Dinamicheskaya evolyuciya kometno-asteroidnogo veshestva v Solnechnoi sisteme
11.01.2007 18:02 | I. A. Gerasimov, B. R. Mushailov

Stat'ya byla opublikovana v zhurnale "Zemlya i Vselennaya" N6/2000, s.28. Privoditsya kratkii obzor issledovanii proishozhdeniya i dinamicheskoi evolyucii kometno-asteroidnogo veshestva v Solnechnoi sisteme. Ocenivaetsya veroyatnost' stolknovenii malyh tel s Zemlei. Vydvigaetsya gipoteza o mnozhestvennosti zon (kolec) Koipera. Obsuzhdaetsya vopros o sushestvovanii skrytoi massy v Solnechnoi sisteme.

MALYE TELA SOLNEChNO' SISTEMY

V konce XVIII v. posle otkrytiya I. Ticiusom (v 1766 g.) tak nazyvaemogo zakona planetnyh rasstoyanii poyavilis' opredelennye osnovaniya predpolagat', chto mezhdu orbitami Marsa i Yupitera dolzhno sushestvovat' eshe odno neobnaruzhennoe nebesnoe telo. Ved' soglasno etomu zakonu, srednee rasstoyanie ot Solnca do kakoi-libo planety (v to vremya byli izvestny lish' shest' planet) mozhet byt' predstavleno v vide r_k = 0,4 + 0,3 . 2^k-2, gde k - nomer planety pri udalenii ee ot Solnca.
(Dlya Merkuriya rezul'tat poluchaetsya tochnee, esli prinyat' k → -∞; v nastoyashee vremya ukazannuyu zakonomernost' prinyato nazyvat' pravilom Ticiusa-Bode.) No pri etom, dlya soglasovaniya s opredelyaemym iz nablyudenii rasstoyaniem, prihodilos' schitat' Yupiter ne pyatoi, a shestoi po schetu ot Solnca planetoi! Nesmotrya na to, chto privedennaya zakonomernost' ne sledovala iz kakih-libo teoreticheskih soobrazhenii, ona dovol'no tochno predskazala rasstoyanie do Urana, otkrytogo v 1781 g. Iz formuly poluchalos' dlya nego rasstoyanie 19,6 a.e., a iz nablyudenii sledovalo 19,18 a.e. (Po sovremennym dannym, bol'shaya poluos' orbity Urana a ≈19,218 a.e.) Iz sootnosheniya Ticiusa vytekalo, chto na srednem rasstoyanii ot Solnca v 2,8 a.e., mezhdu orbitami Marsa i Yupitera, dolzhna sushestvovat' eshe odna planeta.

1 yanvarya 1801 g. Dzhuzeppe Piacci, provodya sistematicheskie nablyudeniya dlya sostavleniya kataloga vidimyh polozhenii zvezd, obnaruzhil v sozvezdii Tel'ca neizvestnuyu "zvezdu", kotoraya v sleduyushuyu noch' izmenila svoe polozhenie. Ponachalu Piacci schital, chto nablyudaet novuyu kometu. Cherez shest' nedel' dvizhushiisya zvezdopodobnyi ob'ekt byl poteryan iz vidu.

Odnako Karl Fridrih Gauss po poluchennomu ryadu nablyudenii ustanovil, chto orbita novogo nebesnogo tela pohozha na orbity planet i lezhit ona mezhdu orbitami Marsa i Yupitera. Po vychisleniyam Gaussa 31 dekabrya 1801 g. Fon Cah i nezavisimo Genrih Vil'gel'm Ol'bers obnaruzhili "poteryannyi" ob'ekt. Eto bylo otkrytie pervogo asteroida, Cerery ("otkrytie veka"), imeyushego diametr okolo 1000 km. Bol'shaya poluos' orbity Cerery sostavila kak raz 2,8 a.e. No v 1802 g. na shodnoi orbite byl obnaruzhen eshe odin asteroid - Pallada. Togda G.V. Ol'bers predpolozhil, chto malye planety - eto oblomki nekogda sushestvovavshei bol'shoi planety, kotoraya po kakim-to prichinam razrushilas'. On predlozhil iskat' ee oblomki na peresechenii orbit Cerery i Pallady, i imenno tak byli otkryty Yunona i Vesta!

Tempy otkrytii asteroidov vo vtoroi polovine XIX v. rezko vozrosli. I uzhe k nachalu XX v. bylo obnaruzheno okolo 500 asteroidov s diametrami neskol'ko desyatkov kilometrov, i ih chislo postoyanno roslo. V nastoyashee vremya katalogizirovano okolo 10 tysyach asteroidov i predpolagaetsya sushestvovanie eshe soten tysyach. Znachitel'naya chast' ih dvizhetsya v ploskostyah, blizkih k ekliptike, raspolagayas' v Glavnom poyase mezhdu orbitami Marsa i Yupitera na rasstoyanii 2,2 - 4,5 a.e. ot Solnca.

V otlichie ot asteroidov o sushestvovanii samyh roskoshnyh ukrashenii Solnechnoi sistemy - komet - bylo izvestno s drevnih vremen (pervoe zafiksirovannoe v hronikah poyavlenie komety otnositsya k tret'emu tysyacheletiyu do nashei ery). Komety - svoeobraznye kosmicheskie, aisbergi, sostoyashie iz zamorozhennyh gazov, vodyanogo l'da i razlichnyh tugoplavkih veshestv v vide pyli i bolee krupnyh chastic. S priblizheniem komety k Solncu pod deistviem ego izlucheniya na poverhnosti central'noi chasti komety - yadra (obychnyi razmer yader ~ 10÷100 km), nachinaetsya intensivnoe tayanie l'da. Vokrug yadra komety voznikaet tumannaya gazoobraznaya obolochka - koma.

