Пояс астероидов

По́яс астеро́идов — область Солнечной системы, расположенная между орбитами Марса и Юпитера, являющаяся местом скопления множества объектов всевозможных размеров, преимущественно неправильной формы, называемых астероидами или малыми планетами.

Эту область также часто называют главным поясом астероидов или просто главным поясом, подчёркивая тем самым её отличие от других подобных областей скопления малых планет, таких как пояс Койпера за орбитой Нептуна, а также скопления объектов рассеянного диска и облака Оорта.

Выражение «пояс астероидов» вошло в обиход в начале 1850-х годов. Первое употребление этого термина связывают с именем Александра фон Гумбольдта и его книгой «Kosmos — Entwurf einer physischen Weltbeschreibung».

Суммарная масса главного пояса равна примерно 4 % массы Луны, больше половины её сосредоточено в четырёх крупнейших объектах: Церера, (4) Веста, (2) Паллада и (10) Гигея. Их средний диаметр составляет более 400 км, а самый крупный из них, Церера, имеет диаметр более 950 км, и её масса вдвое превышает суммарную массу Паллады и Весты. Но большинство астероидов, которых насчитывается несколько миллионов, значительно меньше, вплоть до нескольких десятков метров. При этом астероиды настолько сильно рассеяны в данной области космического пространства, что ни один космический аппарат, пролетавший через эту область, не был повреждён ими.

Причина такого состава пояса астероидов в том, что он начал формироваться непосредственно вблизи Юпитера, чьё гравитационное поле постоянно вносило серьёзные возмущения в орбиты планетезималей. Получаемый от Юпитера избыток орбитальной энергии приводил к более жёстким столкновениям этих тел между собой, что препятствовало их слипанию в протопланету и её дальнейшему укрупнению.

В результате большинство планетезималей оказались раздробленными на многочисленные мелкие фрагменты, большая часть из которых либо была выброшена за пределы Солнечной системы, чем объясняется низкая плотность пояса астероидов, либо перешла на вытянутые орбиты, по которым они, попадая во внутреннюю область Солнечной системы, сталкивались с планетами земной группы; этот феномен получил название поздней тяжёлой бомбардировки.

Столкновения между астероидами случались и после этого периода, что приводило к появлению многочисленных астероидных семейств — групп тел со сходными орбитами и химическим составом, в которые входит значительное число существующих на сегодня астероидов, а также к образованию мелкой космической пыли, формирующей зодиакальный свет.

Помимо этого, гравитация Юпитера также создаёт области неустойчивых орбит, где из-за резонансов с Юпитером практически отсутствуют астероиды. Астероид, попадающий туда, за относительно короткое время будет выброшен с этой орбиты за пределы Солнечной системы или пополнит популяцию астероидов, пересекающих орбиты внутренних планет. Сейчас астероидов в таких областях практически не осталось, но орбиты многих небольших астероидов продолжают медленно изменяться под влиянием других факторов.

Главной отличительной чертой, характеризующей отдельные астероиды, является их спектр, по которому можно судить о химическом составе данного тела. В главном поясе, в зависимости от химического состава, выделено 3 основных спектральных класса астероидов: углеродные (класс C), силикатные (класс S) и металлические или железные (класс M). Все эти классы астероидов, особенно металлические, представляют интерес с точки зрения космической индустрии в целом и промышленного освоения астероидов в частности.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Тем временем по результатам наблюдений местной планетной системы Наблюдатель быстро накапливал знания о ее строении. Четыре ближайшие к звезде планеты были намного меньше по размеру, но намного плотнее четырех более удаленных. Спектральный анализ четырех удаленных планет показал, что они состоят в основном из легких газов, однако благодаря их огромным размерам они были во много раз более массивными, чем четыре более близкие к звезде. Детальный спектральный анализ излучения самой звезды HZW-1020-3964-2904-3845 (QSL) позволил обнаружить присутствие на ней не только ядер водорода и гелия, но и углерода и других более тяжелых элементов. По их соотношению Наблюдатель оценил возраст местного светила в 7 миллиардов лет. Теперь он знал, и как 7 миллиардов лет назад возникла эта звезда и ее планетная система, и что их ждет в будущем. Результаты наблюдений позволяли однозначно отнести ее к одному из детально описанных в каталоге типов звездно-планетных систем. Весь звездный каталог Млечного Пути находился в памяти Наблюдателя, он обратился к нужному разделу. В нем говорилось, что в подобных звездно-планетных системах нередко встречаются пояса астероидов, образованных из вещества, не сумевшего сгруппироваться в планету. Наблюдатель переключил свое внимание с планет на межпланетное пространство и скоро в телескоп действительно обнаружил сначала один, потом второй, третий и множество других астероидов. Моделирование их орбит показало, что это действительно широкий пояс астероидов между четвертой и пятой планетами. Теперь план действий был готов!

