Пояс астероидов, пояс Койпера и облако Оорта
РЕФЕРАТ
Пояс астероидов, пояс Койпера, облако Оорта
Выполнил ученик 11 класса
Капкин Иван Васильевич
2009 год
Пояс астероидов
Как известно, Солнечная система состоит из восьми планет (в августе 2006 года Плутон решением Ассамблеи Международного астрономического союза был исключён из состава планет и переведён в разряд карликовых планет). Эти восемь планет делятся на две группы: планеты земной группы и планеты-гиганты. Их отличают по целому ряду признаков, одним из важнейших является большое расстояние между орбитами Марса и Юпитера (прибл. 551 млн. км).
В этом промежутке и находится пояс астероидов. Астероид - малое тело Солнечной системы, имеющее неправильную форму и вращающееся по гелиоцентрической орбите. Их число очень велико. Только пронумерованных в каталогах астероидов более 160 тыс. Общее число астероидов составляет примерно один миллион. Все они в основном расположены в плоскости вращения планет Солнечной системы. Астероид самый крупный астероид - Церера (913 км в диаметре; первый известный астероид, открытый итальянским астрономом Джузеппе Пиацци 1 января 1801 года (скорее всего, с бодуна)).
Прочие крупные астероиды (в скобках указан диаметр):
) Веста (538 км)
) Паллада (526 км)
) Интерамния (350 км)
) Бамберга (246 км)
) Мемус (151 км)
) Эней (130 км)
) Наусикаа (94 км)
Кроме главного пояса астероидов есть ещё и менее значительные пояса, такие как Апполон, Амур и Атон. Все они пересекают орбиты планет земной группы, в том числе и Земли. Соответственно, есть вероятность столкновения данных астероидов и в наше время. В частности, астероид Апофис диаметром в 1,5 км в пятницу 13 апреля 2029 года в 6 часов 42 минуты пролетит на расстоянии 30482 км от Земли, а ещё через 7 лет, в 2036 году, он может столкнуться с Землёй. Естественно, последствия такого столкновения будут катастрофическими. Но вернёмся к астероидам.
На орбите Юпитера вращаются ещё две группы астероидов, которых именуют «троянцами». Считается, что это остатки разрушенных лун Юпитера или захваченные его гравитацией астероиды.
Все астероиды делятся на десятки типов. Я приведу три самых основных.
С-тип - чёрные астероиды, содержащие большие количества углерода. Это самые тёмные астероиды, так как их поверхность отражает меньше всего солнечного света. Большинство астероидов относятся именно к этому типу.
Гексаэдриты (1-6% Ni)
Октаэдриты (6-14% Ni)
Атакситы (более 14% Ni)
Средний химический состав железных метеоритов (в %)
Тип метеоритаFeNiCoFeSCuPCОктаэдритыВесьма грубозернистые87,966,230,484,60,010,150,26Грубоструктурные87,677,110,523,640,170,170,2Среднеструктурные88,958,080,581,80,030,180,08Тонкоструктурные88,948,850,560,050,050,170,6Весьма тонкоструктурные86,7611,80,62«-»0,110,240,01Гексаэдриты92,765,560,66«-»0,350,290,19АтакситыБедные никелем91,886,950,55«-»0,190,180,08Богатые никелем79,6318,91,01«-»0,050,120,1
S-тип - астероиды, в основном состоящие из кремния. По своему химическому составу они больше всего напоминают состав обычного кварцевого песка. Они также находятся во внутренних областях пояса астероидов.
Также астероиды делятся на две большие группы - хондриты и ахондриты. Первые (примерно 85%) содержат в своём составе мелкие сферические частицы размером от 0,05 мм до 1 см, называющиеся хондрами (хондрос по-гречески крупа, зерно). Вторые их не имеют. Хондриты состоят в основном из тяжёлых минералов, насыщенных тяжёлыми металлами. Название «хондриты» было предложено немецким минералогом Густавом Розе в 1864 году.
Химический состав метеоритов (в %)
КомпонентхондритыахондритыSiO38,0452,56MgO23,8430,67FeO12,4511,45Al O2,500,12CaO1,951,20Na2O0,980,36K2O0,170,11Cr2O30,360,83MnO0,250,39TiO20,111,09P2O60,210,10Ni1,34«-»Co0,08«-»FeS5,73«-»Fe общее25,072,68
Основными веществами, из которых состоят астероиды, являются:
) Когенит Fe3C
) Осборнит TiN
) Шрейберзит (Fe, Ni)3P
) Перриит (Ni, Fe)x(Si, P)y
) Лауренсит FeCl2
) Фарингтонит Mg3(PO4)2
) Меррилит Na2Ca3(PO4)2O
) Брианит Na2CaMg(PO4)2
) Станфильдит MgCaFeMn(PO4)2
) Ольдгамит CaS
) Добреелит FeCr2S4
) Меррихеит (K, Na)2(Fe, Mg)5SiI2O30
) Роддерит (Na, K)2(Fe, Mg)5Si12O30
15) Ягиит (Na, K)Mg2(Mg, Fe, Ti, Al)(Si10Al2)O30
) Юреит NaCrSi2O6
) Криновит NaMg2CrSi3O6
) Оливин (Mg, Fe)2SiO4
) Энстантит MgSiO3
) Гиперстен FeSiO3
) диопсид CaMg(SiO3)2
) Плагиоклаз CaAl2Si2O8, NaAlSi3O8
) Никелистое железо (Fe, Ni)
24) Троилит FeS
Все вышеперечисленные минералы характерны исключительно для метеоритов - на Земле они не встречаются. Наличие этих минералов отражает условия формирования метеоритов - кристаллического вещества при резком недостатке свободного кислорода.