Pri dal'neishem priblizhenii k Solncu u komety obrazuetsya hvost. Kometnye hvosty prostirayutsya na mnogie sotni millionov kilometrov i otlichayutsya udivitel'noi krasotoi i raznoobraziem form. Ih veshestvo, sostoyashee iz pyli, molekul i atomov gaza, ionizovannyh molekul, nastol'ko razrezheno, chto cherez nego vidny zvezdy bez sushestvennogo oslableniya bleska. S udaleniem komety ot Solnca deistvie solnechnogo izlucheniya oslabevaet i hvost komety postepenno umen'shaetsya i ischezaet. V naibolee udalennoi ot Solnca tochke orbity (v afelii) temperatura yadra komety, kak pravilo, blizka k absolyutnomu nulyu.

Kometa Heila-Boppa	Kometa C/2002 T7
Kometa Machholca	Kometa Arenda-Rollana
Tipy kometnyh hvostov

Takim obrazom, hotya komety, podobno asteroidam, dvizhutsya vokrug Solnca, oni sushestvenno otlichayutsya ot poslednih. Ne isklyucheno, chto imenno komety prichastny k vozniknoveniyu zhizni na Zemle i, vozmozhno, na drevnem Marse, t.k. mogli zanesti v ih atmosfery slozhnye organicheskie soedineniya.

V 1704 g. Edmond Gallei na osnove teorii tyagoteniya, sozdannoi nezadolgo do togo Isaakom N'yutonom, vychislil orbity 24 yarkih komet. V hode rabot on obnaruzhil, chto orbity komet 1531 g., 1607 g. i 1682 g. udivitel'no shozhi. On zaklyuchil, chto eto ne tri raznye komety, a tri poyavleniya odnoi i toi zhe komety, dvizhusheisya po sil'no vytyanutoi ellipticheskoi orbite vokrug Solnca s periodom v 75 ili 76 let! Nepostoyanstvo perioda obrasheniya Gallei sovershenno spravedlivo svyazal s vozmushayushim prityazheniem bol'shih planet. V konce 1758 g., v polnom soglasii s predskazaniem Galleya, eta kometa vnov' byla obnaruzhena posle ee puteshestviya za orbitu Neptuna (sama zhe planeta Neptun byla otkryta lish' v 1846 g.). Za nei zakrepilos' nazvanie "kometa Galleya". S teh por ona nablyudalas' takzhe v svoih vozvrasheniyah v 1835, 1910 i v 1986 gg.

E. Gallei, takim obrazom, dokazal, chto hotya by nekotorye komety - postoyannye chleny Solnechnoi sistemy. V dal'neishem ellipticheskie orbity byli obnaruzheny i u mnogih drugih komet, obrashayushihsya vokrug Solnca. Pri etom naryadu s kometami Enke, Tempelya 2, Kopfa, imeyushimi periody obrasheniya, sootvetstvenno, 3,3; 5,3 i 6,2 goda, byli obnaruzheny komety s periodami, dostigayushimi soten tysyach ili millionov let.

V nastoyashee vremya v Solnechnoi sisteme na rasstoyanii, ne prevyshayushem 100 a.e., obshee chislo malyh tel, razmery kotoryh bolee 1 km (tela men'shih razmerov prinyato nazyvat' meteoroidami), - poryadka 1 mln. Eti tela klassificiruyut po mestu ih proishozhdeniya (a sledovatel'no, po ih fiziko-himicheskomu sostavu) na dva tipa: asteroidy (malye planety) i komety.

Asteroidy - tela, sformirovavshiesya mezhdu orbitami Marsa i Yupitera, a komety obrazovalis' vo vneshnei chasti Solnechnoi sistemy - za orbitami Urana i Neptuna, cherez kotorye prohodila granica progreva protoplanetnogo oblaka.

Vblizi Solnca pri vysokih temperaturah kondensacii pervichnogo veshestva protoplanetnoi tumannosti ledyanaya i gazovaya komponenty (prezhde vsego vodorod, gelii) byli poteryany, poetomu sformirovavshiesya zdes' planety zemnoi gruppy sostoyat preimushestvenno iz tyazhelyh (skal'nyh) porod. V sostave zhe dalekih planet, nachinaya s Yupitera, sohranilis' tyazhelaya, a takzhe ledyanaya i gazovaya komponenty. Naibolee massivnye planety, Yupiter i Saturn, uderzhali bol'shie kolichestva vodoroda i geliya, v to vremya kak bolee udalennye ot Solnca Uran i Neptun formirovalis' pri ochen' nizkih temperaturah kondensacii, v osnovnom iz l'dov (primerno na 80-90%).

Verhnii predel dlya obshei massy malyh planet kol'ca asteroidov ocenivaetsya v 1/1000 massy Zemli. Kosmogonicheski opravdano v nastoyashee vremya rassmotrenie sovremennogo kol'ca asteroidov kak ostatkov nekogda sushestvovavshei bolee ravnomerno zapolnyavshei prostranstvo populyacii planetezimalei, ucelevshih posle "chistki" etoi populyacii bol'shimi planetami Solnechnoi sistemy i prezhde vsego Yupiterom za schet gravitacionnyh rezonansnyh vozmushenii. Ekscentrisitety orbit u bol'shinstva asteroidov sostavlyayut 0,1-0,2, no v otdel'nyh sluchayah dostigayut 0,8. Blagodarya etomu nekotorye asteroidy pronikayut vnutr' orbit Marsa i Zemli. A vot asteroid Ikar v perigelii okazyvaetsya v dva raza blizhe k Solncu, chem Merkurii, za chto i poluchil svoe imya.

