Солнечная система. Малые тела Солнечной системы

1.

Солнечная система
Малые тела Солнечной системы
р

2.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Определение. Малые тела Солнечной системы –это кометы,
астероиды (за исключением Цереры - карликовой планеты), почти все
транснептуновые объекты (объекты за орбитой Нептуна, ТНО), кроме
Плутона и Эриды, отнесенных к планетам-карликам, и метеороиды.
Астероид – это небольшое планетоподобное
безатмосферное тело Солнечной системы,
размером от нескольких десятков метров (>30 м в
диаметре ) до тысячи километров, движущееся по
орбите вокруг Солнца. Астероиды имеют
неправильную
форму,
светят
отраженным
солнечным светом, большинство из них являются
одиночными объектами, но у некоторых найдены
спутники.
Пять карликовых планет:
Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида.

3.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Комета (кометное ядро) — небольшое небесное
тело, движущееся вокруг Солнца по сильно
вытянутым (эксцентричным) орбитам, наклоненным
под различными углами к эклиптике как в прямом, так
и обратном направлениях. Кометное ядро состоит из
твердых частиц и летучих веществ (водяных,
метановых и других льдов), испаряющихся при
подлёте к Солнцу. При приближении к Солнцу комета
выглядит как туманный объект, за которым тянется
хвост, длина которого может достигать нескольких
миллионов километров.
Кометы Галлея,
Швассмана-Вахмана
Свана

4.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Метеороид, или метеорное тело — твердое
небесное тело, промежуточное по размеру
между межпланетной пылью и астероидом.
Считается, что к метеороидам следует
относить тела менее 30 м, а по предложению
Британского астрономического общества
метеороид — это тело диаметром от 100 мкм
до 10 м. Войдя в атмосферу Земли со
скоростью в несколько десятков км/с,
метеороид сгорает и мы видим свечение.
Явление сгорания метеороида в атмосфере
Земли называется метеором, не полностью
сгоревший метеороид достигает поверхности
Земли и называется метеоритом.

5.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
По современным оценкам в настоящей время в Солнечной системе численность
малых тел составляет несколько десятков миллионов.
Большинство твердых малых тел Солнечной системы расположены между
орбитами Марса и Юпитера на расстоянии от 2 до 3.5 а.е. Они образуют так
называемый главный пояс астероидов.
На внешней границе Солнечной
системы на расстоянии 30-55 а.е. (за
орбитой Нептуна) находится другая
дискообразная область скопления
малых тел – пояс Койпера.

6.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Рассеянный
диск
занимает
область от 35 а.е. (перигелий
объектов), перекрывается с поясом
Койпера и простирается до 100 а.е.,
но в начале 2000-х гг. обнаружено
несколько тел, которые в афелии
уносятся на расстояния 1-2 тыс. а.е.
Предполагается
существование
нового подмножества малых планет
- расширенный рассеянный диск,
также эти объекты (известно 5)
называют
обособленными
объектами. Наиболее яркие из них Эрида и Седна.
Динамическая область - рассеянный диск
Красный –Солнце, Аквамариновый – планеты-гиганты,
Зелёный- пояс Койпера, Оранжевый-рассеянный диск,
(кентавры), Розовый-троянцы Юпитера, Жёлтый –троянцы
Нептуна

7.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Между орбитами Юпитера и Нептуна находятся объекты, соответствующие по
размерам астероидам, но проявляющие признаки кометы (наличие комы и хвоста).
Таким объектом является, например, Хирон, у которого при приближении к перигелию
наблюдается кома. Древнегреческий кентавр Хирон (получеловек-полулошадь)
символизирует двойственную особенность этих объектов, получивших название
кентавры.
Все кентавры движутся по сильно вытянутым орбитам с большим эксцентриситетом,
а наклон орбиты к плоскости эклиптики изменяется от 0° до 25°.

8.

Облако
Оорта
-
сферическая область
на расстоянии 2000—
5000 а.е. с внешней
границей, удаленной
от Солнца до 50 000
а.е. По некоторым
оценкам внешний край
удален до 100 000 200000
а.е.
Имеет
внутреннюю часть в
форме
тора
и
сферическое внешнее
облако.
Внешняя
граница облака Оорта
(2 св. года) определяет
гравитационную
границу
Солнечной
системы, т.н. сферу
Хилла.
Внешнее облако Оорта содержит несколько триллионов ядер комет, больших, чем 1,3 км, а
во внутреннем облаке объектов в десятки или сотни раз больше. Внешнее облака в 5 раз
массивнее Земли. Масса внутреннего облака Оорта в настоящее время неизвестна.

