Динамическая эволюция кометно-астероидного вещества в Солнечной системе
11.01.2007 18:02 | И. А. Герасимов, Б. Р. Мушаилов

Статья была опубликована в журнале "Земля и Вселенная" N6/2000, с.28. Приводится краткий обзор исследований происхождения и динамической эволюции кометно-астероидного вещества в Солнечной системе. Оценивается вероятность столкновений малых тел с Землей. Выдвигается гипотеза о множественности зон (колец) Койпера. Обсуждается вопрос о существовании скрытой массы в Солнечной системе.

МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

В конце XVIII в. после открытия И. Тициусом (в 1766 г.) так называемого закона планетных расстояний появились определенные основания предполагать, что между орбитами Марса и Юпитера должно существовать еще одно необнаруженное небесное тело. Ведь согласно этому закону, среднее расстояние от Солнца до какой-либо планеты (в то время были известны лишь шесть планет) может быть представлено в виде r_k = 0,4 + 0,3 . 2^k-2, где k - номер планеты при удалении ее от Солнца.
(Для Меркурия результат получается точнее, если принять k → -∞; в настоящее время указанную закономерность принято называть правилом Тициуса-Боде.) Но при этом, для согласования с определяемым из наблюдений расстоянием, приходилось считать Юпитер не пятой, а шестой по счету от Солнца планетой! Несмотря на то, что приведенная закономерность не следовала из каких-либо теоретических соображений, она довольно точно предсказала расстояние до Урана, открытого в 1781 г. Из формулы получалось для него расстояние 19,6 а.е., а из наблюдений следовало 19,18 а.е. (По современным данным, большая полуось орбиты Урана а ≈19,218 а.е.) Из соотношения Тициуса вытекало, что на среднем расстоянии от Солнца в 2,8 а.е., между орбитами Марса и Юпитера, должна существовать еще одна планета.

1 января 1801 г. Джузеппе Пиацци, проводя систематические наблюдения для составления каталога видимых положений звезд, обнаружил в созвездии Тельца неизвестную "звезду", которая в следующую ночь изменила свое положение. Поначалу Пиацци считал, что наблюдает новую комету. Через шесть недель движущийся звездоподобный объект был потерян из виду.

Однако Карл Фридрих Гаусс по полученному ряду наблюдений установил, что орбита нового небесного тела похожа на орбиты планет и лежит она между орбитами Марса и Юпитера. По вычислениям Гаусса 31 декабря 1801 г. Фон Цах и независимо Генрих Вильгельм Ольберс обнаружили "потерянный" объект. Это было открытие первого астероида, Цереры ("открытие века"), имеющего диаметр около 1000 км. Большая полуось орбиты Цереры составила как раз 2,8 а.е. Но в 1802 г. на сходной орбите был обнаружен еще один астероид - Паллада. Тогда Г.В. Ольберс предположил, что малые планеты - это обломки некогда существовавшей большой планеты, которая по каким-то причинам разрушилась. Он предложил искать ее обломки на пересечении орбит Цереры и Паллады, и именно так были открыты Юнона и Веста!

Темпы открытий астероидов во второй половине XIX в. резко возросли. И уже к началу XX в. было обнаружено около 500 астероидов с диаметрами несколько десятков километров, и их число постоянно росло. В настоящее время каталогизировано около 10 тысяч астероидов и предполагается существование еще сотен тысяч. Значительная часть их движется в плоскостях, близких к эклиптике, располагаясь в Главном поясе между орбитами Марса и Юпитера на расстоянии 2,2 - 4,5 а.е. от Солнца.

В отличие от астероидов о существовании самых роскошных украшений Солнечной системы - комет - было известно с древних времен (первое зафиксированное в хрониках появление кометы относится к третьему тысячелетию до нашей эры). Кометы - своеобразные космические, айсберги, состоящие из замороженных газов, водяного льда и различных тугоплавких веществ в виде пыли и более крупных частиц. С приближением кометы к Солнцу под действием его излучения на поверхности центральной части кометы - ядра (обычный размер ядер ~ 10÷100 км), начинается интенсивное таяние льда. Вокруг ядра кометы возникает туманная газообразная оболочка - кома.

