Падающие небесные тела

В поисках закономерности в распределении размеров орбит, Кеплер в 1630 году пришел к выводу, что совершенству Солнечной системы мешает непомерно большой пустой промежуток между орбитами Марса и Юпитера, что там должна находиться планета. В 18 веке учеными были открыты в этом промежутке четыре небольших планеты: Церера, Паллада, Юнона и Веста. Новых членов Солнечной системы стали именовать астероидами (звездоподобными) – за отсутствие у них видимого диска. К концу 19 века было открыто около 150 астероидов. Их открытие явилось закономерным шагом на пути познания окружающего нас мира.

Астероиды - это твердые каменистые тела, которые подобно планетам движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам. Но размеры этих тел намного меньше, чем у обычных планет, поэтому их еще называют малыми планетами. Диаметры астероидов находятся в пределах от нескольких десятков метров (условно) до 1000 км (размер наибольшего астероида Цереры). Термин "астероид" (или "звездоподобный") был введен известным астрономом XVIII века Уильямом Гершелем для характеристики вида этих объектов при наблюдениях в телескоп. Даже с помощью самых крупных наземных телескопов невозможно различить видимые диски у наибольших астероидов. Они наблюдаются как точечные источники света, хотя, как и другие планеты, в видимом диапазоне сами ничего не излучают, а лишь отражают падающий солнечный свет.

Главный пояс астероидов.

Основная масса известных на сегодняшний день астероидов движется между орбитами Марса и Юпитера. Всего на сегодняшний день открыто примерно 20 тысяч астероидов. Вначале, когда малых планет было известно еще немного, их имена брали, как и для других планет, из древнегреческой мифологии. Кольцевая область пространства, которую занимают эти тела, называется главным поясом астероидов. При средней линейной орбитальной скорости около 20 км/с астероиды главного пояса затрачивают на один оборот вокруг Солнца от 3 до 9 земных лет в зависимости от удаленности от него.

Астероиды вблизи Земли.

Вблизи внутреннего края главного пояса астероидов существуют и другие группы тел, орбиты которых далеко выходят за пределы главного пояса и могут даже пересекаться с орбитами Марса, Земли, Венеры и даже Меркурия. Орбиты таких астероидов уже не являются такими стабильными, как у тел главного пояса, а относительно быстро изменяются под действием гравитационных полей не только Юпитера, но и планет земной группы. По этой причине такие астероиды могут переходить из одной группы в другую, а само деление астероидов на вышеназванные группы является условным, основанным на данных о современных орбитах астероидов. Существующая угроза Земле со стороны астероидов и других космических тел, которые находятся или могут оказаться в земных окрестностях, широко обсуждается в научных и общественных кругах.  

Астероиды за пределами кольца.

За орбитой Юпитера также существуют астероидоподобные тела. Более того, по последним данным оказалось, что таких тел очень много на периферии Солнечной системы. Фактически, абсолютное большинство этих тел по своему составу могут быть ядрами комет.

Форма и движение астероидов.

При телескопических наблюдениях астероидов было обнаружено, что яркость абсолютного большинства их меняется за короткое время (от нескольких часов до нескольких дней). Астрономы уже давно предполагали, что эти изменения блеска астероидов связаны с их вращением и определяются, в первую очередь, их неправильной формой. Первые же снимки астероидов, полученные с помощью космических аппаратов, это подтвердили и еще показали, что поверхности этих тел изрыты кратерами или воронками разных размеров. Очевидно, что такие формы и поверхности малых планет образовались при их многочисленных столкновениях с другими твердыми небесными телами.  

Церера - самый большой астероид, который был обнаружен первым. Он был открыт итальянским астрономом Джузеппе Пиацци 1 января 1801 г. и назван в честь римской богини плодородия.

Орбиты тел, сосредоточенных в главном поясе, являются устойчивыми и имеют близкую к круговой или слабо эксцентричную форму. Здесь они движутся в "безопасной" зоне, где минимально гравитационное влияние на них больших планет, и в первую очередь, Юпитера. Имеющиеся на сегодняшний день научные факты показывают, что именно Юпитер сыграл главную роль в том, что на месте главного пояса астероидов в период зарождения Солнечной системы не смогла возникнуть еще одна планета.