Dve gruppy malyh planet, "greki" i "troyancy", odinakovo udalennye ot Solnca i Yupitera, dvizhutsya v okresnostyah ustoichivyh tochek libracii L4 i L5

Na orbite Yupitera, v okrestnosti lagranzhevyh ustoichivyh tochek libracii ("kachaniya"), bylo obnaruzheno neskol'ko desyatkov asteroidov. Tochki libracii raspolagayutsya tak, chto obrazuyut s Solncem i Yupiterom ravnostoronnie treugol'niki. "Greki" operezhayut Yupiter v ego dvizhenii vokrug Solnca primerno na 60, a "troyancy" raspolagayutsya na takom zhe uglovom rasstoyanii pozadi nego. Eti asteroidy pochti ne ispytyvayut vozmushayushego gravitacionnogo vliyaniya Yupitera. Ih orbity lish' medlenno raskachivayutsya s neznachitel'nymi amplitudami (za schet vozmushenii ot Saturna chlenstvo asteroidov sredi "troyancev" i "grekov", po-vidimomu, ne postoyanno).

Vozmozhno, chto "troyanskimi asteroidami" Neptuna yavlyayutsya chetyre ob'ekta asteroidnogo tipa diametrom okolo 100 km, obnaruzhennye v konce 1993 g. za orbitoi Neptuna, na rasstoyanii 32-35 a.e. ot Solnca. Ne isklyucheno, chto na samom dele eto semeistvo bolee mnogochislenno. Malye tela mogut soprovozhdat' Veneru, Mars i Zemlyu. "Troyanec" strannoi prirody, byt' mozhet, imeetsya u Luny. On dvizhetsya v 60 pozadi Luny po ee orbite i predstavlyaet soboi skoree sgushenie pyli, chem tverdoe telo ("oblako Kordylevskogo").

Za vsyu istoriyu chelovecheskoi civilizacii uzhe nablyudalos' okolo 2000 kometnyh poyavlenii. No pochti dlya poloviny iz nih net svedenii o tochnyh polozheniyah komet (hotya by v tri razlichnyh momenta vremeni). Poetomu otsutstvuet kakaya-libo opredelennaya informaciya ob ih orbitah. Ezhegodno otkryvayut okolo sotni komet, a tysyachi, veroyatno, ostayutsya neobnaruzhennymi. Elementy orbit opredeleny u menee 1000 komet.

Obrazovanie tel kometnyh razmerov proishodilo na periferii planetnoi sistemy putem gravitacionnoi neustoichivosti v pylevom subdiske, kotoryi fragmentiroval na mnozhestvo pylevyh sgushenii. Obladaya bol'shimi secheniyami stolknovenii, sgusheniya rosli znachitel'no bystree chastic i v itoge prevratilis' v tela kilometrovyh razmerov (yadra komet). V nastoyashee vremya bol'shinstvo komet neposredstvenno primykaet k pogranichnoi oblasti Solnechnoi sistemy (a poryadka 100000 a.e.). Znachitel'no blizhe k Solncu - s afeliyami, raspolagayushimisya mezhdu orbitami Yupitera i Neptuna, - nahoditsya lish' neskol'ko semeistv komet.

ORBITAL'NAYa EVOLYuCIYa KOMET

Komety v zavisimosti ot vozrasta (chisla prohozhdeniya kometami svoego perigeliya), a takzhe udalennosti ih perigeliev ot Solnca i razmerov yader podrazdelyayutsya na aktivnye, spyashie i ugasshie. Ne isklyucheno, chto k chislu poslednih otnositsya znachitel'naya chast' asteroidov iz grupp Apollona (a≥1 a.e.; q = a (1 - e)≤1,02 a.e.) i Amura (a≥1 a.e.; 1,02 a.e. < q < 1,33 a.e.).

Po tipam orbit komety prinyato podrazdelyat' na korotkoperiodicheskie, s periodom obrasheniya T < 100 let (osnovu sostavlyaet semeistvo komet Yupitera, T < 20 let) i dolgoperiodicheskie T > 100 let.

Predpolagaetsya, chto na dal'nih okrainah Solnechnoi sistemy raspolozheny dve zony povyshennoi koncentracii kometnyh yader. Pervaya - sfericheskoe oblako Hillsa s bol'shimi poluosyami orbit ego chlenov 1000 < a < 20000 a.e. Vtoraya - kvazisfericheskoe oblako Oorta (20000 ≤ a ≤ 100000 a.e.). Oblako Hillsa sostoit iz komet, sformirovavshihsya v uran-neptunovoi oblasti protosolnechnoi sistemy i migriruyushih zatem na periferiyu Solnechnoi sistemy pod deistviem rastushih protoplanet. Chislo kometnyh yader v oblake Hillsa ~10¹³-10¹⁴. Massa ego mozhet prevyshat' na dva poryadka summarnuyu massu tel oblaka Oorta. Poslednee obrazovano iz planetezimalei, vybroshennyh pod vliyaniem gravitacionnyh vozmushenii iz oblasti planet-gigantov. Obrazno govorya, oblako Oorta predstavlyaet soboi lish' slabyi oreol - galo, kotoryi okruzhaet namnogo bolee vmestitel'noe hranilishe komet - bank Hillsa. Gravitacionnye vozmusheniya ot Yupitera i Saturna preimushestvenno dolzhny byli udalyat' planetezimali za predely Solnechnoi sistemy, v to vremya kak Uran i Neptun vyzyvali migraciyu planetezimalei v poyas Koipera i oblaka Hillsa, Oorta.