При дальнейшем приближении к Солнцу у кометы образуется хвост. Кометные хвосты простираются на многие сотни миллионов километров и отличаются удивительной красотой и разнообразием форм. Их вещество, состоящее из пыли, молекул и атомов газа, ионизованных молекул, настолько разрежено, что через него видны звезды без существенного ослабления блеска. С удалением кометы от Солнца действие солнечного излучения ослабевает и хвост кометы постепенно уменьшается и исчезает. В наиболее удаленной от Солнца точке орбиты (в афелии) температура ядра кометы, как правило, близка к абсолютному нулю.

Комета Хейла-Боппа	Комета C/2002 T7
Комета Мачхолца	Комета Аренда-Роллана
Типы кометных хвостов

Таким образом, хотя кометы, подобно астероидам, движутся вокруг Солнца, они существенно отличаются от последних. Не исключено, что именно кометы причастны к возникновению жизни на Земле и, возможно, на древнем Марсе, т.к. могли занести в их атмосферы сложные органические соединения.

В 1704 г. Эдмонд Галлей на основе теории тяготения, созданной незадолго до того Исааком Ньютоном, вычислил орбиты 24 ярких комет. В ходе работ он обнаружил, что орбиты комет 1531 г., 1607 г. и 1682 г. удивительно схожи. Он заключил, что это не три разные кометы, а три появления одной и той же кометы, движущейся по сильно вытянутой эллиптической орбите вокруг Солнца с периодом в 75 или 76 лет! Непостоянство периода обращения Галлей совершенно справедливо связал с возмущающим притяжением больших планет. В конце 1758 г., в полном согласии с предсказанием Галлея, эта комета вновь была обнаружена после ее путешествия за орбиту Нептуна (сама же планета Нептун была открыта лишь в 1846 г.). За ней закрепилось название "комета Галлея". С тех пор она наблюдалась также в своих возвращениях в 1835, 1910 и в 1986 гг.

Э. Галлей, таким образом, доказал, что хотя бы некоторые кометы - постоянные члены Солнечной системы. В дальнейшем эллиптические орбиты были обнаружены и у многих других комет, обращающихся вокруг Солнца. При этом наряду с кометами Энке, Темпеля 2, Копфа, имеющими периоды обращения, соответственно, 3,3; 5,3 и 6,2 года, были обнаружены кометы с периодами, достигающими сотен тысяч или миллионов лет.

В настоящее время в Солнечной системе на расстоянии, не превышающем 100 а.е., общее число малых тел, размеры которых более 1 км (тела меньших размеров принято называть метеороидами), - порядка 1 млн. Эти тела классифицируют по месту их происхождения (а следовательно, по их физико-химическому составу) на два типа: астероиды (малые планеты) и кометы.

Астероиды - тела, сформировавшиеся между орбитами Марса и Юпитера, а кометы образовались во внешней части Солнечной системы - за орбитами Урана и Нептуна, через которые проходила граница прогрева протопланетного облака.

Вблизи Солнца при высоких температурах конденсации первичного вещества протопланетной туманности ледяная и газовая компоненты (прежде всего водород, гелий) были потеряны, поэтому сформировавшиеся здесь планеты земной группы состоят преимущественно из тяжелых (скальных) пород. В составе же далеких планет, начиная с Юпитера, сохранились тяжелая, а также ледяная и газовая компоненты. Наиболее массивные планеты, Юпитер и Сатурн, удержали большие количества водорода и гелия, в то время как более удаленные от Солнца Уран и Нептун формировались при очень низких температурах конденсации, в основном из льдов (примерно на 80-90%).

Верхний предел для общей массы малых планет кольца астероидов оценивается в 1/1000 массы Земли. Космогонически оправдано в настоящее время рассмотрение современного кольца астероидов как остатков некогда существовавшей более равномерно заполнявшей пространство популяции планетезималей, уцелевших после "чистки" этой популяции большими планетами Солнечной системы и прежде всего Юпитером за счет гравитационных резонансных возмущений. Эксцентриситеты орбит у большинства астероидов составляют 0,1-0,2, но в отдельных случаях достигают 0,8. Благодаря этому некоторые астероиды проникают внутрь орбит Марса и Земли. А вот астероид Икар в перигелии оказывается в два раза ближе к Солнцу, чем Меркурий, за что и получил свое имя.

