Астероиды Солнечной системы08.03.2016 09:07

Астроном Владимир Бусарев о строении вещества астероидов, их таксономических типах и источниках возникновения земной жизни

Астероидами называются тела Солнечной системы, которые движутся, как и большие планеты, вокруг Солнца. Слово «астероид» имеет древнегреческое происхождение и означает «звездоподобный». Астероид действительно похож на звезду, когда мы смотрим на него, например, в телескоп, то есть это точечный светящийся объект. При наблюдениях с Земли даже самые крупные астероиды видны как точечные объекты.

Церера, самый большой астероид Солнечной системы, диаметр которого составляет около тысячи километров, наблюдается как светящаяся точка, и можно даже различить какие-то детали на его поверхности. В 2016 году астрофизики изучают его с помощью американского космического аппарата Dawn, что в переводе означает «Рассвет». Этот космический аппарат вышел на орбиту вокруг астероида и получает его детальное изображение. Оказалось, что поверхность астероида очень древняя и похожа на лунную, то есть покрыта большим количеством кратеров. Все эти кратеры образовались на поверхности Цереры в результате падения более мелких тел за очень большое время.

Астероиды — это древнейшие тела Солнечной системы, поскольку их возраст в среднем оценивается не менее 4 миллиардов лет. Конечно, они претерпевали какие-то ударные воздействия, столкновения и между собой при падении более мелких тел, движущихся, например, с периферии Солнечной системы. Тем не менее они состоят из достаточно примитивного вещества. Оно наименее геологически измененное, поскольку с момента формирования прошло более 4 миллиардов лет, когда началось образование родительских тел астероидов.

Считается, что родительские тела астероидов были более крупными, их размеры могли достигать нескольких тысяч километров, по крайней мере в Главном поясе астероидов. Этот пояс — кольцеобразное формирование, которое находится между орбитами Марса и Юпитера, размером примерно от двух до трех астрономических единиц (вспомним, что одна астрономическая единица — это расстояние от Земли до Солнца).

Кристаллический метеорит, Южная Америка (NASA // flickr)

Сейчас известно около 14 основных таксономических типов астероидов, которые различаются по своим наблюдаемым характеристикам. В основном это оптические характеристики, с помощью которых оценивается состав вещества астероида, в частности спектральные. Все эти 14 типов астероидов имеют различные спектры отражения. Спектр отражения представляет собой спектр астероида, деленный на спектр Солнца. Таким образом, получается спектр отражения, на котором можно выявить некие полосы поглощения, связанные с минералогией астероида. Форма спектра отражения в видимом диапазоне является признаком его минералогии и принадлежности к тому или другому таксономическому классу.

Есть астероиды примитивных типов, которые мало изменялись. Они состоят из таких минералов, как водосодержащие силикаты вроде серпентинов, хлоритов, окислов, гидроокислов. Есть астероиды промежуточных типов, а есть астероиды высокотемпературных типов, которые состоят в основном из таких высокотемпературных минералов, как оливины, пироксены, плагиоклазы и другие минералы.

Астероиды высокотемпературных типов претерпевают воздействие высоких температур и могли образоваться при дроблении более крупных тел, которые испытали магматическую дифференциацию. Поэтому сейчас считается вполне правдоподобной гипотеза, согласно которой астероиды разных таксономических или спектральных типов образовались при дроблении более крупных родительских тел, возникших на тех гелиоцентрических расстояниях от Солнца, о которых было сказано, то есть от двух до трех астрономических единиц.

В свое время считалось, что астероиды разных спектральных типов образовались при дроблении одних и тех же родительских тел. В частности, астероиды высокотемпературных типов возникли как бы из ядер этих дифференцированных тел, а астероиды более примитивных типов представляют собой фрагменты поверхностных слоев этих родительских тел. Но в последнее время с появлением новых наблюдательных данных и данных, полученных с помощью космических аппаратов, получается, что тела разных типов — низкотемпературных и высокотемпературных — могли возникнуть на самом деле на разных гелиоцентрических расстояниях. И даже существуют гипотезы, которые говорят, что на тех расстояниях, на которых сейчас находится Главный пояс астероидов, изначально вообще не было никаких тел, а Главный пояс астероидов фактически представляет собой свалку тел, заброшенных в эту кольцевую зону из внутренней и внешней части Солнечной системы.