Dolgoperiodicheskie komety - vyhodcy iz vneshnego oblaka Oorta. Iz nekotoryh model'nyh ocenok sleduet, chto za vremya sushestvovaniya Solnechnoi sistemy primerno polovina komet iz oblaka Oorta byla poteryana. Sovremennyi potok novyh komet, dostigayushii blizhaishih okrestnostei Solnca (~ 10÷30 a.e.), sostavlyaet 5÷10 komet v god. Ottok komet iz oblaka Oorta kompensiruetsya pritokom ih iz bolee plotnogo vnutrennego sfericheskogo oblaka.

Komety ne sposobny vyrvat'sya iz oblaka Hillsa i napravit'sya vo vnutrennie oblasti Solnechnoi sistemy. Vnutrennii "bank komet" bolee zhestko svyazan s Solncem i potomu ustoichivee k vneshnim vozmusheniyam. Znachitel'nyi vklad banka Hillsa v potoki novyh kometnyh yader v oblako Oorta, a ottuda v glubiny

Solnechnoi sistemy proishodit lish' pri osobenno tesnyh sblizheniyah Solnca so zvezdami ili massivnymi molekulyarnymi mezhzvezdnymi oblakami, nahodyashimisya vblizi galakticheskoi ploskosti (raz v desyatki millionov let). Togda vozmozhny "kometnye livni", s kotorymi mozhet byt' svyazano vymiranie nekotoryh biologicheskih vidov i vozniknovenie znachitel'nogo chisla kraterov na Zemle (B.R. Mushailov, Astronomicheskii kalendar' VAGO, 1997).

Srednee vremya dreifa komet iz oblaka Oorta k Solncu sostavlyaet neskol'ko millionov let. Pochti polovina iz nih zatem pokidaet Solnechnuyu sistemu, a ostal'nye transformiruyutsya v periodicheskie komety. Maksimal'naya poterya massy u naibolee yarkih komet vblizi perigeliya dostigaet 0,1-0,5%, poetomu komety, chasto prohodyashie vblizi Solnca, sushestvuyut nedolgo. Oni mogut polnost'yu "rassypat'sya", prevrativshis' v meteornyi potok. No vozmozhen i drugoi variant: posle mnogokratnyh prohozhdenii vblizi Solnca, za schet postepennogo utolsheniya (uprochneniya) vneshnei obolochki ee yadra (ili pylevoi mantii) vozmozhna ee evolyuciya v "asteroidal'noe telo". Eto vyzyvaet uvelichenie vremeni "kometnoi zhizni".

U komet s perigeliinym rasstoyaniem q < 1,5 a.e. umen'shenie bleska za odin oborot sostavlyaet v srednem okolo 0,01^m, a u komet s q≥1,5 a.e. ono dostigaet ~0,04^m. Podobnoe izmenenie bleska soprovozhdaetsya neuporyadochennymi variaciyami, no osnovnaya tendenciya sohranyaetsya, i tipichnoe vremya zhizni komety - ot neskol'kih sot do tysyach prohozhdenii vblizi Solnca.

No komety mogut "zhit'" i men'she, esli vsledstvie vnutrennih napryazhenii iz-za teplovyh deformacii ili prilivnogo vozdeistviya (Solnca ili planet) ih yadra razrushatsya. Eto proizoshlo, naprimer, s kometami Bruksa, Vesta, Shumeikerov-Levi 9. Razrushayut kometnye yadra i stolknoveniya s drugimi nebesnymi ob'ektami - meteoroidami, asteroidami. Katastroficheskoe razrushenie yadra privodit k zametnomu oslableniyu bleska, a zatem i k ischeznoveniyu komet.

Sushestvovanie grupp komet, obladayushih blizkimi elementami orbit, mozhet svidetel'stvovat' o tom, chto eti gruppy obrazovalis' v rezul'tate raspada odnoi komety. Tak, gruppa iz devyati komet s malymi perigeliyami orbit sostavlyaet semeistvo komet Kreica, svyazannyh, po-vidimomu, obshnost'yu proishozhdeniya iz odnogo massivnogo yadra (ili dvuh stolknuvshihsya yader komet) komety-rodonachal'nicy, raspavsheisya pri prohozhdenii cherez perigelii.

Periodicheskaya kometa Biely (1846 II) razdelilas' na dve chasti v seredine yanvarya 1846 g. Pri etom kazhdaya iz komponent poperemenno okazyvalas' yarche drugoi. V 1992 g. kometa Shumeikerov-Levi 9 imela neostorozhnost' sblizit'sya s Yupiterom. V rezul'tate moshnye gravitacionnye ob'yatiya Yupitera raznesli yadro komety na 22 fragmenta. Letom 1994 g. oni vonzilis' v atmosferu Yupitera, obrazovav gigantskie vihrevye obrazovaniya, sravnimye po razmeram s Zemlei (Zemlya i Vselennaya, 1996, N1).

Yadro komety Galleya pri prohozhdenii perigeliya v 1986 g., po-vidimomu stolknuvshis' s nebol'shim meteoritom, vybrosilo pylevoe oblako, rastyanuvsheesya na sotni tysyach kilometrov. Blesk korotkoperiodicheskoi komety Tuttlya-Dzhakobini-Kresaka za dva dnya do prohozhdeniya cherez perigelii v 1973 g. vnezapno uvelichilsya pochti na 10 zvezdnyh velichin (v 10 tys. raz)! Zatem v techenie mesyaca umen'shalsya, no 6 iyulya 1973 g. proizoshla povtornaya sil'naya vspyshka. Ukazannye izmeneniya bleska, ochevidno, byli vyzvany stolknoveniem yadra komety s isklyuchitel'no moshnymi potokami korpuskulyarnogo solnechnogo izlucheniya ili nebol'shimi meteoritami. U komety Shvassmana-Vahmana I tozhe nablyudalis' znachitel'nye rezkie uvelicheniya bleska (~ v 250 raz).

