Астрономія
Астрономія

Малі тіла Сонячної системи і де їх шукати

Крім нашої зірки, планет та їхніх супутників, у Сонячній системі існує ціла популяція малих тіл: комети, астероїди, метеороїди, міжпланетний пил. Це — будівельний матеріал, який залишився з часів формування системи. Хоча його можна відшукати майже скрізь поблизу Сонця, більшість із цих об’єктів концентрується у певних регіонах. Розбираємося, як їх розрізняти та які з них потенційно загрожують Землі.

Cristofer Jeschke / Unsplash

Cristofer Jeschke / Unsplash

Хто є хто

Усе почалося близько 4,6 мільярдів років тому, коли хмара газу та пилу сколапсувала під дією власної гравітації, утворивши сонячну туманність — диск матеріалу, що обертався навколо центральної ділянки з вищою густиною. Газ і пил потрапляли у центр диску, і врешті решт тиск і температура у цій частині стали достатніми для початку ядерного синтезу — так утворилося Сонце. Частинки матеріалу, які залишилися після цього, стикалися та поступово зростали у розмірах, формуючи планетезималі, а згодом і протопланети. На певному етапі, коли більша частина матеріалу сонячної туманності вже сформувала такі об’єкти, сонячний вітер очистив систему від залишків пилу та газу. Великі уламки, що залишилися після цього — це і є астероїди та комети.

За даними на 2019 рік, астрономам було відомо 1 081 842 астероїдів та 3723 комети. Ці два типи малих тіл відрізняються за складом і походженням. Астероїди складаються з металів і силікатів та сформувалися ближче до Сонця, тоді як комети утворилися значно далі, де низька температура дозволила їм мати у своєму складі велику кількість льоду і летких речовин. Зазвичай комети мають дуже витягнуту орбіту, і коли вони наближаються до Сонця, їхні льоди випаровуються, утворюючи кому і хвости. Однак існує і тип об’єктів, що займає проміжне становище між кометами і астероїдами — вони називаються кентаврами. Ці тіла знаходяться в основному між Юпітером і Нептуном, їхні орбіти нестабільні через вплив газових гігантів. Наближаючись до Сонця, вони стають схожими на комети, так само утворюючи шлейфи з газу та пилу.

Таке красиве явище як серпневий зорепад насправді жодного стосунку до падіння зірок не має. Яскраві сліди у атмосфері Землі лишають метеороїди — невеликі тверді тіла, уламки астероїдів чи комет. Самі ці сліди та спалахи у небі називаються метеорами, а це явище із більшою інтенсивністю отримало назву болід. За визначенням Міжнародного астрономічного союзу, метеороїдами вважаються об’єкти розміром від 30 мікронів до 1 метра. Менші тіла називаються міжпланетним пилом. Якщо тверде тіло переживає фазу горіння у атмосфери і падає на Землю, його називають метеоритом.

Однак чому в певні періоди року стаються інтенсивні зорепади? Персеїди, Леоніди, Геменіди — усі ці метеорні потоки походять від комет. Наближаючись до Сонця, комети втрачають тверді частинки, формуючи хмари свого матеріалу. Коли Земля, подорожуючи орбітою, опиняється у таких хмарах, ми бачимо метеорні потоки. Спостерігачам завдяки перспективі здається, ніби усі метеори під час такого явища виходять з однієї точки, хоча насправді це не так — вони просто падають під одним кутом паралельними потоками. Свої назви метеорні дощі отримують за назвами сузір’їв, у яких розташовуються ці уявні точки.

Berkó Ernő / Wikimedia Commons

Berkó Ernő / Wikimedia Commons

Де кого шукати

Більшість астероїдів знаходиться на орбіті між Марсом і Юпітером — цей регіон називається головним поясом астероїдів. Тут нараховується від 1,1 до 1,9 мільйонів об’єктів, діаметр яких більший за один кілометр, і ще мільйони менших тіл. Крім того, розміри більше 200 астероїдів регіону перевищують 100 кілометрів. Найяскравіший астероїд головного поясу, 4 Веста, завдовжки у 525 кілометрів. Це також найбільший і наймасивніший об’єкт поясу після карликової планети Церери.