Две группы малых планет, "греки" и "троянцы", одинаково удаленные от Солнца и Юпитера, движутся в окресностях устойчивых точек либрации L4 и L5

На орбите Юпитера, в окрестности лагранжевых устойчивых точек либрации ("качания"), было обнаружено несколько десятков астероидов. Точки либрации располагаются так, что образуют с Солнцем и Юпитером равносторонние треугольники. "Греки" опережают Юпитер в его движении вокруг Солнца примерно на 60, а "троянцы" располагаются на таком же угловом расстоянии позади него. Эти астероиды почти не испытывают возмущающего гравитационного влияния Юпитера. Их орбиты лишь медленно раскачиваются с незначительными амплитудами (за счет возмущений от Сатурна членство астероидов среди "троянцев" и "греков", по-видимому, не постоянно).

Возможно, что "троянскими астероидами" Нептуна являются четыре объекта астероидного типа диаметром около 100 км, обнаруженные в конце 1993 г. за орбитой Нептуна, на расстоянии 32-35 а.е. от Солнца. Не исключено, что на самом деле это семейство более многочисленно. Малые тела могут сопровождать Венеру, Марс и Землю. "Троянец" странной природы, быть может, имеется у Луны. Он движется в 60 позади Луны по ее орбите и представляет собой скорее сгущение пыли, чем твердое тело ("облако Кордылевского").

За всю историю человеческой цивилизации уже наблюдалось около 2000 кометных появлений. Но почти для половины из них нет сведений о точных положениях комет (хотя бы в три различных момента времени). Поэтому отсутствует какая-либо определенная информация об их орбитах. Ежегодно открывают около сотни комет, а тысячи, вероятно, остаются необнаруженными. Элементы орбит определены у менее 1000 комет.

Образование тел кометных размеров происходило на периферии планетной системы путем гравитационной неустойчивости в пылевом субдиске, который фрагментировал на множество пылевых сгущений. Обладая большими сечениями столкновений, сгущения росли значительно быстрее частиц и в итоге превратились в тела километровых размеров (ядра комет). В настоящее время большинство комет непосредственно примыкает к пограничной области Солнечной системы (а порядка 100000 а.е.). Значительно ближе к Солнцу - с афелиями, располагающимися между орбитами Юпитера и Нептуна, - находится лишь несколько семейств комет.

ОРБИТАЛЬНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ КОМЕТ

Кометы в зависимости от возраста (числа прохождения кометами своего перигелия), а также удаленности их перигелиев от Солнца и размеров ядер подразделяются на активные, спящие и угасшие. Не исключено, что к числу последних относится значительная часть астероидов из групп Аполлона (a≥1 а.е.; q = a (1 - e)≤1,02 а.е.) и Амура (a≥1 а.е.; 1,02 а.е. < q < 1,33 а.е.).

По типам орбит кометы принято подразделять на короткопериодические, с периодом обращения Т < 100 лет (основу составляет семейство комет Юпитера, Т < 20 лет) и долгопериодические Т > 100 лет.

Предполагается, что на дальних окраинах Солнечной системы расположены две зоны повышенной концентрации кометных ядер. Первая - сферическое облако Хиллса с большими полуосями орбит его членов 1000 < a < 20000 а.е. Вторая - квазисферическое облако Оорта (20000 ≤ а ≤ 100000 а.е.). Облако Хиллса состоит из комет, сформировавшихся в уран-нептуновой области протосолнечной системы и мигрирующих затем на периферию Солнечной системы под действием растущих протопланет. Число кометных ядер в облаке Хиллса ~10¹³-10¹⁴. Масса его может превышать на два порядка суммарную массу тел облака Оорта. Последнее образовано из планетезималей, выброшенных под влиянием гравитационных возмущений из области планет-гигантов. Образно говоря, облако Оорта представляет собой лишь слабый ореол - гало, который окружает намного более вместительное хранилище комет - банк Хиллса. Гравитационные возмущения от Юпитера и Сатурна преимущественно должны были удалять планетезимали за пределы Солнечной системы, в то время как Уран и Нептун вызывали миграцию планетезималей в пояс Койпера и облака Хиллса, Оорта.