9.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Объекты пояса Койпера, рассеянного диска и облако Оорта относятся к транснептуновым
объектам (ТНО).
Транснептуновый объект – это небесное тело Солнечной системы, которое обращается по
орбите вокруг Солнца, и у которогосреднее расстояние до Солнца больше, чем у Нептуна
Первыми ТНО был Плутон, открытый в 1930 г. и его спутник Харон (1978 г.). С 1992 с
введением в строй мощных телескопов были открыты новые объекты, в том числе Эрида
(2005 г.), на начало 2012 г. известно около 1400 транснептуновых объектов с разнообразными
характеристиками.

10.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Астероиды
Открытие нового типа объектов –астероидов- состоялось 1 января 1801года. В эту дату
итальянский астроном Джузеппе Пиацци случайно открыл быстро движущуюся звезду, у
которой прямое восхождение и склонение заметно менялись за сутки.
В настоящий момент в Солнечной системе
обнаружены сотни тысяч астероидов. По
состоянию на 11 января 2013 в базах данных
насчитывалось 97853768 объектов, у 600853
точно определены орбиты и им присвоен
официальный номер. 17620 из них имеют
официально утверждённые наименования.
Астероиды сначала по традиции называли
именами героев греческой и римской
мифологии, затем использовали женские
имена, мужскими именами называли только
астероиды с необычными орбитами,
например, Икар.
Джузеппе Пиацци (1746 -1826) итальянский астроном

11.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Астероиды движутся по орбитам вокруг Солнца в том же направлении, что и планеты.
Периоды их обращения составляют от
3,5 до 6 лет (в зависимости от
величины большой полуоси).
Орбиты большинства астероидов
круговые.
Наклон орбит не более 4°, но есть
немало астероидов , движущихся по
вытянутым орбитам, а также имеющие
наклонение около 33°.
Эксцентриситет обычно не превышает
0.4, но может быть и больше.
Более 90% всех нумерованных
астероидов
сконцентрировано
в
области 2,06 и 3,27 а.е., которую
называют ядром главного пояса.

12.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Семейство астероидов
Группа астероидов, которые имеют примерно одинаковые орбитальные
характеристики, например, такие как большая полуось, эксцентриситет и наклонение
орбиты, образуют семейство астероидов. Почти треть астероидов главного пояса
(от 33 % до 35 %) входят в состав различных семейств.
Возраст различных семейств оценивается
от нескольких миллионов до несколько
миллиардов лет. В старых семействах
очень мало небольших астероидов, они
потеряли почти все свои мелкие и
средние астероиды и состоят лишь из
самых крупных астероидов. Отсутствие
маленьких
астероидов
является
показателем
возраста
астероидных
семейств. Семейства и группы астероидов
получают название по имени первого
астероида, который был обнаружен на
данной орбите.
Группа астероида Амур

13.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Семейства и группы астероидов получают название по имени первого
астероида, который был обнаружен на данной орбите. Японский астроном К.
Хираяма (1874—1943) впервые оценил собственные элементы орбит
астероидов и первым в 1918 году выявил пять самых крупных семейств,
образовавшихся в результате распада более крупного астероида. В его честь
эти пять семейств называют семействами Хираямы (семейство Корониды,
Эос, Фемиды, Флоры, Марии).
Семейство Корониды.
Коронида-астероид 158

14.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Существуют группы астероидов, которые называют троянскими астероидами или просто
«троянцами».
Это астероиды, находящиеся в
окрестностях точек Лагранжа
L4 и L5 в орбитальном
резонансе 1:1 любых планет.
Следовательно, резонанс 1:1
означает,
что
группа
астероидов движется вокруг
Солнца по той же орбите, что и
планета.
Первые астероиды этого типа
были обнаружены у Юпитера.
Они
получили
имена
участников Троянской войны,
упоминаемых в Илиаде.

15.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Точки Лагранжа –это особая область в системе из двух массивных тел, где
третье тело с пренебрежимо малой массой может оставаться неподвижным
относительно этих тел, т.к. на него действуют только гравитационные силы этих
двух тел.
Орбитальный резонанс означает в небесной механике, что два (или более)
небесных тела имеют периоды обращения, которые относятся как небольшие
натуральные числа.
Срок жизни астероидных семейств составляет от нескольких миллионов до одного
миллиарда лет. Некоторые из существующих на сегодня семейств образовались в
астрономическом масштабе совсем недавно 5-8 млн. лет назад. Самым молодым является
семейство Датуры, которое образовалось в результате столкновения двух небольших
астероидов примерно 450 тыс. лет назад. От 1 до 5 млн. лет оценивается возраст семейства
астероида Ианнини. Распад астероидного семейства происходит из-за гравитационного
влияния Юпитера на астероиды и постепенного рассеивания их орбит, а также
столкновения тел и дробления их на мелкие фрагменты.

