je svrha vratiti tlo s površine Zemljinog asteroida 1999 RQ36, nedavno nazvanog Bennu i svrstanog u spektralnu klasu C. To je planirao je da će uređaj doći do asteroida 2018. godine, a 2023. godine na Zemlju će isporučiti 59 grama njegovog kamena.

Nakon što smo nabrojali sve te projekte, nemoguće je ne spomenuti asteroid težak oko 13.000 tona, koji je pao u blizini Čeljabinska 15. veljače 2013., kao da potvrđuje izjavu poznatog američkog stručnjaka za problem asteroida Donalda Yeomansa: “Ako to učinimo ne lete do asteroida, onda lete do nas." Time je naglašena važnost još jednog aspekta proučavanja asteroida - opasnosti od asteroida i rješavanja problema vezanih uz mogućnost sudara asteroida sa Zemljom.

Vrlo neočekivani način proučavanja asteroida predložila je misija Asteroid Redirect ili, kako se naziva, projekt Keck. Njegov koncept razvio je Keck institut za istraživanje svemira u Pasadeni (Kalifornija). William Myron Keck poznati je američki filantrop koji je 1954. godine osnovao američku Zakladu za znanstvena istraživanja. U projektu je kao početni uvjet pretpostavljeno da se zadatak istraživanja asteroida rješava uz sudjelovanje osobe, drugim riječima, misija na asteroid mora imati posadu. Ali u ovom slučaju, trajanje cijelog leta s povratkom na Zemlju neizbježno će biti najmanje nekoliko mjeseci. I što je najneugodnije za ekspediciju s ljudskom posadom, u slučaju nužde to se vrijeme ne može svesti u prihvatljive granice. Stoga je predloženo, umjesto leta do asteroida, učiniti suprotno: pomoću bespilotnih vozila dostaviti asteroid na Zemlju. Ali ne na površinu, kao što se to dogodilo s asteroidom Čeljabinsk, već u orbitu sličnu mjesečevoj, i poslati letjelicu s ljudskom posadom na asteroid koji se približio. Ovaj brod će mu prići, uhvatiti ga, a astronauti će ga proučiti, uzeti uzorke stijena i dostaviti ih na Zemlju. A u slučaju nužde, astronauti će se moći vratiti na Zemlju unutar tjedan dana. Kao glavnog kandidata za ulogu ovako pomaknutog asteroida NASA je već odabrala Zemlji blizak asteroid 2011 MD, koji pripada Kupidima. Promjer mu je od 7 do 15 metara, gustoća 1 g/cm 3 , odnosno može izgledati kao rastresita hrpa šute teška oko 500 tona. Njegova orbita je vrlo blizu orbite Zemlje, nagnuta prema ekliptici za 2,5 stupnjeva, a period iznosi 396,5 dana, što odgovara velikoj poluosi od 1,056 AJ. Zanimljivo je da je asteroid otkriven 22. lipnja 2011. godine, a 27. lipnja proletio je vrlo blizu Zemlje – samo 12.000 kilometara.

Misija hvatanja asteroida u Zemljinu satelitsku orbitu planirana je za rane 2020-e. Svemirska letjelica, dizajnirana da uhvati asteroid i prebaci ga u novu orbitu, bit će opremljena ksenonskim električnim potisnicima. Operacije promjene orbite asteroida uključuju i gravitacijski manevar u blizini Mjeseca. Bit ovog manevra je upravljanje kretanjem uz pomoć električnih raketnih motora, koji će osigurati prolazak blizine Mjeseca. U isto vrijeme, zbog utjecaja njegovog gravitacijskog polja, brzina asteroida se mijenja od početne hiperboličke (odnosno koja dovodi do odlaska iz Zemljinog gravitacijskog polja) u brzinu Zemljinog satelita.

Nastanak i evolucija asteroida

Kao što je već spomenuto u odjeljku o povijesti otkrića asteroida, prvi od njih su otkriveni tijekom potrage za hipotetskim planetom, koji je, u skladu s Bodeovim zakonom (sada priznatim kao pogrešan), trebao biti u orbiti između Marsa i Jupiter. Ispostavilo se da se u blizini orbite nikad otkrivenog planeta nalazi asteroidni pojas. To je poslužilo kao osnova za izgradnju hipoteze, prema kojoj je ovaj pojas nastao kao rezultat njegovog uništenja.

Planet je nazvan Phaeton po sinu starogrčkog boga Sunca Heliosa. Izračuni koji simuliraju proces uništenja Phaetona nisu potvrdili ovu hipotezu u svim njezinim varijantama, počevši od toga da je planet rastrgan gravitacijom Jupitera i Marsa do sudara s drugim nebeskim tijelom.