Долгопериодические кометы - выходцы из внешнего облака Оорта. Из некоторых модельных оценок следует, что за время существования Солнечной системы примерно половина комет из облака Оорта была потеряна. Современный поток новых комет, достигающий ближайших окрестностей Солнца (~ 10÷30 а.е.), составляет 5÷10 комет в год. Отток комет из облака Оорта компенсируется притоком их из более плотного внутреннего сферического облака.

Кометы не способны вырваться из облака Хиллса и направиться во внутренние области Солнечной системы. Внутренний "банк комет" более жестко связан с Солнцем и потому устойчивее к внешним возмущениям. Значительный вклад банка Хиллса в потоки новых кометных ядер в облако Оорта, а оттуда в глубины

Солнечной системы происходит лишь при особенно тесных сближениях Солнца со звездами или массивными молекулярными межзвездными облаками, находящимися вблизи галактической плоскости (раз в десятки миллионов лет). Тогда возможны "кометные ливни", с которыми может быть связано вымирание некоторых биологических видов и возникновение значительного числа кратеров на Земле (Б.Р. Мушаилов, Астрономический календарь ВАГО, 1997).

Среднее время дрейфа комет из облака Оорта к Солнцу составляет несколько миллионов лет. Почти половина из них затем покидает Солнечную систему, а остальные трансформируются в периодические кометы. Максимальная потеря массы у наиболее ярких комет вблизи перигелия достигает 0,1-0,5%, поэтому кометы, часто проходящие вблизи Солнца, существуют недолго. Они могут полностью "рассыпаться", превратившись в метеорный поток. Но возможен и другой вариант: после многократных прохождений вблизи Солнца, за счет постепенного утолщения (упрочнения) внешней оболочки ее ядра (или пылевой мантии) возможна ее эволюция в "астероидальное тело". Это вызывает увеличение времени "кометной жизни".

У комет с перигелийным расстоянием q < 1,5 а.е. уменьшение блеска за один оборот составляет в среднем около 0,01^m, а у комет с q≥1,5 а.е. оно достигает ~0,04^m. Подобное изменение блеска сопровождается неупорядоченными вариациями, но основная тенденция сохраняется, и типичное время жизни кометы - от нескольких сот до тысяч прохождений вблизи Солнца.

Но кометы могут "жить" и меньше, если вследствие внутренних напряжений из-за тепловых деформаций или приливного воздействия (Солнца или планет) их ядра разрушатся. Это произошло, например, с кометами Брукса, Веста, Шумейкеров-Леви 9. Разрушают кометные ядра и столкновения с другими небесными объектами - метеороидами, астероидами. Катастрофическое разрушение ядра приводит к заметному ослаблению блеска, а затем и к исчезновению комет.

Существование групп комет, обладающих близкими элементами орбит, может свидетельствовать о том, что эти группы образовались в результате распада одной кометы. Так, группа из девяти комет с малыми перигелиями орбит составляет семейство комет Крейца, связанных, по-видимому, общностью происхождения из одного массивного ядра (или двух столкнувшихся ядер комет) кометы-родоначальницы, распавшейся при прохождении через перигелий.

Периодическая комета Биелы (1846 II) разделилась на две части в середине января 1846 г. При этом каждая из компонент попеременно оказывалась ярче другой. В 1992 г. комета Шумейкеров-Леви 9 имела неосторожность сблизиться с Юпитером. В результате мощные гравитационные объятия Юпитера разнесли ядро кометы на 22 фрагмента. Летом 1994 г. они вонзились в атмосферу Юпитера, образовав гигантские вихревые образования, сравнимые по размерам с Землей (Земля и Вселенная, 1996, N1).