Прото-Юпитер или просто Юпитер мог сыграть ключевую роль в формировании Главного пояса астероидов. Дело в том, что это крупнейшая планета Солнечной системы, которая находится практически рядом с Главным поясом астероидов. Поэтому, как показали аналитические расчеты известных специалистов отечественной школы Шмидта, школы космогонистов, в частности работа Сафронова и его сотрудников, после того, как прото-Юпитер достиг по массе нескольких масс Земли, он начал преимущественно выбрасывать небольшие тела из зоны своего формирования далеко за пределы этой зоны. Он выбрасывал такие тела как внутрь Солнечной системы, так и наружу. Значительная часть таких тел, в которые входило большое количество летучих соединений, попала в Главный пояс астероидов. В результате столкновения с родительскими телами астероидов могла быть внесена значительная масса летучих соединений в виде тел более примитивного состава.

Образование астероида при взрыве сверхновой X9–23a7x, графическая интерпретация (NASA // flickr)

Получается, что астероиды примитивного состава могли возникнуть в соответствии с описанным механизмом и остаться в Главном поясе как реликты тел из зоны формирования Юпитера. С другой стороны, тела, из которых сформировались планеты земной группы, — это тела меньших размеров, десятки и сотни километров, и они при своих столкновениях так же могли выбрасываться в зону Главного пояса астероидов и привносить тела более высокотемпературного состава. Поэтому то, что сейчас находится в Главном поясе астероидов, может представлять собой не только тела, которые могли возникнуть прямо на таких гелиоцентрических расстояниях, но также и смесь тел, которые возникли в соседних зонах, то есть в зоне формирования Юпитера и в зоне планет земной группы. Таким образом могло возникнуть многообразие разных типов астероидов.

Кроме астероидов Главного пояса есть так называемые астероиды, сближающиеся с Землей. Это те астероиды, у которых большая полуось орбиты меньше 1,3 астрономической единицы. Есть три основные группы астероидов, сближающихся с Землей. Это так называемые «амурцы», по названию самого крупного тела этой группы — Амура. Их орбиты находятся за пределами земной орбиты, но достаточно близко к ней. Есть группа «аполлонцев», которая называется по имени крупнейшего представителя этой группы — Аполлона. У них орбиты пересекаются с земной орбитой. Если «амурцы» составляют примерно 32% астероидов, сближающихся с Землей, то «аполлонцы» —примерно 62%. Есть еще одна небольшая группа — «атонцы», орбиты которых почти целиком находятся внутри земной орбиты. «Аполлонцы» и «атонцы» — это так называемые опасные объекты, которые пересекаются с земной орбитой и представляют собой астероидную опасность.

Все три описанные группы, как показывают и наблюдения, и расчеты, произошли от астероидов Главного пояса, поскольку астероиды Главного пояса находятся под сильным гравитационным влиянием Юпитера и существует целый ряд гравитационных резонансов. Те астероиды, которые находятся в таких резонансах и подвергаются постоянным гравитационным возмущениям, рано или поздно выбрасываются из Главного пояса и, как правило, попадают в группу астероидов, сближающихся с Землей.

Но астероиды как наиболее древние объекты Солнечной системы вызывают как раз интерес с точки зрения изучения вещества, из которого сформировалась вся Солнечная система, как источника летучих соединений, привнесенных на Землю, в частности вода и органические соединения наряду с ядрами комет. То есть ядра комет и астероиды являются источниками и летучих соединений, и достаточно сложных органических соединений, которые могли составить основу для возникновения жизни на Земле.

Почему кометы и астероиды вызывают постоянный высокий интерес? Поскольку это наиболее древние объекты Солнечной системы, из которых произошла вся Солнечная система, мы должны знать, из какого вещества образовались планеты и все остальное. Кроме того, и ядра комет, и астероиды являются источниками летучих соединений, которые были доставлены на земную поверхность, поскольку Земля в процессе своего формирования лишилась этих летучих соединений по причине высоких температур у поверхности. После того как земная поверхность остыла, все эти важные для эволюции Земли соединения были доставлены как раз при падении кометных ядер и небольших астероидов.