Formiranje i evolucija asteroida može se smatrati samo komponentom procesa nastanka Sunčevog sustava kao cjeline. Trenutačno općeprihvaćena teorija sugerira da je Sunčev sustav nastao iz primordijalne akumulacije plina i prašine. Iz klastera je nastao disk čije su nehomogenosti dovele do nastanka planeta i malih tijela Sunčevog sustava. Ovu hipotezu podupiru moderna astronomska promatranja, koja omogućuju otkrivanje razvoja planetarnih sustava mladih zvijezda u njihovim ranim fazama. To potvrđuje i računalno modeliranje, konstruirajući slike koje su iznenađujuće slične slikama planetarnih sustava u određenim fazama njihova razvoja.

U početnoj fazi nastanka planeta nastali su takozvani planetezimali - "embriji" planeta, na koje se tada pod utjecajem gravitacije lijepila prašina. Kao primjer takve početne faze formiranja planeta ističe se asteroid Lutetia. Ovaj prilično veliki asteroid, koji doseže 130 kilometara u promjeru, sastoji se od čvrstog dijela i debelog (do jednog kilometra) sloja prašine koji se lijepi, kao i stijena razbacanih po površini. Kako se masa protoplaneta povećavala, tako se povećavala sila privlačenja i, kao rezultat toga, sila kompresije nebeskog tijela u nastajanju. Došlo je do zagrijavanja tvari i njenog taljenja, što je dovelo do raslojavanja protoplaneta prema gustoći materijala, te prijelaza tijela u sferni oblik. Većina istraživača sklona je hipotezi da je tijekom početnih faza evolucije Sunčevog sustava nastalo mnogo više protoplaneta nego danas promatranih planeta i malih nebeskih tijela. Tada su formirani plinoviti divovi - Jupiter i Saturn - migrirali u sustav, bliže Suncu. To je unijelo značajan poremećaj u kretanje novonastalih tijela Sunčevog sustava i uzrokovalo razvoj procesa nazvanog razdobljem teškog bombardiranja. Kao rezultat rezonantnih utjecaja uglavnom Jupitera, dio nastalih nebeskih tijela je izbačen na rubove sustava, a dio je bačen na Sunce. Taj se proces odvijao od prije 4,1 do 3,8 milijardi godina. Tragovi razdoblja, koje se naziva kasnom fazom teškog bombardiranja, ostali su u obliku mnogih udarnih kratera na Mjesecu i Merkuru. Ista se stvar dogodila s 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 razdvojila tijekom sudara, kao i objekti koji nisu imali vremena postati 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 provela svemirska letjelica Rosetta, uključujući snimanje tijekom bliskog preleta u srpnju 2010. godine.

Dakle, Jupiter igra značajnu ulogu u evoluciji glavnog asteroidnog pojasa. Zbog njegovog gravitacijskog utjecaja dobili smo trenutno promatranu sliku rasporeda asteroida unutar glavnog pojasa. Što se tiče Kuiperovog pojasa, utjecaj Neptuna dodaje se ulozi Jupitera, što dovodi do izbacivanja nebeskih tijela u ovo udaljeno područje Sunčevog sustava. Pretpostavlja se da se utjecaj divovskih planeta proteže na još udaljeniji Oortov oblak, koji je, međutim, formiran bliže Suncu nego što je sada. U ranim fazama evolucije približavanja divovskim planetima, primordijalni objekti (planetezimali) u svom prirodnom kretanju izvodili su ono što nazivamo gravitacijskim manevrima, popunjavajući prostor koji se pripisuje Oortovom oblaku. Budući da su na tako velikim udaljenostima od Sunca, oni su također podložni utjecaju zvijezda naše galaksije - Mliječnog puta, što dovodi do njihovog kaotičnog prijelaza na povratnu putanju u blisko područje cirkumsolarnog prostora. Ove planetezimale promatramo kao komete dugog perioda. Kao primjer može se navesti najsjajniji komet 20. stoljeća - komet Hale-Bopp, otkriven 23. srpnja 1995. godine, a dosegao je 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 kometa

Brojni krateri na površini Mjeseca, Merkura i drugih tijela Sunčevog sustava često se spominju kao ilustracija stupnja opasnosti od asteroida i kometa za Zemlju. Ali takva referenca nije sasvim točna, budući da je velika većina ovih kratera nastala tijekom "razdoblja žestokog bombardiranja". Ipak, uz pomoć suvremenih tehnologija, uključujući analizu satelitskih snimaka, moguće je detektirati tragove sudara s asteroidima na Zemljinoj površini, koji pripadaju mnogo kasnijim razdobljima evolucije Sunčevog sustava. Najveći i najstariji poznati krater, Vredefort, nalazi se u Južnoj Africi. Promjer mu je oko 250 kilometara, starost mu se procjenjuje na dvije milijarde godina.

