Планеты-крохи

Растерянность астрономов не знала предела, когда в марте – апреле 1802 г. Ольберс, наблюдая Цереру, обнаружил неподалеку от нее еще одну слабую планету. Ее назвали Палладой. Название Паллада, что в переводе значит «потрясающая»[22], служит постоянным эпитетом и как бы вторым именем греческой богини разума, ремесел и войны Афины. Расстояние Паллады от Солнца тоже оказалось равным 2,8 астрономической единицы. Что и говорить: не было ни гроша, да вдруг алтын. В 1804 г. к двум новым планетам добавилась третья – Юнона. Вскоре Ольберс примерно на том же удалении от Солнца открыл четвертую планету – Весту.

Пиацци предлагал именовать многочисленных обретенных членов Солнечной системы не планетами, а планетоподобными телами – планетоидами. Однако за ними укрепилось предложенное Вильямом Гершелем общее имя астероиды – «звездоподобные». В наши дни их часто называют малыми планетами. Размеры астероидов действительно очень невелики. Самой большой оказалась Церера – поперечник ее по современным оценкам составляет около 1000 км. Поперечник стоящей на втором месте по размерам Паллады составляет около 600 км.

Ольберсу первому пришла в голову мысль о том, что малые планеты, возможно, представляют собой осколки одной большой планеты, помещавшейся некогда, как и предписывается правилом Тициуса – Боде, между орбитами Марса и Юпитера. Следовательно, число астероидов вовсе не должно ограничиваться четырьмя, и дальнейшие поиски признавались делом вполне уместным. Для облегчения работы Берлинская Академия наук организовала составление специальной звездной карты. Систематическое сопоставление вида звездного неба в телескоп с этой картой и должно было выявлять перемещающиеся звездообразные объекты.

Составление Берлинской звездной карты отняло много лет, но открытия астероидов после ее появления действительно участились. В 1845 г. «родилась» Астрея, затем в один год объявились Геба, Ирис и Флора, за ними Метида, Виктория, Эвномия, Мельпомена и т. д. – конца этим открытиям не предвиделось.

Если в 1852 г. было известно лишь 20 астероидов, то к 1870 г. число их достигло 109. С применением же для цели поисков астероидов фотографии их стали обнаруживать сотнями. Если первая четверка астероидов имела поперечники хотя бы в сотни километров, то теперь астрономам стали попадаться глыбы размерами в несколько десятков километров. Наименьшие же из обнаруженных астероидов имеют в поперечнике всего-навсего 1-2 км.

Из-за плохой погоды, чересчур быстрого перемещения и по другим причинам лишь небольшую часть из множества вновь открываемых астероидов удается наблюдать несколько раз. Для них вычисляются орбиты, такие астероиды получают номер и регистрируются в каталогах. Несмотря на многие трудности, число «учтенных» астероидов непрерывно растет. Вот данные об общем количестве зарегистрированных астероидов за три 50-летних периода:

На 1 ноября 1985 г. общее количество зарегистрированных астероидов достигло 3330.

До Великой Отечественной войны большой вклад в открытие новых астероидов внесли советские астрономы, работавшие в Симеизской обсерватории в Крыму. Они поддерживали тесный контакт с международным Центром по малым планетам, который находился в Германии. В послевоенное время этот Центр был перенесен в США и ныне работает при Смитсонианской астрофизической обсерватории. В СССР по поручению Международного астрономического союза вычислениями орбит астероидов занимается Институт теоретической астрономии АН СССР в Ленинграде.

Общее число малых планет в Солнечной системе не раз пытались более или менее достоверно оценить разные астрономы. У них различались исходные предположения, не сходились и ответы. Одно только роднило эти ответы: число малых планет всегда оказывалось чудовищно большим. По современным представлениям, вокруг Солнца обращается около одного млн астероидов, включая астероиды размером до 1 км. Подавляющее большинство этих «карманных планеток» не может наблюдаться с Земли ни при каких условиях. Но если бы из года в – год использовать для их поисков крупнейшие в мире телескопы, число зарегистрированных астероидов удалось бы, вероятно, довести тысяч до пятидесяти. Конечно же, те три с лишним тысячи объектов, которые занесены ныне в специальные каталоги, – это ничтожная доля процента, капля в океане крупных фрагментов, глыб и камней, обращающихся вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера.

Но и этого количества обнаруженных астероидов оказалось достаточно, чтобы установить некоторые важные закономерности.

Астероиды обращаются вокруг Солнца, двигаясь в ту же сторону, что и большие планеты, – против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса мира. Львиная доля их удалена от Солнца на расстояния от 2,3 до 3,3 астрономической единицы. Таким образом, планеты-карлики образуют между орбитами Марса и Юпитера широкое кольцо, или, как его иначе называют, «пояс астероидов». Среднее расстояние пояса астероидов от Солнца – 2,8 астрономической единицы – действительно соответствует той величине, которая предвычислялась до его открытия по правилу Тициуса-Боде.