А найменшим астероїдом, який коли-небудь вивчався, став 2015 TC25, діаметр якого становить лише близько двох метрів. Він входить до групи навколоземних об’єктів. Це астероїди чи вироджені комети, що наближаються до Землі на відстань меншу, ніж 1,3 астрономічних одиниці (одна астрономічна одиниця дорівнює відстані між Землею та Сонцем). Однак ці тіла не обов’язково дійсно перетинають орбіту Землі. Більша частина астероїдів, що наближається до нашої планети, походить із головного поясу, звідки їх виштовхнув гравітаційний вплив Юпітера або зіткнення із іншими тілами. Навколоземні об’єкти можуть існувати на своїх орбітах близько 10 мільйонів років, а потім вони або викидаються із Сонячної системи, або стикаються із планетами у її внутрішній частині чи із самою нашою зіркою.

Ще одне місце за межами головного поясу астероїдів, де слід шукати малі тіла — точки Лагранжа L4 та L5. Невеликий об'єкт, що знаходиться у одній із них, може займати стабільне положення по відношенню до планети, перебуваючи на її орбіті. Тобто, гравітаційні сили планети і Сонця впливатимуть на астероїд у такій позиції так, що він постійно лишатиметься або попереду, або позаду планети, коли вона рухається своєю орбітою. Перший з таких об’єктів був відкритий біля Юпітера, він отримав назву Ахіллес, і таку групу астероїдів назвали троянськими. Згодом астероїди біля Юпітера у точці L4 почали називати іменами грецьких героїв, а астероїди з точки L5 іменами троянців. Таким чином, навколо найбільшого газового гіганта Сонячної системи існує «грецький табір» та «троянський». Цікаво, що у кожному таборі є «шпигун»: астероїди Патрокл (у точці L5) та Гектор (у точці L4) були названі ще до того, як склалася така традиція. Крім того, виявилося, що астероїди у точках L4 та L5 існують і біля інших планет: Марса, Нептуна, Урана, Венери і навіть Землі.

Камера обертається разом з Юпітером, троянські астероїди позначені білим. NASA's Scientific Visualization Studio / YouTube

За орбітою Нептуна розташований пояс Койпера — великий регіон, заповнений мільйонами крижаних тіл. Його основна частина починається на відстані близько 30 астрономічних одиниць від Сонця та закінчується на відстані 50 астрономічних одиниць. Ця область має форму тора, вона вважається джерелом більшості спостережуваних кентаврів та короткоперіодичних комет, тобто таких, що наближаються до Сонця частіше, ніж один раз на двісті років (або ж людство фіксувало їхнє наближення до нашої зірки частіше, ніж один раз). Пояс Койпера дуже повільно руйнується: його об'єкти періодично стикаються одне з одним, формуючи безліч нових малих тіл, а присутній у регіоні міжпланетний пил полишає Сонячну систему під дією сонячного вітру. Комети, що походять з цього регіону, витісняються гравітацією Нептуна у внутрішню Сонячну систему. Інколи вони опиняються на таких орбітах, де зазнають впливу Юпітера. Тоді їхні періоди обертання навколо Сонця стають короткими і тривають двадцять років або менше. Вони досить швидко вичерпують свої леткі речовини та припиняють кометну активність.

Інший регіон, розсіяний диск, частково перекриває зовнішній пояс Койпера, але простягається значно далі — на тисячу астрономічних одиниць. Деякі астрономи вважають його частиною пояса Койпера, інші — окремою областю. Є ще одна риса, що вирізняє ці два регіони: об’єкти пояса Койпера мають стабільні орбіти, на відміну від об’єктів розсіяного диску, які рухаються під великим кутом до площини обертання планети Сонячної системи. Астрономи припускають, що за формування розсіяного диску відповідальний Нептун: він сформувався ближче до Сонця, але згодом під впливом гравітації Юпітера і Сатурна поступово мігрував до поясу Койпера. У результаті деякі його об’єкти виштовхнулися назовні, формуючи розсіяний диск.

