Какой пояс можно найти в космосе?

Вы уже знаете, что в конце XVIII века астрономы насчитывали в Солнечной системе лишь семь планет. Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн были известны с глубокой древности. А в 1781 году английский учёный Уильям Гершель заметил в большой телескоп седьмую планету, позже названную Ураном.

К тому времени периоды обращения планет и размеры их орбит уже были определены с достаточной точностью методами небесной механики. Так вот, если начертить план орбит планет, то окажется, что средние расстояния планет от Солнца (в астрономических единицах) возрастают, подчиняясь определённой закономерности. Данная закономерность получила название правила Тициуса – Боде, по именам обнаруживших её немецких учёных. Её можно проиллюстрировать следующей таблицей:

0,4 + 0,3 x 0 = 0,4 Меркурий

0,4 + 0,3 x 1 = 0,7 Венера

0,4+ 0,3 x 2 = 1,0 Земля

0,4 + 0,3 x 4 = 1,6 Марс

0,4 + 0,3 х 8 = 2,8

0,4 +0,3 х 16 = 5,2 Юпитер

0,4 + 0,3 x 32 = 10,0 Сатурн

0,4 + 0,3 х 64 = 19,6 Уран

Эта таблица в общем довольно правильно даёт значения средних расстояний планет от Солнца. Но обращает на себя внимание тот факт, что между Марсом и Юпитером имеется промежуток: планеты, соответствующей пятому члену ряда, нет. Астрономы более трёх десятков лет с досадой и надеждой взирали на эту неувязку. Реальность здесь нарушала математическую гармонию.

И вот первый день нового XIX столетия принёс долгожданное открытие. 1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци обнаружил в небе малую планету.

Самое интересное было в том, что она располагалась именно в том месте, где её недоставало – между орбитами Марса и Юпитера. Как мы знаем, найденная малая планета получила название Церера – по имени древнеримской богини плодородия, покровительницы Сицилии.

Вдохновлённые успехом, европейские астрономы следили за движением Цереры и неожиданно 28 марта 1802 года немецкий астроном Генрих Ольберс вблизи неё обнаружили ещё одну похожую маленькую планету. Ей дали имя Паллада в честь древнегреческой богини Афины Паллады. Удивительным оказалось то, что среднее расстояние от Солнца обеих планет практически совпадает. Более того, они находились именно на этом расстоянии, на котором должна была бы обращаться пятая планета в соответствии с правилом Тициуса – Боде.

Тогда было высказано предположение о том, что между орбитами Марса и Юпитера вращаются обломки крупной планеты, некогда там располагавшейся.

Данное предположение начало подтверждаться, когда 1 сентября 1804 года Карл Хардинг обнаружил третью малую планету – Юнону. А 29 марта 1807 года была обнаружена ещё одна малая планета – Веста.

По мере усовершенствования телескопов в этой области Солнечной системы открывались всё новые и новые малые планеты. К началу 70-х гг. XIX века их количество перевалило за сотню. Тогда же стало ясно, что область между орбитами Марса и Юпитера является скоплением огромного числа объектов всевозможных форм и размеров.

Но все они были настолько малы, что даже при тысячекратных увеличениях выглядели слабыми звёздочками, не имеющими заметного диска. Поэтому Уильям Гершель предложил называть новые планеты астероидами, то есть «звёздоподобными».

Согласно современным определениям, астероидом называют небольшое небесное тело Солнечной системы, имеющее неправильную форму и движущееся по орбите вокруг Солнца.

Большинство известных астероидов вращаются в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Эту область, где они располагаются, назвали главным поясом астероидов, подчёркивая тем самым её отличие от других подобных областей скопления малых планет.

Суммарная масса тел главного пояса астероидов примерно составляет 4 % массы Луны. При этом более половины этой массы приходится на 4 крупнейших объекта пояса: Цереру, Весту, Палладу и Гигею.

По оценкам, главный пояс содержит до 2 миллионов астероидов диаметром более километра. И миллионы астероидов меньшего размера. Несмотря на такое количество, их плотность крайне мала. Первым космическим аппаратом, пролетевшим через пояс астероидов, стал «Пионер-10». В то время ещё была обеспокоенность по поводу возможности столкновения аппарата с одним из небольших астероидов, однако с тех пор на пути к внешним планетам через пояс астероидов без всяких инцидентов пролетело уже 9 космических аппаратов.