Возвращаясь к современному состоянию пояса астероидов, следует подчеркнуть, что Юпитер по-прежнему продолжает играть первостепенную роль в эволюции орбит астероидов

Формирование астероидов

В период формирования Солнца условия в протопланетном диске не были одинаковыми на разных расстояниях от Солнца и менялись с течением времени. Астероиды сформировались на границе горячей и холодной зоны. Многочисленные столкновения астероидов между собой превратили их в плохоупакованные глыбы.

Методы исследования астероидов.

Наше понимание природы астероидов сейчас основывается на трех основных источниках информации: наземных телескопических наблюдениях (оптических и радиолокационных), изображениях, полученных со сближающихся с астероидами космических аппаратов, и лабораторного анализа известных земных горных пород и минералов, а также упавших на Землю метеоритов, которые в основном считаются осколками астероидов, ядер комет и поверхностей планет земной группы.

Выводы по главе 1.

В исследованиях астероидов еще остается много неясного и даже загадочного. Во-первых, это общие проблемы, относящиеся к происхождению и эволюции твердого вещества в главном и других астероидных поясах и связанные с возникновением всей Солнечной системы. Есть также и вопросы, на которые можно ответить только при условии подробного изучения отдельных малых планет. По существу, каждое из этих тел уникально, так как имеет свою собственную, иногда специфическую, историю. И все-таки, вероятно, только путем сбора и накопления подробной и точной информации о каждом из астероидов, а затем с помощью ее обобщения возможно постепенное уточнение понимания природы этих тел и основных закономерностей их эволюции.

2. Метеориты.

Метеориты – это небесные камни, т. е. те камни, которые упали с неба. В межпланетном пространстве находится множество мелких осколков астероидов. Они движутся вокруг Солнца по своим орбитам, но пока это не метеориты, а обычные небольшие небесные тела, пусть, даже, совсем крошечные. Если же подобное небесное тело упадет на Землю или иную планету или ее спутник, то именно тогда оно станет метеоритом.

2. 1. Общие сведения.

Метеориты подразделяются на три главных класса: железные, железокаменные и каменные. Характерные признаки Метеоритов: угловатая форма со сглаженными выступами, кора плавления, покрывающая в виде тонкой оболочки и своеобразные ямки.   Метеориты получают названия по наименованиям населённых пунктов или географических объектов, ближайших к месту их падения.

Метеориты имеют размеры от немногих мм до нескольких км и весят, соответственно, от долей грамма до десятков тонн. Самый крупный из уцелевших от раскола — железный метеорит Гоба, найденный в Юго-Западной Африке в 1920, весит около 60 тонн.

Вследствие дробления метеорных тел одновременно падает группа Метеоритов: десятки, сотни и даже тысячи. Такие групповые падения называют метеоритными дождями. Ежегодно на Землю выпадает не менее тысячи Метеоритов. Однако многие из них, падая в моря и океаны, в малонаселённые места, остаются необнаруженными. Только 12—15 Метеоритов в год на всём земном шаре поступают в музеи и научные

 2. 2. Явления, сопровождающие падение метеоритов.

 Падения метеорита на Землю сопровождаются световыми, звуковыми и механическими явлениями. По небу стремительно проносится яркий огненный шар, называемый болидом, сопровождаемый хвостом и разлетающимися искрами. По пути движения болида на небе остаётся след в виде дымной полосы. След, первоначально прямолинейный, быстро искривляется под влиянием воздушных течений, направленных на разных высотах в разные стороны, и принимает зигзагообразную форму. Ночью болид освещает местность на сотни километров вокруг. Через несколько десятков секунд после исчезновения болида раздаются удары, подобные взрывам, за ними следует грохот, треск и постепенно затихающий гул, вызываемые ударными (баллистическими) волнами.

Появление болида вызывается вторжением в земную атмосферу метеорного тела, скорость которого достигает полутора и более десятков км/сек. Вследствие сопротивления воздуха метеорное тело тормозится, кинетическая энергия его переходит в теплоту и свет. В результате поверхностные части метеорного тела и образующаяся вокруг него воздушная оболочка нагреваются до нескольких тысяч градусов. Вещество метеорного тела вскипает, испаряется, а частично в расплавленном состоянии срывается воздушными потоками и разбрызгивается на мельчайшие капельки, немедленно затвердевающие и превращающиеся в шарики метеорной пыли. Из продуктов, образуемых в результате этого процесса, формируется пылевой след болида. Метеорное тело начинает светиться на высоте около 130—80 км, а на высоте 20—10 км его движение обычно полностью затормаживается. В этой части пути, называемой областью задержки, прекращаются нагревание и испарение метеорного тела (его обломков), болид исчезает, а тонкий расплавленный слой на поверхности обломков быстро затвердевает, образуя кору плавления. После области задержки тёмные, покрытые затвердевшей корой обломки метеорного тела, падают почти отвесно под влиянием притяжения Земли. Падая, они остывают и при достижении грунта оказываются только тёплыми или горячими.