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

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

Njegov pad nije doveo do žrtava, razaranje je bilo primjetno, ali ne i katastrofalno: staklo je razbijeno na prilično velikoj površini, srušio se krov tvornice cinka u Čeljabinsku, oko 1500 ljudi ozlijeđeno je krhotinama 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. Čeljabinski asteroid postao je najdetaljniji događaj ove veličine nakon eksplozije Tunguskog meteorita 17. (30.) lipnja 1908. godine. Prema modernim procjenama, pad nebeskih tijela, poput Čeljabinska, diljem svijeta događa se otprilike jednom u 100 godina. Što se tiče Tunguskog događaja, kada su drveća spaljena i oborena na području promjera 50 kilometara kao posljedica eksplozije na visini od 18 kilometara s energijom od 10-15 megatona TNT-a, takve se katastrofe događaju otprilike jednom svakih 300 godina. Međutim, postoje slučajevi kada su manja tijela, sudarajući se sa Zemljom češće od spomenutih, uzrokovala zamjetnu štetu. Primjer je asteroid od četiri metra koji je pao u Sikhote-Alin sjeveroistočno od Vladivostoka 12. veljače 1947. godine. Iako je asteroid bio malen, bio je sastavljen gotovo u potpunosti od željeza i pokazalo se da su najveći željezni meteoriti ikad opaženi na površini Zemlje. Na visini od 5 kilometara eksplodirao je, a bljesak je bio svjetliji od Sunca. Područje epicentra eksplozije (njegova projekcija na zemljinu površinu) bilo je nenaseljeno, ali je na području promjera 2 kilometra oštećena šuma i formirano je više od stotinu kratera promjera do 26 metara. . Kad bi takav objekt pao na veliki grad, poginule bi stotine, pa čak i tisuće ljudi.

U isto vrijeme, sasvim je očito da je vjerojatnost smrti određene osobe kao posljedica pada asteroida vrlo niska. To ne isključuje mogućnost da će stotine godina proći bez značajnih žrtava, a onda će pad velikog asteroida dovesti do smrti milijuna ljudi. U tablici. Slika 1 prikazuje vjerojatnosti udara asteroida u korelaciji sa stopom smrtnosti od drugih događaja.

Nije poznato kada će se dogoditi sljedeći udar asteroida, usporediv ili ozbiljniji po svojim posljedicama kao događaj u Čeljabinsku. Može pasti za 20 godina, i za nekoliko stoljeća, ali može i sutra. Dobiti rano upozorenje o događaju poput događaja u Čeljabinsku nije samo poželjno - potrebno je učinkovito odvratiti potencijalno opasne objekte veće od, recimo, 50 metara. Što se tiče sudara manjih asteroida sa Zemljom, ti se događaji događaju češće nego što mislimo: otprilike jednom svaka dva tjedna. To je ilustrirano gornjom kartom pada asteroida veličine metar ili više u posljednjih dvadeset godina, koju je pripremila NASA.

Metode za skretanje potencijalno opasnih objekata blizu Zemlje

Otkriće 2004. godine asteroida Apophis, čija se vjerojatnost sudara sa Zemljom 2036. godine tada smatrala prilično velikom, dovelo je do značajnog porasta interesa za problem obrane od asteroida i kometa. Pokrenut je rad na otkrivanju i katalogiziranju opasnih nebeskih objekata, a pokrenuti su i istraživački programi za rješavanje problema sprječavanja njihovih sudara sa Zemljom. Zbog toga je broj pronađenih asteroida i kometa dramatično porastao, tako da ih je dosad otkriveno više nego što se znalo prije početka rada na programu. Predložene su i različite metode za skretanje asteroida s putanje sudara sa Zemljom, uključujući prilično egzotične. Na primjer, premazivanje površina opasnih asteroida bojom koja će promijeniti njihove reflektirajuće karakteristike, što će dovesti do potrebnog otklona putanje asteroida zbog pritiska sunčeve svjetlosti. Nastavljeno je istraživanje načina za promjenu putanje opasnih objekata sudaranjem svemirskih letjelica s njima. Potonje metode izgledaju prilično obećavajuće i ne zahtijevaju korištenje tehnologija koje nadilaze mogućnosti suvremene raketne i svemirske tehnologije. Međutim, njihova je učinkovitost ograničena masom letjelice za samonavođenje. Za najsnažniji ruski nosač Proton-M ne može premašiti 5-6 tona.