Плотность астероидов внутри пояса неравномерна. Вначале астрономы не видели причин для беспокойства в том, что им практически не встречаются малые планеты с расстояниями от Солнца, например, в 2,50 или 2,84 астрономической единицы. Но в конце концов существование нескольких «провалов» в поясе астероидов стало очевидным. Объяснить их удалось воздействием гиганта Юпитера.

Согласно третьему закону Кеплера, расстояние планеты от Солнца и период ее обращения вокруг Солнца неразрывно связаны. Если период обращения малой планеты оказывался кратным периоду обращения Юпитера, то взаимное расположение Солнца, Юпитера и малой планеты систематически повторялось. Из-за огромной массы и близости Юпитера его так называемое возмущающее влияние на движение малой планеты было очень значительным и, систематически повторяясь одинаковым образом, приводило к тому, что малая планета сходила со своей первоначальной орбиты. Период ее обращения вокруг Солнца изменялся. Так исчезали малые планеты с периодами обращения в ¹/₂, ¹/₃, ²/₅, ³/₇ от периода обращения Юпитера. В связи с этим и появились в поясе астероидов пустые места, щели, которые называют «люками Кирквуда».

Возмущающее действие Юпитера привело не только к возникновению пустот в поясе астероидов, но и к возникновению там сгустков, семейств малых планет, движущихся по очень близким орбитам.

В 1906 г. были открыты две группы астероидов, движущихся по орбите Юпитера с тем же, что у Юпитера, периодом обращения вокруг Солнца. Они получили имена героев описанной Гомером в. «Илиаде» Троянской войны. На 60° впереди планеты движется группа «греков», на 60° позади – группа «защитников Трои». Каждая из групп астероидов-троянцев расположена в вершине равностороннего треугольника, в двух других вершинах которого находятся Юпитер и Солнце

С воздействием тяготения Юпитера связано существование знаменитой «троянской» группы астероидов. Эти астероиды движутся строго по орбите Юпитера, часть впереди, а часть позади него. Период обращения «троянцев» вокруг Солнца в точности совпадает с периодом обращения Юпитера.

Задолго до открытия «троянцев» один из создателей небесной механики Лагранж, занимаясь задачей взаимного притяжения трех тел, нашел любопытный частный случай. Он математически показал, что если вокруг тела A (например, Солнца) обращается значительно менее массивное тело B (например, Юпитер) и если по той же самой орбите тела B обращается вокруг А еще гораздо менее массивное тело C (например, астероид), то движение тела C по орбите тела В может длиться неопределенно долго при том важном условии, что тела A, B и C находятся в вершинах равностороннего треугольника. Такое движение оказывается устойчивым. Это значит, что если какая-либо внешняя сила попытается вывести малое тело C из занятой им «точки равновесия», то тотчас возникающее возмущающее притяжение более массивного тела B непременно станет толкать его обратно в исходное положение.

Лагранж указал на этот случай как на чисто теоретическую возможность, даже не предполагая встретить его в пределах Солнечной системы. Каково же было удовлетворение астрономов, когда они в начале XX в. неожиданно натолкнулись на подтверждение такого теоретического решения в природе.

Теперь известно уже более 20 крупных астероидов, которые движутся по орбите Юпитера в соответствии с решением Лагранжа. Большинству из них даны имена героев описанной Гомером в «Илиаде» Троянской войны. Поэтому и вся группа названа «троянцами».

Со времен Ольберса в литературе получила распространение точка зрения, что гигант Юпитер не только расчистил «люки Кирквуда», организовал семейства астероидов и увлек за собой группу «троянцев», но что именно он-то и является главным виновником самого факта возникновения пояса астероидов. Считалось, что кольцо астероидов может рассматриваться как след гибели пятой планеты Солнечной системы, раскрошенной и рассеянной по орбите мощным возмущающим притяжением гиганта Юпитера. Этой гипотетической планете дали даже собственное имя – Фаэтон.

По греческой мифологии, Фаэтон был одним из сыновей бога Солнца, но он был смертным. Фаэтон мечтал доказать приятелям свое родство с Гелиосом, и ему пришла в голову безумная мысль проехать по небу на огненной колеснице отца. Управлять же этой колесницей был в силах только сам Гелиос. В роковую минуту вырвал Фаэтон у отца клятву исполнить любое свое желание. И он попросил у Гелиоса его огненную колесницу. В ужасе проклял Гелиос свою уступчивость, но был вынужден исполнить клятву. Как стрела понесся Фаэтон по небу. Не сдержав коней, он упал и разбился насмерть.

Два – три десятилетия назад гипотеза о прискорбной участи планеты Фаэтон казалась более или менее убедительной. Однако сегодня астрономы начали питать к ней глубокий скептицизм.

Исследования последних лет выявили, что многие астероиды – удивительно темные тела, в связи с чем размеры их прежде сильно преуменьшались. Это имело следствием ошибочные оценки распределения астероидов по массам и их общего количества. Новые измерения свидетельствуют, что крупные астероиды по своим физическим характеристикам распадаются на две резко отличных одна от другой группы. «Светлые», или «углистые», астероиды в среднем имеют меньшие размеры, обогащены углеродом и роятся ближе к Солнцу, т. е. «предпочитают» внутреннюю кромку астероидного пояса. Более крупные астероиды, как правило, принадлежат к другой категории. Они темные, приближаются по составу к земным силикатным породам и сосредоточены у внешней границы кольца астероидов.