Без всякого сомнения, в далёком историческом прошлом Земля бомбардировалась космическими телами разной величины. Некоторые из них оставили на поверхности Земли астроблемы - «звёздные раны», то есть кратеры. Некоторые из них достигают колоссальных размеров. Например, подводный кратер диаметром около 180 км у полуострова Юкатан у берегов Мексики или Маникуаганский кратер в Канаде, имеющий в поперёчнике 66 км. Возраст последнего превышает 200 миллионов лет. Более старых кратеров учёные пока не обнаружили. Широко известен также Тунгусский метеорит, который 30 июня 1908 года взорвался над рекой Подкаменная Тунгуска в атмосфере. На территории Беларуси древним кратером считается Логойская впадина (диаметр - 17 км, находится на расстоянии 6-8 км северо-западнее г. Логойска Минской области).
Изучению астероидов уделяется большое внимание. Ученых интересует происхождение данных космических тел и их характерное расположение в Солнечной системе. Сейчас учеными выдвинуто несколько версий.
Первая версия: астероиды - остатки планеты, которая когда-то находилась между Марсом и Юпитером. Гипотетическую планету назвали Фаэтон (Фаэтон - в греческой мифологии сын бога Солнца Гелиоса и нимфы Климены, который не сумел справиться с управлением солнечной колесницы отца и погиб за рулём, чуть не испепелив чудовищным жаром Землю). Между прочим, интересный факт: первооткрыватель первого обнаруженного астероида итальянец Джузеппе Пиацци посчитал открытую им Цереру новой планетой и только потом понял, что это не планета. По этой версии, Фаэтон был разрушен либо крупным космическим телом, либо действием гравитационных полей Солнца и Юпитера, разорвавших его на части.
Вторая версия: астероиды - остатки планетезималей, которые не сумели сформироваться в планету из-за гравитационного воздействия Юпитера.
Третья версия: астероиды - остатки карликовой звезды, которая взорвалась в прошлом. Летучие водород и гелий рассеялись в космическом пространстве, а более тяжёлые элементы остались. Из них впоследствии и образовались астероиды.
Однако, без всякого сомнения, все астероиды можно рассматривать как продукты эволюционного развития солнечного вещества, причём более крупные испытали в процессе эволюции химическую дифференциацию.
Астероиды имеют большое практическое значение для человечества, так как они очень богаты металлами, особенно железом и никелем, а также углеродом и водой. Суммарная масса астероидов достигает массы Луны, т.е. 7 000 000 000 000 000 000 (7 квинтиллионов) тонн. До 30% их массы (2,1 квинтиллиона тонн) может быть использовано в качестве минерального сырья. К примеру, запасы минерального сырья земной коры (её масса составляет 4,6% от общей массы Земли), т. е. того, что человечество сможет реально использовать в ближайшую тысячу лет, составляют около 30% её массы или 8400000000000000000 (8,4 квинтиллиона тонн). Следует отметить, что из этих запасов металлы составляют только 46%, а в астероидах - около 57 %. По оценке крупного советского и российского учёного Георгия Витольдовича Войткевича, относительно всех минеральных ресурсов Солнечной системы (планет земной группы, спутников планет-гигантов, астероидов) доля астероидов составляет около 1,4%. Доля металлов - 3 процента. К этому следует добавить простоту извлечения сырья.
астероид метеорит койпер планетезималь
Пояс Койпера и облако Оорта
В 1951 году французский астроном Джерард Койпер предсказал существование пояса астероидов за орбитой Нептуна, т. е. на расстоянии 35-50 а.е. (примерно 5-7,5 млрд. км от Солнца). В 1992 году его гипотеза полностью подтвердилась, за исключением того, что пояс оказался расположен несколько далее, чем предполагал Койпер. Данный пояс получил его имя. К первым обнаруженным объектам пояса Койпера является карликовая планета Плутон (открыта в феврале 1930 года американским астрономом Клайдом Томбо, работавшим в обсерватории в Аризоне) и его спутник Харон (обнаружен в 1978 году Джеймсом Кристи - астрономом из Военно-Морской обсерватории США).