16.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Астероиды,
принадлежащие
семейству,
образуются
из
одного родительского тела, и,
как правило, имеют одинаковый
состав. Исключением являются
только
семейства,
образовавшиеся
из
очень
крупных астероидов, где уже
произошла
дифференциация
недр, например, семейство
Весты.
Вид на Весту (фото КА Dawn)

17.

Астероиды, сближающиеся с Землей
Наиболее важными для исследования космической угрозы являются астероиды,
орбиты которых лежат вблизи Земли. Первый астероид вблизи Земли был открыт 13
августа 1898 г. Густавом Виттом из обсерватории Урания в Берлине. Его назвали Эрос.
Известно около 500 крупных астероидов диаметром более 1 км, пересекающих орбиту
Земли. Часть их входит в три семейства: Аполлон, Амур, Атон. Орбиты астероидов
семейства Амур в перигелии почти касаются орбиты Земли, приближаясь к ней на
расстояния в несколько сот км. Так в 1996 г. астероид Таутатис пролетел на
расстоянии 450 тыс.км от Земли. В 2029 г. ожидается близкое прохождение астероида
Апофис (300 км), открытого в 2004 г. на обсерватории Китт-Пик.
Таутатис - астероид
Астероид Эрос обращается вокруг похожий на «груду
Солнца с периодом 1,8 земных года. камней». Пролетел
вблизи
Земли
Его размеры – 40 x 14 x 14 км
12.12.2012
Группа астероида Аполлон

18.

Оценка опасности столкновения Земли с астероидами и кометами
События, не имеющие последствий
(Белая Зона)
Заслуживающие внимания
(Зеленая Зона)
Вызывающие беспокойство
(Желтая Зона)
Явно угрожающие события
(Оранжевая Зона)
Неизбежное столкновение
(Красная Зона)
0
Вероятность столкновения в ближайшие десятилетия равна 0. К этой
же категории событий относятся столкновения с объектами, которые
не смогут достигнуть поверхности Земли, сгорев в ее атмосфере.
1
Вероятность столкновения крайне низка, порядка вероятности
случайного столкновения Земли с объектом такого же размера. (скорее
всего, слежения подобные тела в ближайшие десятилетия с Землей не
встретятся)
2
Близкий, но не являющийся чем-то необычным, пролет. Столкновение
очень маловероятно. (подобные события происходят нередко)
3
4
5
Близко пролетающее тело, вероятность столкновения 1% или выше.
Столкновение способно вызвать только локальные разрушения.
Близкий пролет с вероятностью столкновения 1% или более.
Столкновение способно вызвать региональные разрушения.
Близкий пролет, который может с существенной вероятностью вызвать
столкновение, приводящее к региональной катастрофе.
6
Близкий пролет, который с существенной вероятностью может вызвать
столкновение, приводящее к катастрофе с вероятными глобальными
последствиями.
7
Близкий пролет, который с существенной вероятностью может вызвать
столкновение, приводящее к катастрофе с неизбежными глобальными
последствиями.
8
Столкновение приводящее к локальным разрушениям. Такие
столкновения с Землей происходят от одного раза в 50 лет до раза в
1000 лет.
9
Столкновение приводящее к региональным разрушениям. Такие
события происходят от одного раза в 10000 лет до одного раза в 100000
лет.
10
Столкновение приводящее к глобальной катастрофе с изменением
климата. Такие события случаются один раз в 100000 лет или реже.

19.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Существование пояса Койпера было доказано 30 августа 1992 года
астрономами Джуитт и Лу, когда они объявили об открытии первого
кандидата в объекты пояса Койпера (15760) 1992 QB1. Через шесть
месяцев они обнаружили второго кандидата, (181708) 1993 FW.
Наблюдения были выполнены на телескопах обсерваторий Китт-Пик в
Аризоне и Сьерро-Тололо в Чили.
Пояс Койпера обнаружен на 2,24-м телескопе обсерватории
на вулкане Мауна-Кеа (Гаваи) в 1992 г.