Procijenimo promjenu brzine, na primjer, Apophisa, čija je masa oko 40 milijuna 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 udarac izvrši mnogo prije očekivanog sudara, moguće je stvoriti traženi otklon, ali to će "dugo vrijeme" trajati mnogo desetljeća. Trenutačno je nemoguće s prihvatljivom točnošću predvidjeti dosadašnju putanju asteroida, posebice ako se uzme u obzir da postoji nesigurnost u poznavanju parametara dinamike udara i, posljedično, u procjeni očekivane promjene vektora brzine asteroida. Dakle, da bi se opasni asteroid odvratio od sudara sa Zemljom, potrebno je pronaći priliku da se na njega usmjeri masivniji projektil. Kao takav, možemo ponuditi još jedan asteroid čija masa znatno premašuje masu letjelice, recimo 1500 tona. Ali za kontrolu kretanja takvog asteroida bilo bi potrebno previše goriva da bi se ideja provela u praksi. Stoga je za potrebnu promjenu putanje asteroidnog projektila predloženo korištenje tzv. gravitacijskog manevra, koji sam po sebi ne zahtijeva nikakvu potrošnju goriva.

Pod gravitacijskim manevrom podrazumijeva se let svemirskog objekta (u našem slučaju asteroidnog projektila) prilično masivnog tijela - Zemlje, Venere, drugih planeta Sunčevog sustava, kao i njihovih satelita. Smisao manevra leži u takvom izboru parametara putanje u odnosu na tijelo koje leti (visina, početni položaj i vektor brzine), koji će omogućiti, zbog svog gravitacijskog utjecaja, promjenu orbite objekta (u naš slučaj, asteroid) oko Sunca tako da će biti na putanji sudara. Drugim riječima, umjesto da upravljanom objektu uz pomoć raketnog motora prenosimo impuls brzine, mi taj impuls primamo zbog privlačnosti planeta ili, kako se još naziva, efekta praćke. Štoviše, veličina impulsa može biti značajna - 5 km / s ili više. Za njegovu izradu sa standardnim raketnim motorom potrebno je potrošiti količinu goriva koja je 3,5 puta veća od mase aparata. A za metodu gravitacijskog manevra gorivo je potrebno samo za dovođenje uređaja na izračunatu putanju manevra, što smanjuje njegovu potrošnju za dva reda veličine. Treba napomenuti da ova metoda promjene orbite svemirskih letjelica nije nova: predložio ju je početkom tridesetih godina prošlog stoljeća pionir sovjetske raketne tehnologije F.A. Zander. Trenutno se ova tehnika naširoko koristi u praksi svemirskih letova. Dovoljno je još jednom spomenuti, primjerice, europsku letjelicu Rosettu: u desetogodišnjoj misiji 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 kružile oko Halleyeva kometa - na putu do njega izvodile su gravitacijske manevre koristeći gravitacijsko polje Venere. Kako bi stigla do Plutona 2015., NASA-ina letjelica New Horizons koristila je manevar u Jupiterovu polju. Ovim primjerima popis misija koje koriste gravitacijsku pomoć daleko je od iscrpnog.

Zaposlenici Instituta za svemirska istraživanja Ruske akademije znanosti na međunarodnoj konferenciji o problem opasnosti od asteroida, organiziran na Malti 2009. Sljedeće godine pojavila se publikacija u časopisu koja je ocrtala ovaj koncept i opravdala ga.

Kako bi se potvrdila izvedivost koncepta, kao primjer opasnog nebeskog objekta odabran je asteroid Apophis.

U početku su prihvatili uvjet da se opasnost od asteroida utvrdi otprilike deset godina prije njegovog navodnog sudara sa Zemljom. U skladu s tim, izgrađen je scenarij odstupanja asteroida od putanje koja prolazi kroz njega. Prije svega, s popisa asteroida blizu Zemlje čije su putanje poznate, odabran je jedan koji će biti prebačen u blizinu Zemlje u orbitu pogodnu za izvođenje gravitacijskog manevra koji osigurava da asteroid udari u Apophis najkasnije do 2035. Kao kriterij odabira uzeli smo veličinu impulsa brzine koji se mora priopćiti asteroidu da bi se prenio na takvu putanju. Maksimalno dopušteni impuls bio je 20 m/s. Zatim je provedena numerička analiza mogućih operacija za vođenje asteroida do Apophisa u skladu sa sljedećim scenarijem leta.