Игорь Сунчелей, Наблюдатель, 2011

Сегодня Главный пояс астероидов, расположенный в области 2,5–3,7 а.е. и состоящий из нескольких крупных сфероидальных тел (Церера, Паллада, Юнона, Веста и др.) и множества «мелких» каменных, часто обломочного характера, тел, рассматривается как реликт эпохи формирования планет на границе планет земной группы и Юпитера («несостоявшаяся планета»). В этой зоне сохранилось не более нескольких процентов первичного твердого вещества. Наблюдаемый градиент состава так называемых астероидов типа

Коллектив авторов, Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра, 2010

При всех достоинствах «модели из Ниццы», объясняющей очень многие свойства Солнечной системы, в ней есть к чему придраться. Прежде всего, в процессе миграции Юпитера он проходит орбитальные резонансы с Марсом. Хотя это не очень опасные резонансы, такие как 1:7, но их достаточно, чтобы орбита Марса вытянулась и стала заходить в пояс астероидов. Ничего подобного в Солнечной системе мы не видим. Второй недостаток относится к судьбе нерегулярных спутников. Модель хорошо предсказывает захват планетезималей на орбиты нерегулярных спутников Сатурна, Урана и Нептуна, но система нерегулярных спутников Юпитера устроена точно так же и, видимо, должна иметь такое же происхождение – путем захвата планетезималей при близких проходах двух планет-гигантов. В классической «модели из Ниццы» близких встреч Юпитера с другими планетами не было. Однако в 10–20 % запусков моделирования происходили близкие проходы Урана или Нептуна мимо Юпитера, отчего его орбита изменялась скачкообразно, пропуская опасный резонанс с Марсом, а ледяной гигант (т. е. Уран или Нептун) попадал на удаленную от Солнца орбиту или оказывался выброшенным из системы. В дальнейшем авторы «модели из Ниццы», изучая структуру орбит астероидов, показали, что «прыгающий Юпитер» лучше соответствует реальности, чем плавное изменение орбит в исходной модели (Morbidelli et al., 2010). Более того, сценарий, в котором ледяной гигант выбрасывается из Солнечной системы, тоже возможен: не исключено, что исходно в ней был еще один ледяной гигант, подобный Урану и Нептуну. Такие выброшенные планеты, свободно плавающие в межзвездном пространстве, в последние годы были обнаружены астрономами.

Михаил Никитин, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Ныне же наши гигантские газовые планеты, с их скромными размерами и почти круговыми орбитами, ведут себя вполне прилично. Масса самой большой из них, Юпитера, в тысячу раз меньше Солнца. Этого достаточно, чтобы оказывать весомое воздействие на соседние планеты; благодаря сильному гравитационному полю Юпитера планетезимали в области пояса астероидов так и не срослись в единую планету. При этом массы Юпитера недостаточно для того, чтобы запустить в собственном ядре процесс ядерного синтеза – факт решающего различия между звездами и планетами. Дальняя, окруженная кольцами, планета Сатурн и еще более удаленные холодные Уран и Нептун обладают гораздо меньшими размерами.

Роберт Хейзен, История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет, 2012

Любопытна и компьютерная модель, которую создал астроном Алессандро Морбиделли из Обсерватории Лазурного берега в Ницце. Согласно его выводу, «большую часть запасов воды наша планета получила после падения на нее нескольких протопланет, образовавшихся во внешней части пояса астероидов». Эти протопланеты упали на Землю, когда процесс ее формирования был уже почти завершен. По мнению Морбиделли, самое большее, лишь 10 % воды принесено на Землю кометами; все остальное – малыми планетами, столкнувшимися с ней.

Александр Волков, 100 великих загадок астрономии, 2012

К счастью, за прошедшие миллиарды лет пояс астероидов пришел в относительно равновесное состояние; астероиды в нем движутся по более или менее стабильным и известным орбитам, и вероятность столкновения Земли с очередным чудовищным обломком является не столь уж большой. Сегодня считается, что около Земли проходят траектории полета не менее полутора тысяч астероидов размерами от нескольких сот метров до нескольких километров в диаметре. При этом астрономы и математики оценивают вероятность столкновения Земли с одним из них, диаметром около километра, как один шанс из пяти тысяч в ближайшее столетие. Много это или мало? К примеру, крупные космические аварии случаются с вероятностью один шанс из трех тысяч… Но это опять-таки вероятность, а вот недавно астрономы зафиксировали пролет вблизи орбиты Луны астероида диаметром в несколько сотен метров. Это уже очень опасные космические «маневры». Ведь при попадании такой осколок оставил бы на Земле кратер величиной в десятки километров, а приводнившись в океан – вызвал бы сильнейшее цунами.