Далее обнаружение новых объектов пояса Койпера затруднилось, так как мощности земных телескопов было явно недостаточно. Выведенный на земную орбиту орбитальный Хаббловский космический телескоп (назван в честь Эдвина Хаббла - американец, уроженец Среднего Запада, определивший, что Вселенная бесконечна, состоит из множества галактик и расширяется во все стороны) долгое время не использовался для изучения и обнаружения других объектов пояса Койпера. Только в 1997 году NASA начала осуществлять свою программу по изучению космических тел, находящихся на окраинах Солнечной системы.
В 2002 году было найдена первая карликовая планета, находящаяся за орбитой Плутона - Кваоар. Он был обнаружен совместной работой обсерватории Массачусетского технологического института и университета штата Гавайи. Его примерные характеристики следующие:
Диаметр - 1250 км
Радиус орбиты - ~6,3 млрд. км или 42 а.е.
Масса - 1/3000 массы Земли
Состав - лёд с примесями аммиака, пыли, камней и пр.
марта 2004 года NASA объявило об открытии ещё одного объекта пояса Койпера-Седна (названного в честь эскимосской богини). Его примерные характеристики:
Диаметр - 1900 км
Радиус орбиты - ~10 млрд. км или 67 а.е.
Масса - 1/1000 массы Земли
Состав - тот же, что и у Кваоара.
По мнению большинства учёных мира, все объекты пояса Койпера являются остатками планетезималей, которые не сформировались в планеты. Их изучение представляет большую ценность. Следует отметить, что земные телескопы могут заметить только Плутон и Харон, орбитальный Хаббловский телескоп ещё может засечь некоторые объекты пояса Койпера (наиболее крупные), но ни один современный телескоп предоставить подробное изображение поверхности данных космических тел, поэтому сведения о них остаются далеко не полными и неточными.
Ещё ни один космический аппарат не запускался специально для изучения пояса Койпера. Однако в нём побывали два американских аппарата - «Вояджер-1» и «Пионер-2». К сожалению, они не сумели предоставить информации о нём. Среди находящихся сейчас в разработке проектов NASA находится проект запуска к Плутону космического аппарата в 2015 году. Расчётная стоимость проекта достигает 10 млрд. долларов, что, принимая во внимание нынешнюю экономическую обстановку, является очень серьёзной суммой даже для США.
Несмотря на это, изучение астероидов в поясе Койпера, которые являются «строительным мусором» Солнечной системы, может предоставить ценные данные о её эволюции. Вот почему NASA в 2003 году возложила большие надежды на совместный с Тайванем проект TAOS (Тайваньско-американский обзор затмений). Вместо того чтобы пытаться уловить слабые отблески отражённого поверхностью астероидов звёздного света, астрономы решили следить за их тенями при помощи телескопов на Тайване (так как все телескопы NASA в то время были перегружены работой). Каждую ночь телескопы ведут непрерывное наблюдение за 3 тысячами звёзд, ожидая, что напротив одной из них пролетит объект из пояса Койпера и затмит её свет хотя бы на 0,2 секунды. Чтобы не мешали птицы и самолёты, используется метод совпадений: за каждой звездой одновременно наблюдают 3 телескопа. Данный проект позволяет поймать крошечные объекты размером до 3 км на расстоянии до 100 а.е. (т.е. до 15 млрд. км). За счёт данного проекта удалось к настоящему времени обнаружить более 1000 объектов размером более 10 км, а всего было засечено около 150000 космических тел.
Самые крупные объекты пояса Койпера:
Названия объектовЭридаПлутонИксионИстербанниВарунаХарон- спутник ПлутонаДиаметр тела, км~3200~3000~800~2000~700~1600
Долгое время считалось, что внешняя граница пояса Койпера - граница Солнечной системы. Но проведённые в 90-х годах прошлого века подробные и детальные исследования крайне незначительных гравитационных возмущений в движении Солнечной системы показали, что её внешняя граница находится на расстоянии примерно 100000 а.е.
Область, находящаяся на расстоянии от 50000 а.е. (7,5 трлн. км) до 100000 а.е. (15 трлн. км) была названа облаком Оорта. Скорее всего, это остатки газопылевой туманности, из которой в прошлом образовалась Солнечная система. Также на расстоянии 15 трлн. км находится т. н. граница гравитационной сферы Солнца, где притяжение Солнца равно общегалактической гравитации. По предположению учёных, там зарождаются кометы.
Список использованной литературы:
1. Г.В. Войткевич: «Рождение Земли».- Ростов-на-Дону: «Феникс», 1996.- 480 с.
. Большой новейший справочник необходимых знаний / Авт.-сост. А.П. Кондрашов.- М.: РИПОЛ классик, 2006. -1088 с.
. Космос. - Смоленск: Русич, 2001. -128 с. (Школьная энциклопедия)
. Галузо, И. В.
Астрономия: учеб. Пособие для 11-го кл. общеобразоват. Учреждений с рус. яз. обучения / И.В. Галузо, В.А. Голубев, А.А. Шимбалев. - 2-е изд., пересмотр. - Минск: Нар. Асвета,2009. - 214 с.: ил.