Nakon lansiranja glavne jedinice lansirne rakete Proton-M u nisku Zemljinu orbitu uz pomoć gornjeg stupnja Breeze-M, svemirska letjelica se prebacuje na putanju leta do asteroida projektila s naknadnim slijetanjem na njegovu površinu. Uređaj je fiksiran na površini i kreće se zajedno s asteroidom do točke gdje uključuje motor, dajući impuls asteroidu, prenoseći ga na izračunatu putanju gravitacijskog manevra - leteći oko Zemlje. U procesu gibanja poduzimaju se potrebna mjerenja kako bi se odredili parametri gibanja ciljanog asteroida i asteroida projektila. Na temelju rezultata mjerenja izračunava se i korigira putanja projektila. Uz pomoć pogonskog sustava aparata, asteroidu se daju impulsi brzine koji ispravljaju pogreške u parametrima putanje kretanja prema cilju. Iste operacije izvode se na putanji leta svemirske letjelice prema asteroidu projektila. Ključni parametar u razvoju i optimiziranju scenarija je impuls brzine koji se mora prenijeti na projektil asteroid. Za kandidate za ovu ulogu određuju se datumi poruke impulsa, dolaska asteroida na Zemlju i sudara s opasnim objektom. Ovi parametri su odabrani na takav način da je zamah dodijeljen projektilnom asteroidu minimalan. U procesu istraživanja analiziran je cijeli popis asteroida kao kandidata, čiji su orbitalni parametri trenutno poznati - ima ih oko 11.000.

Kao rezultat izračuna pronađeno je pet asteroida, čije su karakteristike, uključujući veličine, dane u tablici. 2. Pogodili su ga asteroidi, čije dimenzije znatno premašuju vrijednosti koje odgovaraju najvećoj dopuštenoj masi: 1500–2000 tona. S tim u vezi, moraju se dati dvije napomene. Prvo, za analizu je korišten daleko nepotpuni popis asteroida blizu Zemlje (11 000), dok ih, prema suvremenim procjenama, ima najmanje 100 000. gromade na njezinoj površini čija se masa uklapa u naznačene granice (možemo se prisjetiti asteroida Itokawa). Napominjemo da je upravo takav pristup ocijenjen kao realan u američkom projektu isporuke malog asteroida u Mjesečevu orbitu. Iz tablice. 2 vidljivo je da je najmanji impuls brzine - samo 2,38 m/s - potreban ako se asteroid 2006 XV4 koristi kao projektil. Istina, on sam je prevelik i prelazi procijenjenu granicu od 1500 tona. Ali ako koristite njegov fragment ili gromadu na površini s takvom masom (ako postoji), tada će naznačeni impuls stvoriti standardni raketni motor s brzinom ispušnih plinova od 3200 m / s, trošeći 1,2 tone goriva. Izračuni su pokazali da se na površinu ovog asteroida može spustiti uređaj ukupne mase veće od 4,5 tone, pa dostava goriva neće stvarati probleme. A uporaba elektroraketnog motora smanjit će potrošnju goriva (točnije radne tekućine) na 110 kilograma.

Međutim, treba uzeti u obzir da se podaci navedeni u tablici o potrebnim impulsima brzine odnose na idealan slučaj, kada se tražena promjena vektora brzine ostvaruje apsolutno točno. Zapravo, to nije tako i, kao što je već navedeno, potrebno je imati zalihu radnog fluida za korekcije orbite. Uz do sada postignute točnosti, 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, potrebno je drugačije rješenje. Postoji - to je uporaba električnog raketnog motora, koji omogućuje smanjenje potrošnje radne tekućine za faktor deset za isti korektivni impuls. Osim toga, kako bi se poboljšala točnost navođenja, predlaže se korištenje navigacijskog sustava koji uključuje mali uređaj opremljen primopredajnikom koji se unaprijed postavlja na površinu opasnog asteroida i dva podsatelita koji prate glavni uređaj . Uz pomoć primopredajnika mjeri se udaljenost između uređaja i njihove relativne brzine. Takav sustav omogućuje da asteroid-projektil pogodi cilj s otklonom unutar 50 metara, pod uvjetom da se u posljednjoj fazi približavanja cilju koristi mali kemijski motor s potiskom od nekoliko desetaka kilograma, stvarajući impuls brzine unutar 2 m/s.

Od pitanja koja se postavljaju kada se raspravlja o izvedivosti koncepta korištenja malih asteroida za skretanje opasnih objekata, bitno je pitanje rizika od sudara asteroida sa Zemljom, prenesenog na putanju gravitacijskog manevra oko nje. U tablici. 2 prikazuje udaljenosti asteroida od središta Zemlje u perigeju pri izvođenju gravitacijskog manevra. Za četiri prelaze 15.000 kilometara, a za asteroid 1994 GV iznosi 7427,54 kilometara (prosječni radijus Zemlje je 6371 kilometar). Udaljenosti izgledaju sigurno, ali još uvijek nema jamstva da nema rizika ako je veličina asteroida takva da može dosegnuti površinu Zemlje, a da ne izgori u atmosferi. Kao najveća dopuštena veličina smatra se promjer od 8-10 metara, pod uvjetom da asteroid nije željezni. Radikalan način rješavanja problema je korištenje Marsa ili Venere za manevriranje.