Большинство изображений астероидов главного пояса, переданных космическими аппаратами, получены в результате краткого пролёта зондов вблизи астероидов на пути к основной цели миссии. Так, например, первые фотографии поверхностей астероидов были получены космическим аппаратом «Галилео» в 1991 году при его пролёте около астероида Гаспра, и в 1993 году – около Иды.

Для подробного изучения астероидов отправляли только три аппарата: АМС НАСА «NEAR Shoemaker», а также два космических аппарата    Японского агентства аэрокосмических исследований «Хаябу́са» и «Хаябу́са-2».

Первая в истории мягкая посадка на поверхность астероида произошла 12 февраля 2001 года. Космический аппарат «NEAR Shoemaker» осуществил посадку на поверхность астероида Эрос.

9 мая 2003 года был запущен японский космический аппарат «Хаябуса» для исследования астероида Итокава. Несмотря на все трудности, миссия в целом прошла успешно. Аппарат смог не только приземлиться на поверхность Итокавы и собрать частицы его грунта, но и благополучно доставить их на Землю.

В сентябре 2007 года к крупнейшему астероиду Весте и карликовой планете Церере была отправлена автоматическая межпланетная станция Dawn.

В отличии от большинства астероидов, Веста оказалась очень интересным объектом. Так, например, самой заметной деталью поверхности Весты является огромный ударный кратер Реясильвия, расположенный вокруг Южного полюса.

По различным оценкам, диаметр кратера может достигать 500 километров (то есть почти равен среднему диаметру самой Весты). Так же этот кратер является одним из самых глубоких кратеров в Солнечной системе. Глубина его воронки составляет порядка 20–25 километров. А в центральной части кратера (над точкой удара) возвышается центральная горка высотой около 22 километров, которая является второй по относительной высоте из известных вершин Солнечной системы (после горы Олимп на Марсе). Остаётся загадкой, как Веста смогла пережить столь чудовищный катаклизм.

На Северном полюсе Весты ударные кратеры сформировали жуткое «лицо».

На начало 2024 года последним аппаратом, который был направлен для изучения астероида, стал японский аппарат «Хаябуса-2». В качестве цели был выбран астероид «Рюгу», открытый в самом конце ХХ века. Миссия стала уникальна. Во-первых, второй раз в истории человечества на Землю были доставлены образцы грунта с астероида. А во-вторых, впервые на поверхность астероида было спущено два подпрыгивающих робота, которые смогли преодолеть почти двадцать метров на поверхности астероида.

В июле 2023 года группа международных учёных нашла в образцах грунта с астероида Рюгу частицы минералов, которые возникли ещё до формирования Солнечной системы – досолнечные зёрна.

В 2010 году две независимые группы астрономов из США, Испании и Бразилии заявили, что одновременно обнаружили водяной лёд на поверхности одного из самых крупных астероидов главного пояса – Фемиды. Это открытие позволяет понять происхождение воды на Земле. В начале своего существования Земля была слишком горяча, чтобы удержать достаточное количество воды. Это вещество должно было прибыть позднее. Поэтому можно предположить, что вода на Землю была занесена при её столкновении с астероидами. Исследователи также обнаружили на Фемиде сложные углеводороды, в том числе молекулы – предшественники жизни.

Вообще же, в главном поясе насчитывается несколько миллионов объектов. Но, несмотря на такое количество, их плотность крайне мала. Поэтому вероятность не то, что столкновения, а просто случайного незапланированного сближения, например, космического аппарата с каким-нибудь астероидом сейчас оценивается менее чем один к миллиарду.

За орбитой Нептуна можно найти ещё один пояс астероидов – пояс Койпера. Открыт он был относительно недавно – в 1992 году. И хотя пояс Койпера похож на пояс астероидов, но он примерно в 20 раз шире и в 20–200 раз массивнее последнего.

Как и пояс астероидов, он состоит в основном из малых тел, то есть материала, оставшегося после формирования Солнечной системы. В отличие от объектов пояса астероидов, которые в основном состоят из горных пород и металлов, объекты пояса Койпера состоят главным образом из летучих веществ (называемых льдами), таких как метан, аммиак и вода. В этой области ближнего космоса находятся по крайней мере четыре карликовые планеты: Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Кроме того, считается, что некоторые спутники планет Солнечной системы, такие как спутник Нептуна Тритон и спутник Сатурна Феба, также возникли в этой области.

За поясом Койпера вероятнее всего располагается сферическая область, названная облаком Оорта.

Инструментально существование облака Оорта пока не подтверждено. Однако многие косвенные факты указывают на его существование. В частности, астрономы считают, что оно является источником всех долгопериодических комет и комет галлеевского типа, прилетающих в Солнечную систему.