О. О. Фейгин, Планета бурь, 2016

«На орбите Юпитера, впереди него на 60 градусов, движется красное облако тел. Это так называемые греки. На 60 градусов отставая от Юпитера, двигаются троянцы. То есть астрономы договорились многочисленные объекты этой части пояса астероидов называть по именам героев Троянской войны трех с половиной тысячелетней давности. И в Пулковской обсерватории, в том числе и при моем участии, изучался еще один очень интересный класс объектов – астероиды семейства Гильды. Этот класс опасен тем, что с помощью трансмиссии, которая возникает из-за тяготения Солнца и Юпитера, астероиды перебрасывает в окрестности Земли. Несколько лет назад буквально перед встречей с Землей удалось зафиксировать несколько десятков кадров на матрицу нашего Пулковского телескопа. Наши наблюдения вместе с наблюдениями, сделанными в других странах, помогли точно показать, куда он упадет».

И. С. Прокопенко, Битва цивилизаций. Что грозит человечеству?, 2013

По их мнению, своего рода «космическим инкубатором» мог быть пояс астероидов, расположенный между орбитами Марса и Юпитера. Он находился на достаточном расстоянии от формировавшихся планет, процессы на которых могли создавать изменчивую среду, меняя условия для формирования простых молекул.

Н. Н. Непомнящий, 100 великих тайн доисторического мира, 2014

Вторая версия появления Пояса астероидов гласит, что когда– то между Марсом и Юпитером была еще одна планета, названная по традиции в честь греческого божества – Фаэтон. Также она имеет второе название – планета Ольберса, в честь ученого, который открыл множество объектов Пояса астероидов, таких как Церера, Веста, Паллада и Гигея (они являются самыми большими астероидами в системе и сначала считались полноценными планетами). Предполагается, что планета Фаэтон разрушилась под влиянием магнитного поля Юпитера и образовала Пояс астероидов. В пользу этой версии говорит то, что у Пояса собственная орбита, и он находится как раз на том месте, где должна быть планета, согласно системе Тициуса-Боде, которая заключается в том, что все планеты расположены в определенной геометрической прогрессии. В нее идеально вписывается вся Солнечная система, кроме Пояса астероидов.

Брайан Хейбл, Как устроена Вселенная, 2013

Недавно астрономы НАСА опубликовали пугающий прогноз: с 2017 года нас могут ждать до 400 столкновений с различными космическими объектами. Дело в том, что в глубоком космосе был обнаружен ранее неизвестный пояс астероидов, который в настоящее время мчится к нашей части Солнечной системы.

И. С. Прокопенко, Тайны Апокалипсиса, 2017

Однажды осколок весом в несколько тонн отделился от остальных. Гравитационные поля планет, чей путь он пересекал, влияли на траекторию его полета. Космические тела из пояса астероидов, расположенного между орбитами Юпитера и Марса, вреза́лись в гигантский осколок, и он дробился на осколки поменьше. Таким образом, когда по окончании странствия длиною в двадцать миллионов лет осколок достиг одной небольшой планеты, он весил уже не более полутонны. Летя навстречу новому препятствию, он ворвался в атмосферу Земли, где и распался на части. По мере приближения к поверхности Земли его скорость уменьшалась, и последнюю часть пути он летел практически вертикально.

Клод Изнер, Встреча в пассаже д’Анфер, 2008

В Солнечную систему входят 9 планет – Меркурий, Венера (внутренние планеты), Земля с естественным спутником Луной, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон (за исключением, Земли – внешние планеты). Именно в такой последовательности расположены их орбиты в порядке удаления от светила, которое силой своего притяжения управляет движением планет. Они вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам примерно в одной плоскости. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов, количество которых, включая мелкие, можно исчислять миллионами.

Н. И. Нагорная, Астрологическая карта судьбы, 2015

1991 Первый контакт с астероидом из Главного пояса астероидов («Галилео» – с Гаспрой)

К. Э. Саган, Голубая точка. Космическое будущее человечества, 1994

Илл. 5 а. Орбиты внутренних планет – Меркурия, Венеры, Земли и Марса, пояс астероидов и орбита Юпитера.

К. Э. Саган, Наука в поисках Бога, 2006