Ядро кометы Галлея при прохождении перигелия в 1986 г., по-видимому столкнувшись с небольшим метеоритом, выбросило пылевое облако, растянувшееся на сотни тысяч километров. Блеск короткопериодической кометы Туттля-Джакобини-Кресака за два дня до прохождения через перигелий в 1973 г. внезапно увеличился почти на 10 звездных величин (в 10 тыс. раз)! Затем в течение месяца уменьшался, но 6 июля 1973 г. произошла повторная сильная вспышка. Указанные изменения блеска, очевидно, были вызваны столкновением ядра кометы с исключительно мощными потоками корпускулярного солнечного излучения или небольшими метеоритами. У кометы Швассмана-Вахмана I тоже наблюдались значительные резкие увеличения блеска (~ в 250 раз).

Исследование орбит свидетельствует о том, что подавляющее число комет до вхождения во внутренние области Солнечной системы имели эллиптические орбиты. Характерной особенностью является отсутствие комет с резко выраженными гиперболическими орбитами, т.е. с эксцентриситетами, существенно превышающими единицу. Если бы кометы проникали в Солнечную систему из межзвездного пространства, то среди них встречались бы кометы, обладающие на момент входа скоростями, сопоставимыми со скоростью движения Солнечной системы относительно близких звезд (примерно 20 км/с). Однако подобные кометы не обнаружены (расчетные скорости входа в Солнечную систему у комет с эксцентриситетами орбит, большими единицы, не превышают 1 км/с). Отсюда следует, что кометы - члены Солнечной системы, и образовались они совместно с остальными ее телами.

Большая часть короткопериодических комет с малыми углами наклона к плоскости эклиптики образовалась в поясе Койпера, располагающемся на расстоянии ~35÷85 а.е. от Солнца (Земля и Вселенная, 1997, N 6; 1999, N 2). Суммарная масса тел этого пояса сопоставима с массой Земли. В настоящее время обнаружено более 100 объектов пояса Койпера (большие полуоси их орбит 35 - 48 а.е.). Эксцентриситеты орбит преимущественно малы. Диаметры этих тел 100÷300 км, но из некоторых оценок следует, что диаметры наибольших объектов пояса Койпера могут достигать 1000 км.

Отдельные тела пояса Койпера за время существования Солнечной системы могли мигрировать к орбите Нептуна и далее к Солнцу за счет гравитационного влияния наиболее крупных тел занептунного пояса и влияния планет-гигантов. Конкретные оценки масс мигрирующего к Земле вещества зависят от распределения тел этого пояса по массам и элементам орбит, которое в настоящее время неизвестно.

Первый объект пояса Койпера был обнаружен в 1977 г. между орбитами Юпитера и Урана. Он сначала рассматривался как астероид N 2060 Хирон (диаметр D = 170 км, элементы орбиты a = 13,6 а.е., e = 0,38, i = 6,^o9.) В 1988 г. Хирон неожиданно проявил "кометную активность": наблюдались значительные спорадические изменения яркости, проявились кома и хвост. По размеру и массе ядра Хирон значительно (на несколько порядков) превосходит известные ранее кометы (Земля и Вселенная, 1990, N 3; 1991, N 5).

Наименее массивные объекты (кометные ядра) пояса Койпера способны мигрировать существенно ближе к Солнцу, нежели более массивные тела этого пояса. Именно поэтому у крупных ядер комет перигелии орбит располагаются за орбитой Юпитера.

Так как условия (поверхностная плотность газа и частиц, параметры турбулентных движений и т.п.) для возникновения в поясе Койпера самогравитирующих сгустков твердых тел в результате гравитационной неустойчивости существенно не отличались от условий в области Урана-Нептуна, то объекты в поясе Койпера формировались как непосредственно в поясе, так и попали в него за счет миграции планетезималей из зон Урана-Нептуна.