2. 3. Происхождение метеоритов.

Наиболее распространена точка зрения, согласно которой метеориты представляют собой обломки малых планет. Установлено, что метеорные тела движутся по эллиптическим орбитам, подобным орбитам малых планет. Огромное количество мелких малых планет, диаметром много меньше километра, составляют группу, переходную от малых планет к метеорным телам. Вследствие соударений, происходящих между мелкими малыми планетами при их движении, идёт непрерывный процесс их дробления на всё более мелкие части, пополняющие состав метеорных тел в межпланетном пространстве.

Выводы по главе 2.

Метеориты являются образцами твёрдого вещества внеземного происхождения, доступными для непосредственного изучения и доставляющими многообразную информацию о ранней стадии образования Солнечной системы и её дальнейшей эволюции 

3. Кометы.

Свое название, которое в буквальном переводе с древнегреческого означает «лохматый», космические путешественницы получили из-за своего «растрепанного» хвоста и окружающего ядро ореола.

Комета, небольшое небесное тело, движущееся в межпланетном пространстве и обильно выделяющее газ при сближении с Солнцем. С кометами связаны разнообразные физические процессы, от сублимации (сухое испарение) льда до плазменных явлений. Наблюдение комет и даже их открытие нередко осуществляются любителями астрономии. Иногда кометы бывают столь яркими, что привлекают всеобщее внимание. В прошлом появление ярких комет вызывало у людей страх и служило источником вдохновения для художников и карикатуристов.

3. 1 Движение и пространственное распределение.

Все или почти все кометы являются составными частями Солнечной системы. Они, как и планеты, подчиняются законам тяготения, но движутся весьма своеобразно. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, которое называют «прямым» в отличие от «обратного», по почти круговым орбитам, лежащим примерно в одной плоскости (эклиптики), а кометы движутся как в прямом, так и обратном направлениях по сильно вытянутым (эксцентричным) орбитам, наклоненным под различными углами к эклиптике. Именно характер движения сразу выдает комету. Кроме того, ядра комет совершают обороты еще и вокруг своей оси.

Опираясь на частоту появления внутри Солнечной системы, кометы подразделяются на тела с коротким и долгим периодом обращения. Эти периоды могут длиться от 3 лет до нескольких веков. Считается, что большинство комет – это гостьи из того самого облака астероидов и пыли, которое при образовании нашей системы было выброшено на самые ее окраины.

Солнечные ветры выдувают частицы вещества из ядра комет в противоположную от звезды сторону, там же удерживаются и все другие частицы космического газа и пыли, подхваченные кометами в облаке на периферии системы. Все это и составляет хвост, который может волочиться за ядром на несколько сотен километров. Кстати, сам по себе этот хвост совершенно не видим из-за большой разреженности частиц. С Земли мы можем наблюдать его свечение благодаря все тем же солнечным лучам.

Еще кометы можно классифицировать и по качественным признакам хвоста. В соответствии с этим параметром ядро может тянуть за собой длинный прямой, длинный изогнутый или короткий шлейф.

Благодаря космическим аппаратам, направленным прямо на некоторые из комет с целью их освоения, ученые получили точные данные о химическом составе и размерах ядер и хвостов, а также прекрасные фотоснимки комет, позволяющие оценить другие их параметры.

3. 2 Физика комет

Ядро. Все проявления кометы, так или иначе, связаны с ядром кометы, которое является сплошным телом, состоящим в основном из водяного льда с частицами пыли. Возможно, ядро является конгломератом нескольких «кометезималей», каждая не более километра в диаметре.

Блеск. Наблюдаемый блеск освещенного Солнцем небесного тела с неизменной поверхностью меняется обратно пропорционально квадратам его расстояний от наблюдателя и от Солнца. Однако солнечный свет рассеивается в основном газопылевой оболочкой кометы, эффективная площадь которой зависит от скорости сублимации льда, а та, в свою очередь, – от теплового потока, падающего на ядро, который сам изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния до Солнца. Поэтому блеск кометы должен меняться обратно пропорционально четвертой степени расстояния до Солнца, что и подтверждают наблюдения.