Пояс Койпера та Хмара Оорта. ESA

Пояс Койпера та Хмара Оорта. ESA

Нарешті, довгоперіодичні комети Сонячної системи походять з її найвіддаленішої області — хмари Оорта. Це сфера із крижаних об’єктів, що оточує Сонце, планети і пояс Койпера на величезній відстані. Внутрішній край хмари Оорта знаходиться за 2‒5 тисяч астрономічних одиниць від Сонця, зовнішній віддалений від нашої зірки на 10‒100 тисяч астрономічних одиниць. Це настільки далеко, що апарату «Вояджер-1», який наразі знаходиться на відстані 22,7 мільярдів кілометрів, знадобиться ще близько 300 років, щоб увійти у хмару Оорта, а покинути її він зможе ще через 30 тисяч років. Тобто, цей регіон розташовується надто далеко, щоб ми могли його побачити, однак ми знаємо про його існування завдяки довгоперіодичним кометам, які з нього приходять. Сотні мільярдів крижаних тіл, які тут знаходяться, періодично відчувають гравітаційні збурення, і деякі з них починають прямувати у внутрішню частину Сонячної системи. Більшість з таких об’єктів мають настільки довгі орбітальні періоди, що людство бачило їх лише один раз. Наприклад, минулорічна комета NEOWISE належала саме до таких і стала найяскравішою за останні десятиріччя.

Комета C/2020 F3 (NEOWISE) над Одесою. Andrey Nikolenko / Wikimedia Commons

Комета C/2020 F3 (NEOWISE) над Одесою. Andrey Nikolenko / Wikimedia Commons

Кого боятися

Навколоземні об’єкти, які особливо наближуються до нашої планети і є досить великими, щоб спричинити значні руйнування, визначаються як потенційно небезпечні астероїди. Так, Центр досліджень навколоземних об’єктів вважає такими астероїди, які наближаються до Землі більше, ніж на 0,05 астрономічних одиниць та мають абсолютну зоряну величину 22 та менше. Іншими словами, відстань від планети до цих об’єктів має складати менше 7 480 000 кілометрів, а їхній діаметр становить більше 140 метрів. Станом на травень 2021 нам відомо 2242 потенційно небезпечних астероїдів. Серед них, за останніми оцінками, розміри 157 перевищують один кілометр.

Для оцінки потенційної небезпеки, які несуть астероїди, дослідники розробили дві шкали — Палермську та Туринську. Перша використовується професійними астрономами, а друга зручніша для широкого загалу. Під час розрахунку ці системи враховують кінетичну енергію об’єкта та імовірність зіткнення із ним. Чим вищий бал у астероїда за цими шкалами, тим більший ризик він несе. Так, згідно з Палермською шкалою, тіла зі значенням мінус 2 відображають події, для яких відсутні ймовірні наслідки, а от якщо їхній рейтинг складає від мінус 2 до 0, за ними варто слідкувати.

Наразі значення вище мінус 2 за цією шкалою лише у двох астероїдів: у 101955 Бенну, зразки з якого, зібрані апаратом OSIRIS-REx, наразі летять до земних лабораторій, та у астероїда 29075 (1950 DA). За оцінками, наближення Бенну може статися у 2175-2199 роках, а наближення 29075 (1950 DA) — у 2880 році. При цьому шанси на зіткнення із цими астероїдами складатимуть 0.037% та 0.012% відповідно.

Враховуючи, що більшу частину великих навколоземних астероїдів астрономи вже виявили та продовжують вивчати, найближчими століттями можемо спати спокійно. Знання розмірів, форми, маси, складу та будови таких об’єктів допомагає визначити найкращий спосіб протидіяти тим із них, що стануть небезпечними для Землі. Наразі дослідники працюють над такими проєктами, і часу на їхню розробку у науковців достатньо.

Paul Fleet / Discovery

Paul Fleet / Discovery