Hvatanje asteroida za istraživanje

Osnovna ideja projekta Asteroid Redirect Mission (ARM) je prebaciti asteroid u drugu orbitu, pogodniju za istraživanje uz izravno sudjelovanje ljudi. Kao takva, predložena je orbita bliska lunarnoj. Kao drugu opciju za promjenu orbite asteroida, IKI RAS je razmatrao metode za kontrolu kretanja asteroida pomoću gravitacijskih manevara u blizini Zemlje, slične onima koji su razvijeni za vođenje malih asteroida do opasnih objekata blizu Zemlje.

Cilj takvih manevara je prebaciti asteroide na orbite koje su rezonantne s orbitalnim gibanjem Zemlje, posebice s omjerom perioda asteroida i Zemlje 1:1. Među asteroidima bliskim Zemlji trinaest ih je koji se mogu prebaciti u rezonantne orbite u navedenom omjeru i na donjoj dopuštenoj granici polumjera perigeja - 6700 kilometara. Za to je dovoljno da bilo koji od njih prijavi impuls brzine koji ne prelazi 20 m/s. Njihov popis prikazan je u tablici. 3, gdje su naznačene veličine impulsa brzine, prenoseći asteroid na putanju gravitacijskog manevra u blizini Zemlje, zbog čega razdoblje njegove orbite postaje jednako zemlji, odnosno jedna godina. Tu su također navedene maksimalne i minimalne brzine koje se mogu postići asteroidom u njegovom heliocentričnom gibanju. Zanimljivo je primijetiti da maksimalne brzine mogu biti vrlo velike, omogućujući manevrom da odbaci asteroid prilično daleko od Sunca. Na primjer, asteroid 2012 VE77 može se poslati u orbitu s afelom na udaljenosti od orbite Saturna, a ostatak - izvan orbite Marsa.

Prednost rezonantnih asteroida je što se svake godine vraćaju u blizinu Zemlje. To omogućuje barem svake godine slanje svemirske letjelice da sleti na asteroid i dostavi uzorke tla na Zemlju, a gotovo da nije potrebno gorivo da se vozilo za spuštanje vrati na Zemlju. U tom smislu, asteroid u rezonantnoj orbiti ima prednosti u odnosu na asteroid u mjesečevoj orbiti, kako je planirano u projektu Keck, budući da zahtijeva primjetnu potrošnju goriva za povratak. Za bespilotne misije to može biti odlučujuće, ali za letove s ljudskom posadom, kada je potrebno osigurati da se uređaj vrati na Zemlju što je brže moguće u hitnim slučajevima (unutar tjedan dana ili čak i ranije), prednost može biti na strani projekt ARM.

S druge strane, godišnji povratak rezonantnih asteroida na Zemlju omogućuje periodične gravitacijske manevre, svaki put mijenjajući njihovu orbitu kako bi se optimizirali uvjeti istraživanja. U tom slučaju orbita mora ostati rezonantna, što je lako izvesti izvođenjem višestrukih gravitacijskih manevara. Koristeći ovaj pristup, moguće je prebaciti asteroid na orbitu identičnu Zemljinoj, ali blago nagnutu prema njezinoj ravnini (prema ekliptici). Tada će se asteroid približavati Zemlji dva puta godišnje. Obitelj orbita proizašla iz niza gravitacijskih manevara uključuje orbitu čija ravnina leži u ekliptici, ali ima vrlo veliki ekscentricitet i, poput asteroida 2012 VE77, doseže orbitu Marsa.

Ako dalje razvijamo tehnologiju gravitacijskih manevara za planete, uključujući konstrukciju rezonantnih orbita, tada se javlja ideja o korištenju Mjeseca. Činjenica je da gravitacijski manevar planeta u svom čistom obliku ne dopušta hvatanje objekta u orbitu satelita, jer se energija njegovog relativnog gibanja ne mijenja dok leti oko planeta. Ako u isto vrijeme leti oko prirodnog satelita planeta (Mjeseca), tada se njegova energija može smanjiti. Problem je što bi redukcija trebala biti dovoljna za prijenos u orbitu satelita, odnosno početna brzina u odnosu na planet trebala bi biti mala. Ako se ovaj uvjet ne ispuni, objekt će zauvijek napustiti blizinu Zemlje. Ali ako odaberete geometriju kombiniranog manevra tako da kao rezultat toga 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 uvjeta rezonancije i koordiniranog preleta Mjeseca.