Помимо Хирона с 1992 г. между орбитами Юпитера и Нептуна были обнаружены еще 7 объектов, большие полуоси орбит которых находятся в пределах от 8 до 25 а.е., а эксцентриситеты - от 0,16 до 0,62. Значительные эксцентриситеты орбит (0,62, 0,57 и 0,52) у объектов N 8405 (1995 60), N 5145 Фолус и N 7066 Нессус (а = 18,0, 20,2 и 24,5 а.е.). Они отличаются от Хирона красным цветом, несвойственным льдам, известным породам и минералам (Земля и Вселенная, 1999, N 1). Их отражательная способность в области 0,5-1 мкм резко растет с увеличением длины волны. Тем не менее заметное различие физических свойств поверхностей Хирона и указанных тел не означает, что они образовались в различных условиях, а свидетельствует лишь о том, что они подверглись внешним воздействиям неодинаково. Сформировавшись в поясе Койпера из малых частиц, близких по составу к межзвездной пыли, включая твердые и органические вещества, или попав сюда из области Урана-Нептуна, эти объекты, по сути, "большие планетезимали". Хирон приближался к Солнцу на более близкое расстояние, его поверхность, возможно под действием ультрафиолетового облучения Солнца, приобрела серый цвет. Фолус, Нессус и 1995 GO покинули пояс Койпера значительно позже и располагались дальше от Солнца, поэтому их поверхности подобной переработке не были подвергнуты.

Во внутренней части пояса Койпера значительную роль играют резонансы средних движений тел с Нептуном. Занептунные объекты способны существовать сколько-нибудь длительное время, если элементы их орбит соответствуют областям устойчивых движений при отсутствии сближений с возмущающим телом (Нептуном). В резонансных зонах либрационные орбиты оказываются близкими к устойчивому стационарному решению, что и обеспечивает их "выживание". Несмотря на вековые возмущения от планет-гигантов Урана, Сатурна, Юпитера и взаимное гравитационное воздействие занептунных тел, эти тела могут быть захвачены Нептуном в орбитальный резонанс и существовать длительное время. Плутон также связан орбитальным резонансом с Нептуном. Большинство наблюдаемых в поясе Койпера объектов устойчивы со времени образования пояса. В настоящее время обнаружено уже около 50 объектов, размером примерно в 100 км, названных плутино, с большими полуосями орбит а ~ 40 а.е., как у Плутона, также движущихся в орбитальной соизмеримости с Нептуном в отношении 2:3. Предполагается, что подобных объектов насчитывается несколько тысяч (Земля и Вселенная, 1999, N5).

ДИНАМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ АСТЕРОИДОВ

Значительная часть астероидов основного пояса движутся по устойчивым орбитам, которые мало изменились за последние ~ 4,5 млрд лет. Это уникальные протяженные объекты, представляющие собой сохранившуюся до наших дней популяцию планетезималей. Вещество астероидов избежало планетной дифференциации и сохранило информацию о физико-химических процессах, протекавших во время доаккреционного и раннего постаккреционного периодов истории Солнечной системы.

Многие астероиды приближаются довольно близко к массивному Юпитеру, а также к другим большим планетам, в частности к Марсу и Земле. При этом их орбиты испытывают значительные возмущения. Так, астероиды Юнона и Паллада могут сближаться с Юпитером до расстояния ~ 2 а.е. Возникающие в связи с этим возмущения орбит даже за сравнительно короткое время (~ 1 год) исчисляются десятками минут или даже градусами.

Пространственные орбиты астероидов представляют собой незамкнутые эллиптически подобные витки. Перигелий и афелий орбиты то приближаются к Солнцу, то удаляются от него. Периоды таких колебаний - тысячи или десятки тысяч лет. Амплитуды колебаний эксцентриситета и наклона орбиты намного значительнее амплитуды колебаний большой полуоси. Орбита астероида вращается так, что нормаль к ее плоскости описывает конус, а линия узлов вращается в плоскости эклиптики с примерно постоянной скоростью. Аналог этому явлению - прецессия земной оси. Планетные возмущения приводят к непрерывному перемешиванию орбит астероидов, а следовательно, и к их столкновениям. Астероиды с диаметрами D > 100 км устойчивы при таких столкновениях. Мелкие астероиды могут быть продуктами дроблений более крупных тел.

Д. Кирквуд еще в 1866 г. обнаружил факт "избегания" астероидами орбит, для которых период их обращений вокруг Солнца кратен периоду обращения Юпитера. В распределении астероидов по большим полуосям это проявляется в виде своеобразных "областей разрежений", названных люками. Они разбивают кольцо астероидов на ряд более мелких колец.