20.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
В 2008 г.было известно 1077 объектов транснептунового пояса,
которые делятся на следующие категории:
Классические объекты: имеют приблизительно
круговые орбиты с небольшим наклонением,
не связаны с движением планет. Такие
объекты иногда называют «кьюбивано» в
честь первого представителя, 1992QB1. В 2004
году было известно 524 таких объекта.
Крупный кьюбивано Варуна (назван в
честь одного из главных ведийский богов).
Диаметр – 1060 км.

21.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Рассеянные объекты: имеют большой эксцентриситет орбиты и могут в афелии
удаляться от Солнца на несколько сотен астрономических единиц. Их известно
около 100, общее число около 10000. Объекты рассеянного диска
рассматриваются как отдельное семейство транснептуновых объектов, не
входящее в пояс Койпера.
Сравнение размеров Харикло, Плутона и Луны
Харикло была открыта 15 февраля 1995 г. (Названа в честь жены кентавра Хирона).

22.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
В поясе Койпера также найдено одно семейство малых тел, связанных с астероидом
Хаумеа (открыта в 2004 г., названа в 2008 честь гавайской богини плодородия).
В честь Плутона подгруппу из четырёх известных на данный момент карликовых планет –
Плутон, Эрида, Макемаке и Хаумеа, - обращающихся за орбитой Нептуна, называют
«плутоидами», но они не относятся к малым телам.
Движение объекта Орк (Оркус) с
периодом,
равным
орбитальному
периоду Нептуна. (Нептун показан, как
неподвижный
объект).
Период
обращения около 250 лет.
Орк - бог смерти и подземного царства в
этрусской мифологии.

23.

Открытие двойных и кратных астероидов
Астероид Ида и Дактиль
Их известно уже несколько. В 1993 году
американский
космический
аппарат
«Галилео», направлявшийся к Юпитеру,
пересекал главный пояс астероидов. Он
пролетел на минимальном расстоянии
(около 10000 км) от астероида Ида и
сфотографировал его. Оказалось, что у
астероида имеется маленький спутник,
который назвали Дактиль.
В 2001 г. обнаружили спутник у
астероида Камилла, в 2005 г. у астероида
Сильвия было открыто 2 спутника. Был
также
открыт
контактный
астероид
Касталия. Двойные астероиды исследуются
и наземными средствами, в том числе в
Крымской астрофизической обсерватории.
Выдвинута гипотеза об объединении раздробленных прежде силикатных астероидных
тел и проведено численное моделирование процессов аккумуляции, показавших, что
получившиеся в таких случаях тела будут не монолитными, а рыхлыми («грудой
булыжников»). Процессы столкновения и объединения могут привести к образованию у
ряда астероидов гравитационно связанных с ними небольших спутников.

24.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Физические характеристики астероидов и их состав
Размеры астероидов
Известно около 200 крупных астероидов диаметром более 100 км и около 1000,
имеющих диаметр более 30 км. Большинство астероидов, которых насчитывается
несколько миллионов, значительно меньше, вплоть до нескольких десятков метров. По
современным оценкам в Солнечной системе должно быть около 2 миллионов тел с
размерами более 1 км.
Для определения размеров астероидов применяются современные методы
исследований – радиолокации, поляриметрии, спекл-интерферометрии и другие.
Несколько астероидов были сфотографированы космическими аппаратами.
С 2006 года первый найденный астероид Церера (950 км) отнесен к карликовым
планетам и самый крупным астероидом главного пояса является Паллада (538
км), за ним - Веста (526 км) и Гигия (450 км).
Крупные астероиды

25.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
В поясе Койпера имеется несколько
тысяч тел диаметром более 1000 км,
около 7000 диаметром более 100 км и
более 450000 тел диаметром более
50 км.

26.

Крупнейшие объекты пояса Койпера
Название
Экваториальный
диаметр (км)
Большая
полуось
а. е.
Перигелий,
а. е.
Афелий
а. е.
Открыт
Примечания
Эрида
3000
67,71
37,81
97,61
2005
Карликовая
планета
Плутон
2320
39,48
29,6
49,3
1930
Карликовая
планета
Санта
EL61
1600
43,34
35,16
51,52
2005
Седна
1800
502
76,0
928
2003
2005 FY9
1700
45,64
38,71
52,57
2005
Оркус
1600
39,45
30,8
48,1
2004
Харон
1270
39,48
29,6
49,3
1978
Квавар
1260
43,4
41,9
44,9
2002
Варуна
930
43,07
40,9
45,3
2002
2002 UX25
910
42,56
36,5
48,7
2002
2002 AW197 890
47,47
41,3
53,7
2002
Иксион
39,49
30,0
49,1
2001
820
Карликовая
планета

27.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Периоды осевого вращения астероидов различаются в десятки раз: у некоторых
малых планет это часы, у других – сутки.
Яркость астероидов. Звездная величина астероидов колеблется от 11m до 19m и для
большинства из них составляет около 16m. Яркость астероида зависит от его размера,
формы
Поверхность астероида Эрос с
расстояния 34 м. Фотография КА
NEAR-Шумейкер, 2001 г.