Očito pojedinačni primjeri koji potvrđuju mogućnost implementacije koncepta upravljanja gibanjem asteroida pomoću gravitacijskih manevara ne jamče rješenje problema opasnosti od asteroida i kometa za bilo koji nebeski objekt koji prijeti sudarom sa Zemljom. Može se dogoditi da u pojedinom slučaju ne postoji odgovarajući asteroid koji bi se na njega mogao usmjeriti. No, kako pokazuju najnoviji rezultati izračuna, provedenih uzimajući u obzir "svježe" katalogizirane asteroide, s maksimalnim dopuštenim impulsom brzine potrebnim za prijenos asteroida u blizinu planeta, jednakim 40 m/s, broj odgovarajućih asteroida je 29, 193 i 72 za Veneru, Zemlju i Mars. Uvršteni su u popis nebeskih tijela čije se kretanje može kontrolirati uz pomoć moderne raketne i svemirske tehnologije. Popis brzo raste, budući da se trenutačno u prosjeku dnevno otkrije dva do pet asteroida. Dakle, u razdoblju od 1. studenog do 21. studenog 2014. godine otkriveno je 58 asteroida blizu Zemlje. Do sada nismo mogli utjecati na kretanje prirodnih nebeskih tijela, ali počinje nova faza u razvoju civilizacije, kada to postaje moguće.

Rječnik za članak

Bodeov zakon(Titius-Bodeovo pravilo, koje je 1766. godine uspostavio njemački matematičar Johann Titius i preformulirao 1772. godine njemački astronom Johann Bode) opisuje udaljenosti između putanja planeta Sunčevog sustava 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 radijus orbite planeta u astronomskim jedinicama. (a. e.).

Ovaj empirijski zakon vrijedi za većinu planeta s točnošću od 3%, ali čini se da nema fizičkog značenja. Postoji, međutim, pretpostavka da je u fazi formiranja Sunčevog sustava, kao rezultat gravitacijskih poremećaja, nastala pravilna prstenasta struktura područja u kojima su se orbite protoplaneta pokazale stabilnima. Kasnije studije Sunčevog sustava pokazale su da Bodeov zakon, općenito govoreći, nije uvijek ispunjen: orbite Neptuna i Plutona, na primjer, mnogo su bliže Suncu nego što on predviđa (vidi tablicu).

(L-točke, ili točke libracije, od lat. Libracija- swinging) - točke u sustavu dva masivna tijela, na primjer, Sunce i planet ili planet i njegov prirodni satelit. Tijelo znatno manje mase - asteroid ili svemirski laboratorij - ostat će u bilo kojoj od Lagrangeovih točaka oscilirajući s malom amplitudom, pod uvjetom da na njega djeluju samo gravitacijske sile.

Lagrangeove točke leže u ravnini orbite oba tijela i označene su indeksima od 1 do 5. Prve tri - kolinearne - leže na ravnoj liniji koja povezuje središta masivnih tijela. Točka L 1 nalazi se između masivnih tijela, L 2 - iza manje masivnih, L 3 - iza masivnijih. Položaj asteroida u tim je točkama najmanje stabilan. Točke L 4 i L 5 - trokutaste, ili trojanske - kruže s obje strane pravca koji povezuje tijela velike mase, pod kutovima od 60o u odnosu na pravac koji ih spaja (npr. Sunce i Zemlja).

Točka L 1 sustava Zemlja-Mjesec pogodno je mjesto za postavljanje orbitalne stanice s ljudskom posadom koja astronautima omogućuje dolazak na Mjesec uz minimalnu potrošnju goriva ili zvjezdarnice za promatranje Sunca koje u ovom trenutku nikada nije zaklonjeno ni Zemlja ili Mjesec.

Točka L 2 sustava Sunce-Zemlja pogodna je za izgradnju svemirskih zvjezdarnica i teleskopa. Objekt u ovoj točki neograničeno zadržava svoju orijentaciju u odnosu na Zemlju i Sunce. U njemu su već smješteni američki laboratoriji Planck, Herschel, WMAP, Gaia i drugi.

U točku L 3, s onu stranu Sunca, pisci znanstvene fantastike više puta su smjestili određeni planet - Protuzemlju, koji je ili stigao iz daleka, ili je nastao istovremeno sa Zemljom. Moderna promatranja to nisu otkrila.

Ekscentričnost(Sl. 1) - broj koji karakterizira oblik krivulje drugog reda (elipse, parabole i hiperbole). Matematički, jednaka je omjeru udaljenosti bilo koje točke krivulje do njezinog fokusa i udaljenosti od te točke do ravne crte, koja se naziva direktrisa. Elipse – orbite asteroida i većine drugih nebeskih tijela – imaju dvije direktrise. Njihove jednadžbe su: x = ±(a/e), gdje je a velika poluos elipse; e - ekscentricitet - konstantna vrijednost za bilo koju krivulju. Ekscentricitet elipse je manji od 1 (za parabolu, e \u003d 1, za hiperbolu, e\u003e 1); kada je e > 0, oblik elipse se približava kružnici, kada je e > 1, elipsa se sve više izdužuje i sabija, degenerirajući se u segment u granici - vlastitoj velikoj osi 2a. Druga, jednostavnija i vizualnija definicija ekscentriciteta elipse je omjer razlike između njezine najveće i najmanje udaljenosti do žarišta i njihovog zbroja, odnosno duljine velike osi elipse. Za orbite oko Sunca, to je omjer razlike u udaljenosti nebeskog tijela od Sunca u afelu i perihelu i njihovog zbroja (velike osi orbite).