Issledovanie orbit svidetel'stvuet o tom, chto podavlyayushee chislo komet do vhozhdeniya vo vnutrennie oblasti Solnechnoi sistemy imeli ellipticheskie orbity. Harakternoi osobennost'yu yavlyaetsya otsutstvie komet s rezko vyrazhennymi giperbolicheskimi orbitami, t.e. s ekscentrisitetami, sushestvenno prevyshayushimi edinicu. Esli by komety pronikali v Solnechnuyu sistemu iz mezhzvezdnogo prostranstva, to sredi nih vstrechalis' by komety, obladayushie na moment vhoda skorostyami, sopostavimymi so skorost'yu dvizheniya Solnechnoi sistemy otnositel'no blizkih zvezd (primerno 20 km/s). Odnako podobnye komety ne obnaruzheny (raschetnye skorosti vhoda v Solnechnuyu sistemu u komet s ekscentrisitetami orbit, bol'shimi edinicy, ne prevyshayut 1 km/s). Otsyuda sleduet, chto komety - chleny Solnechnoi sistemy, i obrazovalis' oni sovmestno s ostal'nymi ee telami.

Bol'shaya chast' korotkoperiodicheskih komet s malymi uglami naklona k ploskosti ekliptiki obrazovalas' v poyase Koipera, raspolagayushemsya na rasstoyanii ~35÷85 a.e. ot Solnca (Zemlya i Vselennaya, 1997, N 6; 1999, N 2). Summarnaya massa tel etogo poyasa sopostavima s massoi Zemli. V nastoyashee vremya obnaruzheno bolee 100 ob'ektov poyasa Koipera (bol'shie poluosi ih orbit 35 - 48 a.e.). Ekscentrisitety orbit preimushestvenno maly. Diametry etih tel 100÷300 km, no iz nekotoryh ocenok sleduet, chto diametry naibol'shih ob'ektov poyasa Koipera mogut dostigat' 1000 km.

Otdel'nye tela poyasa Koipera za vremya sushestvovaniya Solnechnoi sistemy mogli migrirovat' k orbite Neptuna i dalee k Solncu za schet gravitacionnogo vliyaniya naibolee krupnyh tel zaneptunnogo poyasa i vliyaniya planet-gigantov. Konkretnye ocenki mass migriruyushego k Zemle veshestva zavisyat ot raspredeleniya tel etogo poyasa po massam i elementam orbit, kotoroe v nastoyashee vremya neizvestno.

Pervyi ob'ekt poyasa Koipera byl obnaruzhen v 1977 g. mezhdu orbitami Yupitera i Urana. On snachala rassmatrivalsya kak asteroid N 2060 Hiron (diametr D = 170 km, elementy orbity a = 13,6 a.e., e = 0,38, i = 6,^o9.) V 1988 g. Hiron neozhidanno proyavil "kometnuyu aktivnost'": nablyudalis' znachitel'nye sporadicheskie izmeneniya yarkosti, proyavilis' koma i hvost. Po razmeru i masse yadra Hiron znachitel'no (na neskol'ko poryadkov) prevoshodit izvestnye ranee komety (Zemlya i Vselennaya, 1990, N 3; 1991, N 5).

Naimenee massivnye ob'ekty (kometnye yadra) poyasa Koipera sposobny migrirovat' sushestvenno blizhe k Solncu, nezheli bolee massivnye tela etogo poyasa. Imenno poetomu u krupnyh yader komet perigelii orbit raspolagayutsya za orbitoi Yupitera.

Tak kak usloviya (poverhnostnaya plotnost' gaza i chastic, parametry turbulentnyh dvizhenii i t.p.) dlya vozniknoveniya v poyase Koipera samogravitiruyushih sgustkov tverdyh tel v rezul'tate gravitacionnoi neustoichivosti sushestvenno ne otlichalis' ot uslovii v oblasti Urana-Neptuna, to ob'ekty v poyase Koipera formirovalis' kak neposredstvenno v poyase, tak i popali v nego za schet migracii planetezimalei iz zon Urana-Neptuna.

Pomimo Hirona s 1992 g. mezhdu orbitami Yupitera i Neptuna byli obnaruzheny eshe 7 ob'ektov, bol'shie poluosi orbit kotoryh nahodyatsya v predelah ot 8 do 25 a.e., a ekscentrisitety - ot 0,16 do 0,62. Znachitel'nye ekscentrisitety orbit (0,62, 0,57 i 0,52) u ob'ektov N 8405 (1995 60), N 5145 Folus i N 7066 Nessus (a = 18,0, 20,2 i 24,5 a.e.). Oni otlichayutsya ot Hirona krasnym cvetom, nesvoistvennym l'dam, izvestnym porodam i mineralam (Zemlya i Vselennaya, 1999, N 1). Ih otrazhatel'naya sposobnost' v oblasti 0,5-1 mkm rezko rastet s uvelicheniem dliny volny. Tem ne menee zametnoe razlichie fizicheskih svoistv poverhnostei Hirona i ukazannyh tel ne oznachaet, chto oni obrazovalis' v razlichnyh usloviyah, a svidetel'stvuet lish' o tom, chto oni podverglis' vneshnim vozdeistviyam neodinakovo. Sformirovavshis' v poyase Koipera iz malyh chastic, blizkih po sostavu k mezhzvezdnoi pyli, vklyuchaya tverdye i organicheskie veshestva, ili popav syuda iz oblasti Urana-Neptuna, eti ob'ekty, po suti, "bol'shie planetezimali". Hiron priblizhalsya k Solncu na bolee blizkoe rasstoyanie, ego poverhnost', vozmozhno pod deistviem ul'trafioletovogo oblucheniya Solnca, priobrela seryi cvet. Folus, Nessus i 1995 GO pokinuli poyas Koipera znachitel'no pozzhe i raspolagalis' dal'she ot Solnca, poetomu ih poverhnosti podobnoi pererabotke ne byli podvergnuty.