Наиболее заметные люки соответствуют соизмеримостям 1:2, 1:3, 2:5 с Юпитером, а также 1:2 с Марсом. Для астероидов, находящихся в орбитальном резонансе с Юпитером (или Марсом), взаимное их расположение по истечении определенного числа оборотов повторяется, а следовательно, повторяется и характер возмущающих воздействий на орбиты астероидов. Это, в конечном итоге, приводит к резкому усилению амплитуды резонансного эффекта. В результате, с одной стороны, значительно возрастает вероятность столкновений между астероидами (в случае их высокой начальной плотности), а с другой - происходит "расплывание" начального "пучка орбит" астероидов за счет резкого увеличения их эксцентриситетов в зоне соизмеримости. В резонансных зонах, ввиду высокой вероятности взаимных столкновений, астероиды "живут" меньше, что и определяет их относительно малое число. Но, благодаря особому (либрационному) характеру движений, им удается избежать тесных сближений с большими планетами (прежде всего с Юпитером). За пределами кольца астероидов, где особенно сильно проявляются планетные возмущения, наблюдаются лишь отдельные группы либрационных астероидов и совсем уж одинокие нерезонансные малые планеты.

Распределение астероидов в зависимости от их среднего расстояния от Солнца. По вертикали приведено число астероидов, по горизонтали - большая полуось орбиты, выраженная в астрономических единицах

Более половины из известных астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ), с перигелиями орбит q < 1,33 а.е. пересекают орбиту Земли. Большая часть АСЗ, мигрирующих из астероидного пояса, в значительной степени является продуктом высокоскоростных столкновений. Число астероидов, пересекающих орбиту Земли (АПОЗ), с диаметром D≥1 км оценивается в N≈500. Среднее время до столкновения АПОЗ составляет = 50 млн лет. Вероятность перехода АСЗ на гиперболическую орбиту на порядок больше вероятности его столкновения с Землей. Падение на Землю астероида диаметром около 1 км может происходить чаще, чем раз в 100 тыс. лет. Перигелии или афелии орбит тел, сталкивающихся с Землей, в основном располагаются вблизи ее орбиты (Земля и Вселенная, 2000, N 3).

В настоящее время известно около 10 АСЗ с диаметром D≥5 км. Такие небесные тела могут сталкиваться с Землей не реже, чем раз в 20 млн лет. Для крупнейшего представителя "семейства астероидов", сближающихся с земной орбитой, 40-км Ганимеда, вероятность столкновения с Землей в ближайшие 20 млн. лет не превышает 0,0005%. Вероятность же столкновения с Землей 20-км астероида Эрос за тот же период оценивается примерно в 2,5%.

Больше шансов встретиться с Землей у мелких небесных тел. Среди метеороидов, орбиты которых в результате долгопериодических возмущений планет могут пересекать орбиту Земли, имеется не менее 200 тыс. объектов с D≥100 м. Планета Земля сталкивается с подобными телами примерно раз в 5 тыс. лет, при этом на Земле образуется кратер поперечником более 1 км.

Вероятность столкновения Земли с кометой (ее ядром) в среднем оценивается как одно событие в 100 млн лет. Не исключена, как уже отмечалось, и возможность "кометного ливня", когда в отдельные периоды времени интенсивность выпадения на Землю комет может значительно возрастать (одна комета - в несколько тысяч лет). В настоящее время существуют весомые основания считать, что "Тунгусский метеорит" - это осколок кометы Энке (Земля и Вселенная, 1979, N 4).

"КЕНТАВРЫ" И ПРОБЛЕМА СКРЫТОЙ МАССЫ

Прекращение со временем активности комет вследствие постепенного экранирования поверхности ядер пылевым слоем, крупными гранулами и органикой порождает проблему "кентавров" - угасших комет, или "астероидов кометного происхождения" (Земля и Вселенная, 1998, N 2).