sunčan vjetar- stalno strujanje plazme Sunčeve korone, odnosno nabijenih čestica (protona, elektrona, jezgri helija, iona kisika, silicija, željeza, sumpora) u radijalnim smjerovima od Sunca. Zauzima sferni volumen s polumjerom od najmanje 100 AJ. Odnosno, granica volumena određena je jednakošću dinamičkog tlaka Sunčevog vjetra i tlaka međuzvjezdanog plina, magnetskog polja Galaksije i galaktičkih kozmičkih zraka.

Ekliptika(od grčkog. ekleipsis- pomrčina) - veliki krug nebeske sfere, duž kojeg se događa prividno godišnje kretanje Sunca. U stvarnosti, budući da se Zemlja kreće oko Sunca, ekliptika je presjek nebeske sfere ravninom Zemljine orbite. Linija ekliptike prolazi kroz 12 zviježđa zodijaka. Svoj grčki naziv dobio je zbog činjenice da je poznat od davnina: pomrčine Sunca i Mjeseca događaju se kada je Mjesec blizu točke sjecišta svoje orbite s eklipticom.

Asteroidi su nebeska tijela koja su nastala uzajamnim privlačenjem gustog plina i prašine koji kruže oko našeg Sunca u ranoj fazi njegovog nastanka. Neki od tih objekata, poput asteroida, dostigli su dovoljnu masu da formiraju rastaljenu jezgru. U trenutku kada Jupiter dosegne svoju masu, većina planetosimala (budućih protoplaneta) je podijeljena i izbačena iz izvornog asteroidnog pojasa između Marsa i. Tijekom ove epohe dio asteroida nastao je sudarom masivnih tijela pod utjecajem gravitacijskog polja Jupitera.

Klasifikacija orbita

Asteroidi se klasificiraju prema značajkama kao što su vidljivi odbljesci sunčeve svjetlosti i karakteristikama njihovih orbita.

Prema karakteristikama orbita, asteroidi se spajaju u skupine, među kojima se mogu razlikovati obitelji. Skupinom asteroida smatra se određeni broj takvih tijela čije su karakteristike orbite slične, odnosno poluos, ekscentricitet i inklinacija orbite. Obitelj asteroida treba smatrati skupinom asteroida koji se ne kreću samo u bliskim orbitama, već su vjerojatno fragmenti jednog velikog tijela, a nastali su kao rezultat njegovog cijepanja.

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

Kao rezultat formiranja većine skupina asteroida u Sunčevom sustavu njihovo matično tijelo je uništeno, međutim postoje i takve skupine čije je roditeljsko tijelo preživjelo (npr.).

Klasifikacija prema spektru

Spektralna klasifikacija temelji se na spektru elektromagnetskog zračenja, koje je rezultat odbijanja sunčeve svjetlosti od asteroida. Registriranje i obrada ovog spektra omogućuje proučavanje sastava nebeskog tijela i svrstavanje asteroida u jednu od sljedećih klasa:

• Skupina ugljikovih asteroida ili C-skupina. Predstavnici ove skupine sastoje se uglavnom od ugljika, kao i elemenata koji su bili dio protoplanetarnog diska našeg Sunčevog sustava u ranim fazama njegovog formiranja. Vodik i helij, kao i drugi hlapljivi elementi, praktički su odsutni u asteroidima koji sadrže ugljik, ali je moguća prisutnost raznih minerala. Još jedna značajka razlikovanja takvih tijela je njihov nizak albedo - reflektivnost, što zahtijeva korištenje moćnijih alata za promatranje nego u proučavanju asteroida drugih skupina. Više od 75% asteroida u Sunčevom sustavu predstavnici su C-skupine. Najpoznatija tijela ove skupine su Hygiea, Pallas i jednom - Ceres.
• Skupina silicijevih asteroida ili S-skupina. Asteroidi ovog tipa sastoje se uglavnom od željeza, magnezija i nekih drugih kamenih minerala. Zbog toga se silicijevi asteroidi nazivaju i kamenim asteroidima. Takva tijela imaju prilično visok albedo, što vam omogućuje promatranje nekih od njih (na primjer, Irida) jednostavno dalekozorom. Silicijevih asteroida u Sunčevom sustavu čini 17% od ukupnog broja, a najčešći su na udaljenosti do 3 astronomske jedinice od Sunca. Najveći predstavnici S-skupine: Junona, Amfitrita i Herkulina.