Размер ядра. Размер ядра кометы можно оценить из наблюдений в то время, когда оно далеко от Солнца и не окутано газопылевой оболочкой. В этом случае свет отражается только твердой поверхностью ядра, диаметры большинства из них лежат в диапазоне от 0,5 до 25 км.

Сублимация (сухое испарение). Переход вещества из твердого состояния в газообразное важен для физики комет. Сублимация пыле-ледяной смеси происходит в несколько этапов. Потоки газа и подхваченные ими мелкие и пушистые пылинки покидают ядро, поскольку притяжение у его поверхности крайне слабое. Но плотные или скрепленные между собой тяжелые пылинки газовый поток не уносит, и формируется пылевая кора. Затем солнечные лучи нагревают пылевой слой, тепло проходит внутрь, лед сублимируется, и газовые потоки прорываются, ломая пылевую кору. Эти эффекты проявились при наблюдении кометы Галлея в 1986: сублимация и отток газа происходили лишь в нескольких областях ядра кометы, освещенных Солнцем. Вероятно, в этих областях обнажился лед, тогда как остальная поверхность была закрыта корой. Вырвавшиеся на свободу газ и пыль формируют наблюдаемые структуры вокруг ядра кометы.

Кома. Пылинки и газ из нейтральных молекул образуют почти сферическую кому кометы. Обычно кома тянется от 100 тыс. до 1 млн. км от ядра. Давление света может деформировать кому, вытянув ее в антисолнечном направлении.

Водородная корона. Поскольку льды ядра в основном водяные, то и кома в основном содержит молекулы воды, из которых под действием света атомы кислорода и водорода. Быстрые атомы водорода улетают далеко от ядра, прежде чем оказываются ионизованными, и образуют корону, видимый размер которой часто превосходит солнечный диск.

Хвост и сопутствующие явления. Хвост кометы может состоять из молекулярной плазмы или пыли. Некоторые кометы имеют хвосты обоих типов.

Пылевой хвост обычно однородный и тянется на миллионы и десятки миллионов километров. Он образован пылинками, отброшенными давлением солнечного света от ядра в антисолнечном направлении, и имеет желтоватый цвет, поскольку пылинки просто рассеивают солнечный свет.

Плазменный хвост в десятки и даже сотни миллионов километров длиной – это видимое проявление сложного взаимодействия между кометой и солнечным ветром.

Замечательное зрелище представляет «обрыв хвоста». Как известно, в нормальном состоянии плазменный хвост связан с головой кометы магнитным полем. Однако нередко хвост отрывается от головы и отстает, а на его месте образуется новый. Это случается, когда комета проходит через границу областей солнечного ветра с противоположно направленным магнитным полем. В этот момент магнитная структура хвоста перестраивается, что выглядит как обрыв и формирование нового хвоста.

3. 3 Орбиты и классификация

Орбита и скорость. Движение ядра кометы полностью определяется притяжением Солнца. Форма орбиты кометы, как и любого другого тела в Солнечной системе, зависит от ее скорости и расстояния до Солнца.

Классификация кометных орбит. Орбиты у большинства комет эллиптические, поэтому они принадлежат Солнечной системе. Правда, у многих комет это очень вытянутые эллипсы, близкие к параболе; по ним кометы уходят от Солнца очень далеко и надолго. Принято делить эллиптические орбиты комет на два основных типа: короткопериодические и долгопериодические (почти параболические). Пограничным считается орбитальный период в 200 лет.

Выводы по главе 3.

Кометы – это остатки формирования Солнечной системы, переходная ступень к межзвездному веществу.

Заключение.

Изучение комет, метеоритов, астероидов имеет важное значение не только для правильного представления о нашей системе, но и для понимания причин и закономерностей возникновения планетных систем в окрестностях других звезд. Благодаря возможностям современной наблюдательной техники удалось установить, что у ряда соседних звезд имеются крупные планеты типа Юпитера. На очереди стоит обнаружение у этих и у других звезд меньших по размеру планет земного типа. Затем с помощью обобщения возможно постепенное уточнение понимания природы и основных закономерностей эволюции.

В данном исследовании показано, что человечеству в какой-то мере удалось изучить проблему возникновения, состав, строение метеоров, комет, метеоритов, астероидов. Но остается еще много вопросов, над которыми будут работать ни одно поколение ученых.