Vo vnutrennei chasti poyasa Koipera znachitel'nuyu rol' igrayut rezonansy srednih dvizhenii tel s Neptunom. Zaneptunnye ob'ekty sposobny sushestvovat' skol'ko-nibud' dlitel'noe vremya, esli elementy ih orbit sootvetstvuyut oblastyam ustoichivyh dvizhenii pri otsutstvii sblizhenii s vozmushayushim telom (Neptunom). V rezonansnyh zonah libracionnye orbity okazyvayutsya blizkimi k ustoichivomu stacionarnomu resheniyu, chto i obespechivaet ih "vyzhivanie". Nesmotrya na vekovye vozmusheniya ot planet-gigantov Urana, Saturna, Yupitera i vzaimnoe gravitacionnoe vozdeistvie zaneptunnyh tel, eti tela mogut byt' zahvacheny Neptunom v orbital'nyi rezonans i sushestvovat' dlitel'noe vremya. Pluton takzhe svyazan orbital'nym rezonansom s Neptunom. Bol'shinstvo nablyudaemyh v poyase Koipera ob'ektov ustoichivy so vremeni obrazovaniya poyasa. V nastoyashee vremya obnaruzheno uzhe okolo 50 ob'ektov, razmerom primerno v 100 km, nazvannyh plutino, s bol'shimi poluosyami orbit a ~ 40 a.e., kak u Plutona, takzhe dvizhushihsya v orbital'noi soizmerimosti s Neptunom v otnoshenii 2:3. Predpolagaetsya, chto podobnyh ob'ektov naschityvaetsya neskol'ko tysyach (Zemlya i Vselennaya, 1999, N5).

DINAMIChESKAYa EVOLYuCIYa ASTEROIDOV

Znachitel'naya chast' asteroidov osnovnogo poyasa dvizhutsya po ustoichivym orbitam, kotorye malo izmenilis' za poslednie ~ 4,5 mlrd let. Eto unikal'nye protyazhennye ob'ekty, predstavlyayushie soboi sohranivshuyusya do nashih dnei populyaciyu planetezimalei. Veshestvo asteroidov izbezhalo planetnoi differenciacii i sohranilo informaciyu o fiziko-himicheskih processah, protekavshih vo vremya doakkrecionnogo i rannego postakkrecionnogo periodov istorii Solnechnoi sistemy.

Mnogie asteroidy priblizhayutsya dovol'no blizko k massivnomu Yupiteru, a takzhe k drugim bol'shim planetam, v chastnosti k Marsu i Zemle. Pri etom ih orbity ispytyvayut znachitel'nye vozmusheniya. Tak, asteroidy Yunona i Pallada mogut sblizhat'sya s Yupiterom do rasstoyaniya ~ 2 a.e. Voznikayushie v svyazi s etim vozmusheniya orbit dazhe za sravnitel'no korotkoe vremya (~ 1 god) ischislyayutsya desyatkami minut ili dazhe gradusami.

Prostranstvennye orbity asteroidov predstavlyayut soboi nezamknutye ellipticheski podobnye vitki. Perigelii i afelii orbity to priblizhayutsya k Solncu, to udalyayutsya ot nego. Periody takih kolebanii - tysyachi ili desyatki tysyach let. Amplitudy kolebanii ekscentrisiteta i naklona orbity namnogo znachitel'nee amplitudy kolebanii bol'shoi poluosi. Orbita asteroida vrashaetsya tak, chto normal' k ee ploskosti opisyvaet konus, a liniya uzlov vrashaetsya v ploskosti ekliptiki s primerno postoyannoi skorost'yu. Analog etomu yavleniyu - precessiya zemnoi osi. Planetnye vozmusheniya privodyat k nepreryvnomu peremeshivaniyu orbit asteroidov, a sledovatel'no, i k ih stolknoveniyam. Asteroidy s diametrami D > 100 km ustoichivy pri takih stolknoveniyah. Melkie asteroidy mogut byt' produktami droblenii bolee krupnyh tel.

D. Kirkvud eshe v 1866 g. obnaruzhil fakt "izbeganiya" asteroidami orbit, dlya kotoryh period ih obrashenii vokrug Solnca kraten periodu obrasheniya Yupitera. V raspredelenii asteroidov po bol'shim poluosyam eto proyavlyaetsya v vide svoeobraznyh "oblastei razrezhenii", nazvannyh lyukami. Oni razbivayut kol'co asteroidov na ryad bolee melkih kolec.