28.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Масса
Массы карликовых планет по сравнению с
Луной
Общая масса всех астероидов
главного пояса приблизительно
равна от 3,0·1021 до 3,6·1021 кг, что
составляет всего 4% от массы Луны
или 0,06% от массы
Земли.
Половина этой массы приходится
на 4 крупнейших астероида: Цереру
(32%), Весту (9%), Палладу (7 %) и
Гигею (3 %).
Общая масса объектов пояса
Койпера существенно превышает
массу пояса астероидов, но меньше,
чем предполагаемая масса объектов
облака Оорта.

29.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Температура
Температура на поверхности астероида зависит от расстояния до Солнца и
величины его альбедо. Для частиц пыли на расстоянии 2,2 а.е. температурный
диапазон начинается с 200 К (−73° C) и ниже, а на расстоянии 3,2 а.е. со 165 К
(−108°C). Однако для астероидов это не совсем справедливо, поскольку из-за
вращения температуры на его дневной и ночной сторонах могут существенно
различаться.
Третья по величине карликовая планета,
транснептуновый объект - Макемаке. Альбедо
Макемаке около 0,7, при нынешнем расстоянии от
Солнца равновесная температура на его поверхности
составляет около 29 К (−244 °C), а в ближайшей к
Солнцу точке орбиты температура может достигать
34 К (−239 °C).
Макемаке ( в честь бога коренных жителей
острова Пасхи) — крупнейший из известных
кьюбивано
и
один
из
крупнейших
транснептуновых объектов

30.

Свойства и состав поверхности астероидов
Методы фотометрии, поляриметрии и спектрального анализа позволили определить цвет
(т.е. спектральные характеристики излучения), отражательную способность поверхности
(альбедо) и химический состав астероидов. Эти характеристики быди положены в основу
классификации астероидов, предложенную в 1975 г. Кларк Р. Чапмен, Дэвид Моррисон и
Бен Целлнер). Вначале астероиды разделили на три типа:
Класс С— углеродные, 75 % известных астероидов.
Класс S— силикатные, 17 % известных астероидов.
Класс М— металлические, большинство остальных.
Более детальное изучение астероидов привело к появлению еще нескольких классов. У
некоторых астероидов достаточно сложно установить принадлежность к определенному
типу, а в результате более тщательных исследований тип определенного астероида
может измениться.
Астероид Клеопатра состоит из
металлов типа никеля и железа (М)
Эрос, астероид класса S
Матильда,
углеродный
астероид класса С

31.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Исследования астероидов космическими аппаратами
Астероида Гаспра
Космические аппараты
и зонды
неоднократно пролетали через пояс
астероидов и получали фотографии
объектов.
В 1972 г. КА «Пионер-10» впервые достиг
главного пояса. Несколько последующих
приближений других КА показали, что
угроза столкновения маловероятна и в
дальнейшем в НАСА была принята
программа, согласно которой любой
аппарат, пролетающий через пояс
астероидов, должен, по возможности,
пролететь мимо какого-либо астероида.
В 1991 году аппарат «Галилео» впервые
получил снимок
астероида Гаспра,
открытого в Симеизской обсерватории Г.
Н. Неуйминым в 1916 г., затем в 1993
г.был сфотографирован астероид Ида.

32.

Что мы знаем о малых телах Солнечной системы
Ряд аппаратов и зондов получили изображения некоторых мелких объектов. Специально
для изучения астероидов в 1997 г. был запущен аппарат NEAR Shoemaker, который
исследовал астероиды Эрос и Матильду. Он работал в течение 5 лет, в том числе около
года на орбите Эроса. Грунт с поверхности астероида удалось доставить аппарату
«Хаябуса» (запущен в 2003г. вернулся в 2010 г.). В 2011 г. АМС Dawn, стартовавшая в 2007
г., достигла Весты, и по программе должна затем изучить Цереру (2015 г.) и, при наличии
ресурсов, Палладу.
Вращение Эроса
КА Dawn направлен в 2007 г. к
крупнейшим астероидам Весте
и Церере

33.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!