Истечение газа и пыли в результате "испарения" ледяного ядра вызывает негравитационные возмущения в движении кометы. Это обусловливает, в свою очередь, возможность значительных изменений кометных орбит и, прежде всего, их афелийных расстояний. При этом комета может перейти на орбиту с меньшей большой полуосью и за счет возрастания инсоляции и роста приливных воздействий ядро кометы способно "сбросить" поверхностную корковую оболочку и реактивироваться. Указанный сценарий может повторяться вплоть до полного исчезновения (или изоляции) летучих компонентов или дезинтеграции ядра. Однако нельзя исключить возможность продолжения очень слабой дегазации ядра, не создающей видимой комы, на протяжении еще многих сотен оборотов после прекращения основной фазы активности кометы. На это указывает чрезвычайно слабая атмосфера у некоторых "астероидов", испытавших подобную эволюцию.

Подтверждением возможности эволюции комет в "астероидальные тела" и их последующей реактивизации служит астероид 3200 Фаэтон, с которым связан известный метеорный поток Геминид, очевидно порожденный им как кометой. Имеются и другие успешные попытки установления взаимосвязи между объектами, обнаруженными как астероиды, и метеорными потоками.

По своему внутреннему строению и физико-химическому составу "угасшие кометы", претерпевшие сильную модификацию поверхности и, частично, внутренней структуры, но сохранившие определенную фракцию льда, образуют особый класс объектов. Их поверхностные слои представляют значительный интерес для понимания процесса переработки вещества под длительным действием различных космических факторов.

Резкий обрыв планетной системы сразу за планетой-гигантом Нептуном, очевидно, требует объяснения. Не исключено, что двойная система Плутон-Харон формировалась не как самостоятельная планетная система, а ранее была спутником (или двукратным спутником) Нептуна, удалившимся от него при тесном сближении. Данные, основанные на исследовании движений межпланетных станций "Пионер-10, -11" и "Вояджер-1, -2", исключают существование во внешней части Солнечной системы десятой планеты с массой порядка массы Юпитера. Однако возможно существование десятой планеты (или большего числа планет) с массой, сопоставимой с массой Земли.

Численное моделирование, проведенное М. Дунканом и др., свидетельствует о том, что подавляющее число комет с начальными большими полуосями а≈100 а.е. не эволюционирует в сторону уменьшения больших полуосей орбит, что указывает на ненаблюдаемость в настоящее время значительного числа комет. Часть комет существенно теряют блеск уже после первого прохождения Солнца и более не наблюдаются. Общая масса кометного вещества может на порядок превышать массу Земли. Масса планетезималей в зонах Урана-Нептуна оценивается величиной порядка 100 масс Земли.

Большая часть тел пояса Койпера еще недоступна наблюдениям. Количество этих объектов может составлять ~10⁵. Более того, не исключено существование нескольких занептунных поясов в области 100≤а<1000 а.е.

Масса "солнечной туманности" на начальной стадии формирования Солнечной системы, по данным, основанным на возможности формирования в результате гравитационной неустойчивости стабильных самогравитирующих сгущений, оценивается в 0,01-0,1 М_@.

Верхняя оценка величины и распределения "скрытой массы" в Солнечной системе может быть получена из сопоставления параметров цикла солнечной активности с полным внешним приливным динамическим воздействием на Солнце (его атмосферу) тел Солнечной системы, включая и пока не обнаруженные. Дело в том, что изменения во времени основных характеристик Солнечного цикла (амплитуда, фаза - широта) коррелируют с вариациями полной приливной силы, содержащей и возмущения, обусловленные воздействием N гравитационно активных тел.

Следует ожидать, что уже в начале XXI в. интенсивное развитие наблюдательной астрономии (введение в строй крупнейших телескопов, применение адаптивной оптики, освоение инфракрасного диапазона и т.п.) может привести к непосредственному обнаружению в Солнечной системе новых "слабых объектов" (~30^m), в частности из поясов Койпера, облаков Хиллса, Оорта, "реликтовых планетезималей" и т.п.

Публикации с ключевыми словами: кометы - астероиды Публикации со словами: кометы - астероиды
См. также: Комета, планета, Луна Полное затмение и кометы Изменяющийся ионный хвост кометы Понса-Брукса Комета Понса-Брукса ночью Ионный хвост кометы Понса-Брукса Закручивающаяся кома кометы Понса-Брукса Комета 12P/Понса-Брукса северной весной Все публикации на ту же тему >>