Naibolee zametnye lyuki sootvetstvuyut soizmerimostyam 1:2, 1:3, 2:5 s Yupiterom, a takzhe 1:2 s Marsom. Dlya asteroidov, nahodyashihsya v orbital'nom rezonanse s Yupiterom (ili Marsom), vzaimnoe ih raspolozhenie po istechenii opredelennogo chisla oborotov povtoryaetsya, a sledovatel'no, povtoryaetsya i harakter vozmushayushih vozdeistvii na orbity asteroidov. Eto, v konechnom itoge, privodit k rezkomu usileniyu amplitudy rezonansnogo effekta. V rezul'tate, s odnoi storony, znachitel'no vozrastaet veroyatnost' stolknovenii mezhdu asteroidami (v sluchae ih vysokoi nachal'noi plotnosti), a s drugoi - proishodit "rasplyvanie" nachal'nogo "puchka orbit" asteroidov za schet rezkogo uvelicheniya ih ekscentrisitetov v zone soizmerimosti. V rezonansnyh zonah, vvidu vysokoi veroyatnosti vzaimnyh stolknovenii, asteroidy "zhivut" men'she, chto i opredelyaet ih otnositel'no maloe chislo. No, blagodarya osobomu (libracionnomu) harakteru dvizhenii, im udaetsya izbezhat' tesnyh sblizhenii s bol'shimi planetami (prezhde vsego s Yupiterom). Za predelami kol'ca asteroidov, gde osobenno sil'no proyavlyayutsya planetnye vozmusheniya, nablyudayutsya lish' otdel'nye gruppy libracionnyh asteroidov i sovsem uzh odinokie nerezonansnye malye planety.

Raspredelenie asteroidov v zavisimosti ot ih srednego rasstoyaniya ot Solnca. Po vertikali privedeno chislo asteroidov, po gorizontali - bol'shaya poluos' orbity, vyrazhennaya v astronomicheskih edinicah

Bolee poloviny iz izvestnyh asteroidov, sblizhayushihsya s Zemlei (ASZ), s perigeliyami orbit q < 1,33 a.e. peresekayut orbitu Zemli. Bol'shaya chast' ASZ, migriruyushih iz asteroidnogo poyasa, v znachitel'noi stepeni yavlyaetsya produktom vysokoskorostnyh stolknovenii. Chislo asteroidov, peresekayushih orbitu Zemli (APOZ), s diametrom D≥1 km ocenivaetsya v N≈500. Srednee vremya do stolknoveniya APOZ sostavlyaet = 50 mln let. Veroyatnost' perehoda ASZ na giperbolicheskuyu orbitu na poryadok bol'she veroyatnosti ego stolknoveniya s Zemlei. Padenie na Zemlyu asteroida diametrom okolo 1 km mozhet proishodit' chashe, chem raz v 100 tys. let. Perigelii ili afelii orbit tel, stalkivayushihsya s Zemlei, v osnovnom raspolagayutsya vblizi ee orbity (Zemlya i Vselennaya, 2000, N 3).

V nastoyashee vremya izvestno okolo 10 ASZ s diametrom D≥5 km. Takie nebesnye tela mogut stalkivat'sya s Zemlei ne rezhe, chem raz v 20 mln let. Dlya krupneishego predstavitelya "semeistva asteroidov", sblizhayushihsya s zemnoi orbitoi, 40-km Ganimeda, veroyatnost' stolknoveniya s Zemlei v blizhaishie 20 mln. let ne prevyshaet 0,0005%. Veroyatnost' zhe stolknoveniya s Zemlei 20-km asteroida Eros za tot zhe period ocenivaetsya primerno v 2,5%.

Bol'she shansov vstretit'sya s Zemlei u melkih nebesnyh tel. Sredi meteoroidov, orbity kotoryh v rezul'tate dolgoperiodicheskih vozmushenii planet mogut peresekat' orbitu Zemli, imeetsya ne menee 200 tys. ob'ektov s D≥100 m. Planeta Zemlya stalkivaetsya s podobnymi telami primerno raz v 5 tys. let, pri etom na Zemle obrazuetsya krater poperechnikom bolee 1 km.

Veroyatnost' stolknoveniya Zemli s kometoi (ee yadrom) v srednem ocenivaetsya kak odno sobytie v 100 mln let. Ne isklyuchena, kak uzhe otmechalos', i vozmozhnost' "kometnogo livnya", kogda v otdel'nye periody vremeni intensivnost' vypadeniya na Zemlyu komet mozhet znachitel'no vozrastat' (odna kometa - v neskol'ko tysyach let). V nastoyashee vremya sushestvuyut vesomye osnovaniya schitat', chto "Tungusskii meteorit" - eto oskolok komety Enke (Zemlya i Vselennaya, 1979, N 4).

"KENTAVRY" I PROBLEMA SKRYTO' MASSY

Prekrashenie so vremenem aktivnosti komet vsledstvie postepennogo ekranirovaniya poverhnosti yader pylevym sloem, krupnymi granulami i organikoi porozhdaet problemu "kentavrov" - ugasshih komet, ili "asteroidov kometnogo proishozhdeniya" (Zemlya i Vselennaya, 1998, N 2).

Istechenie gaza i pyli v rezul'tate "ispareniya" ledyanogo yadra vyzyvaet negravitacionnye vozmusheniya v dvizhenii komety. Eto obuslovlivaet, v svoyu ochered', vozmozhnost' znachitel'nyh izmenenii kometnyh orbit i, prezhde vsego, ih afeliinyh rasstoyanii. Pri etom kometa mozhet pereiti na orbitu s men'shei bol'shoi poluos'yu i za schet vozrastaniya insolyacii i rosta prilivnyh vozdeistvii yadro komety sposobno "sbrosit'" poverhnostnuyu korkovuyu obolochku i reaktivirovat'sya. Ukazannyi scenarii mozhet povtoryat'sya vplot' do polnogo ischeznoveniya (ili izolyacii) letuchih komponentov ili dezintegracii yadra. Odnako nel'zya isklyuchit' vozmozhnost' prodolzheniya ochen' slaboi degazacii yadra, ne sozdayushei vidimoi komy, na protyazhenii eshe mnogih soten oborotov posle prekrasheniya osnovnoi fazy aktivnosti komety. Na eto ukazyvaet chrezvychaino slabaya atmosfera u nekotoryh "asteroidov", ispytavshih podobnuyu evolyuciyu.