Эти данные как будто противоречат представлению о едином происхождении астероидов из раскрошенной планеты. Да и суммарная масса астероидов – по новейшим оценкам она достигает всего лишь ¹/_{20 000} массы Земли – явно недостаточна, чтобы они могли некогда составлять «настоящую» полноценную планету.

Фаэтон – был он или не был – условное имя гипотетической планеты. Вы не встретите его в каталогах малых планет. Там помещаются данные не о гипотетических, а о реально открытых астероидах, которым для отличия их друг от друга присваиваются порядковые номера и собственные имена. По ранее существовавшей традиции имена эти были в подавляющем большинстве случаев женские, причем в женские имена переделываются и мужские фамилии, и названия городов. В последние десятилетия эта традиция не соблюдалась.

В честь Владимира Ильича Ленина астероид № 852 назван Владиленой. В память об известных ученых астероиды назывались Ольберсией, Пиаццией, Ломоносовой, Струвеаной, Бредихиной, Штернбергией. В честь городов получили свои названия астероиды Москва, Симеиза и многие другие.

Мужские имена первоначально закреплялись для отличия в особых случаях лишь за теми астероидами, которые обладают какими-либо уникальными свойствами.

В 1898 г. был открыт астероид Эрос (№ 433); он долгое время был единственным из известных астероидов, которые заходят далеко внутрь орбиты Марса. Потом были обнаружены другие астероиды, движущиеся по сильно вытянутым орбитам. Некоторые из них заходят не только внутрь орбиты Марса, но даже внутрь орбит Венеры и Меркурия. Новых редкостных членов пояса астероидов назвали Ганимед, Амур, Аполлон, Адонис, Гермес.

Но самую широкую и шумную известность приобрел открытый в 1949 г. астероид Икар.

Икар обращается вокруг Солнца за 409 дней. Он имеет наименьшее из известных среднее расстояние от Солнца и, приближаясь к нему, заходит далеко внутрь орбиты Меркурия. Удаляясь от Солнца, Икар проходит очень близко от Земли.

Икар стал знаменит в связи со слухами о его возможном столкновении с Землей. Столкновение ожидалось летом 1968 г. Падкие на сенсации журналисты раздули выдуманную историю о том, что будто бы «США, Великобритания и СССР совместно обсуждают возможности использования какой-либо ядерной ракеты для того, чтобы предотвратить столкновение этого астероида с Землей».

Дебаты о том, что Икар упадет на наши головы, не имели под собой почвы. Шанс на столкновение Икара с Землей не составлял и одной Миллиардной. Как и было предвычислено, Икар благополучно миновал Землю на расстоянии свыше 7 млн км. Для примера вспомним, что астероид Гермес, не вызвав, однако, паники, подходил в 1937 г. к Земле на расстояние всего в 580 000 км, т. е. был от нас лишь в полтора раза дальше Луны.

Случай с Икаром очень интересен в психологическом плане. Если даже в наши дни, при всесторонне развитых средствах информации, когда люди читают газеты, слушают радио и смотрят телевидение, возможно распространение нелепых, противоречащих научным данным, но будоражащих весь мир слухов, нетрудно представить себе то чудовищное, подогретое суеверным страхом волнение умов, которое могло возникнуть в связи с необычными астрономическими событиями раньше, в былые столетия.

Отсутствие ясного представления об управляющих небесными явлениями процессах, небольшое число грамотных для своего времени специалистов, отсутствие достоверных сообщений, суеверия – все это в былые времена зачастую приводило к апокалиптическому ожиданию конца света, всяческих ужасов и бедствий.

Но может ли на самом деле астероид столкнуться с Землей? Да, может, подобно тому как может столкнуться с Землей метеорит.

В 1947 г. на территории СССР в западных отрогах Сихотэ-Алинского хребта упал огромный метеорит. На месте его падения экспедициями Академии наук СССР были собраны десятки тонн метеоритного вещества. При влете в земную атмосферу общий вес Сихотэ-Алинского метеорита, по подсчетам, превышал тысячу тонн. Поперечник его составлял несколько метров. Упавшего в Сихотэ-Алине «космического пришельца» вполне справедливо считают мелким астероидом. Но такие явления исключительно редки и не влекут за собой катастрофических последствий для Земли в целом.

Дальнейшее изучение астероидов в высшей степени важно. Астероиды – это наиболее крупная фракция межпланетной материи, размеры твердых частиц которой колеблются от сотен километров до нескольких микрометров. Каково все-таки происхождение этой межпланетной материи? Остатки ли это протопланетного вещества? Или же в наследство от первичного облака нам остались только мельчайшие частицы межпланетной материи, а астероиды – это действительно обломки раскрошенной Юпитером планеты, устроившим неподалеку от себя гигантскую «каменоломню Солнечной системы»?

На все подобного рода вопросы еще предстоит найти убедительные ответы.