Podtverzhdeniem vozmozhnosti evolyucii komet v "asteroidal'nye tela" i ih posleduyushei reaktivizacii sluzhit asteroid 3200 Faeton, s kotorym svyazan izvestnyi meteornyi potok Geminid, ochevidno porozhdennyi im kak kometoi. Imeyutsya i drugie uspeshnye popytki ustanovleniya vzaimosvyazi mezhdu ob'ektami, obnaruzhennymi kak asteroidy, i meteornymi potokami.

Po svoemu vnutrennemu stroeniyu i fiziko-himicheskomu sostavu "ugasshie komety", preterpevshie sil'nuyu modifikaciyu poverhnosti i, chastichno, vnutrennei struktury, no sohranivshie opredelennuyu frakciyu l'da, obrazuyut osobyi klass ob'ektov. Ih poverhnostnye sloi predstavlyayut znachitel'nyi interes dlya ponimaniya processa pererabotki veshestva pod dlitel'nym deistviem razlichnyh kosmicheskih faktorov.

Rezkii obryv planetnoi sistemy srazu za planetoi-gigantom Neptunom, ochevidno, trebuet ob'yasneniya. Ne isklyucheno, chto dvoinaya sistema Pluton-Haron formirovalas' ne kak samostoyatel'naya planetnaya sistema, a ranee byla sputnikom (ili dvukratnym sputnikom) Neptuna, udalivshimsya ot nego pri tesnom sblizhenii. Dannye, osnovannye na issledovanii dvizhenii mezhplanetnyh stancii "Pioner-10, -11" i "Voyadzher-1, -2", isklyuchayut sushestvovanie vo vneshnei chasti Solnechnoi sistemy desyatoi planety s massoi poryadka massy Yupitera. Odnako vozmozhno sushestvovanie desyatoi planety (ili bol'shego chisla planet) s massoi, sopostavimoi s massoi Zemli.

Chislennoe modelirovanie, provedennoe M. Dunkanom i dr., svidetel'stvuet o tom, chto podavlyayushee chislo komet s nachal'nymi bol'shimi poluosyami a≈100 a.e. ne evolyucioniruet v storonu umen'sheniya bol'shih poluosei orbit, chto ukazyvaet na nenablyudaemost' v nastoyashee vremya znachitel'nogo chisla komet. Chast' komet sushestvenno teryayut blesk uzhe posle pervogo prohozhdeniya Solnca i bolee ne nablyudayutsya. Obshaya massa kometnogo veshestva mozhet na poryadok prevyshat' massu Zemli. Massa planetezimalei v zonah Urana-Neptuna ocenivaetsya velichinoi poryadka 100 mass Zemli.

Bol'shaya chast' tel poyasa Koipera eshe nedostupna nablyudeniyam. Kolichestvo etih ob'ektov mozhet sostavlyat' ~10⁵. Bolee togo, ne isklyucheno sushestvovanie neskol'kih zaneptunnyh poyasov v oblasti 100≤a<1000 a.e.

Massa "solnechnoi tumannosti" na nachal'noi stadii formirovaniya Solnechnoi sistemy, po dannym, osnovannym na vozmozhnosti formirovaniya v rezul'tate gravitacionnoi neustoichivosti stabil'nyh samogravitiruyushih sgushenii, ocenivaetsya v 0,01-0,1 M_@.

Verhnyaya ocenka velichiny i raspredeleniya "skrytoi massy" v Solnechnoi sisteme mozhet byt' poluchena iz sopostavleniya parametrov cikla solnechnoi aktivnosti s polnym vneshnim prilivnym dinamicheskim vozdeistviem na Solnce (ego atmosferu) tel Solnechnoi sistemy, vklyuchaya i poka ne obnaruzhennye. Delo v tom, chto izmeneniya vo vremeni osnovnyh harakteristik Solnechnogo cikla (amplituda, faza - shirota) korreliruyut s variaciyami polnoi prilivnoi sily, soderzhashei i vozmusheniya, obuslovlennye vozdeistviem N gravitacionno aktivnyh tel.

Sleduet ozhidat', chto uzhe v nachale XXI v. intensivnoe razvitie nablyudatel'noi astronomii (vvedenie v stroi krupneishih teleskopov, primenenie adaptivnoi optiki, osvoenie infrakrasnogo diapazona i t.p.) mozhet privesti k neposredstvennomu obnaruzheniyu v Solnechnoi sisteme novyh "slabyh ob'ektov" (~30^m), v chastnosti iz poyasov Koipera, oblakov Hillsa, Oorta, "reliktovyh planetezimalei" i t.p.

Publikacii s klyuchevymi slovami: komety - asteroidy Publikacii so slovami: komety - asteroidy
Sm. takzhe: Neobychnye hvosty komety Czyczin'shan'-ATLAS Kometa Czyczin'shan'-ATLAS nad Dolomitovymi Al'pami Kometa Czyczin'shan'-ATLAS nad Kaliforniei Kometa Czyczin'shan'-ATLAS uletaet Pochti vsya kometa Czyczin'shan'-ATLAS "Klipper" i kometa Kakimi budut hvosty komety Czyczin'shan'-ATLAS? Vse publikacii na tu zhe temu >>