Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Головко

§ 33. Карликові планети і малі тіла

Опрацювавши цей параграф, ви зможете пояснити суть астероїдної небезпеки для Землі та наводити приклади дослідження тіл Сонячної системи з допомогою космічних апаратів.

КАРЛИКОВІ ПЛАНЕТИ. Наприкінці XX ст. за орбітою Плутона — дев'ятої планети Сонячної системи, яку в 1930 р. відкрив Клайд Томбо, — астрономи почали знаходити об'єкт за об'єктом. Стало зрозумілим, що дев'ята планета — тільки одне з великих відомих тіл у цій ділянці космосу, але не найбільше. Тому виникла ідея позбавити Плутон статусу планети й заснувати в Сонячній системі нове сімейство об'єктів — карликові планети. Для цього довелося сформулювати визначення понять планета і карликова планета.

Планета — небесне тіло, що обертається навколо Сонця, доволі велике й масивне, щоб мати кулясту форму, і яке очищає околиці своєї орбіти (тобто поряд з планетою немає інших співмірних з нею тіл).

Карликова планета — це небесне тіло, яке обертається навколо Сонця, доволі велике й масивне, щоб мати кулясту форму, не є супутником (планети) і не очищає околиці своєї орбіти.

Отже, планети і карликові планети — два різних класи об'єктів Сонячної системи. Першою карликовою планетою став Плутон. До цього сімейства віднесли також Ериду, відкриту з допомогою Космічного телескопа імені Габбла, і Цереру — найбільше тіло з внутрішнього поясу астероїдів. На 2019 р. відомо про 10 карликових планет. Але, напевне, згодом їх буде відкрито більше.

Плутон — найкраще вивчена карликова планета (рис. 33.1). Він майже за 250 земних років обертається навколо Сонця по такій витягнутій орбіті, що в деякі епохи опиняється до нього ближче, ніж Нептун. Наприкінці 70-х років XX ст. біля Плутона відкрито супутник, названий Хароном. Окрім нього, Плутон має ще чотири невеликі супутники.

Рис. 33.1. Плутон — найвідоміша карликова планета. Зображення отримав космічний зонд «Нові Горизонти», який в 2015 р. пройшов повз неї на відстані 12 500 км

Окрім карликових планет, є інші тіла, що обертаються навколо Сонця і не є супутниками планет. Їх називають малими тілами Сонячної системи.

МАЛІ ТІЛА СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ. Між орбітами Марса й Юпітера є кілька сотень тисяч астероїдів — кам'янистих тіл, що обертаються навколо Сонця з періодами в 3—6 років. Вони переважно мають розміри від кількох метрів до 100 км і неправильну форму. Водночас найбільші з них мають майже кулясту форму і в поперечнику досягають сотень кілометрів. Сімейство цих тіл називають внутрішнім, або головним, поясом астероїдів (рис. 33.2), на відміну від інших сімейств схожих об'єктів.

Рис. 33.2. Схема розміщення внутрішнього поясу астероїдів у Сонячній системі

Походження поясу астероїдів пояснюють дією потужного гравітаційного поля Юпітера, який згрупував ці малі тіла. Їх вважають найдавнішими об'єктами Сонячної системи. Тому вивчення астероїдів допомагає розкрити таємницю походження нашої планетної системи.

На початку 50-х років ХХ ст. астроном Дж. Койпер висловив припущення про існування малих і середніх за розмірами твердих тіл, що заповнюють в Сонячній системі ділянку космічного простору за орбітою Нептуна (рис. 33.3). У наступні роки ця гіпотеза блискуче підтвердилася.

Рис. 33.3. Схема розміщення поясу Койпера в Сонячній системі

Пояс Койпера складається зі щонайменше 100 000 льодяних тіл розмірами понад 10 км. Основна їх маса зосереджена переважно в смузі 30—50 а. о. від Сонця. Припускають, що тіл з розміром понад 1 км у поясі Койпера є майже 10 млрд. Як і астероїди, об'єкти поясу Койпера — це залишки речовини, з якої утворилася Сонячна система.

Ще один різновид малих тіл — комети — льодяні брили з поперечником максимум у десятки кілометрів, забруднені твердими частинками. Ті з них, що входять до складу Сонячної системи, рухаються навколо Сонця по витягнутих еліптичних орбітах (рис. 33.4, а). З наближенням до Сонця лід починає сублімувати (переходити в газоподібний стан, оминаючи рідку фазу), тягнучи за собою пилинки. Яскравість комети на зоряному небі зростає, і вона може перетворитися на дивовижне видовище. Нову, раніше невідому, комету називають прізвищем її першовідкривача (наприклад, комета Гейла — Боппа).

У кометах розрізняють голову й характерний хвіст (рис. 33.4, б). Голова комети складається з невеликого ядра і світної газової оболонки навколо нього — коми. Оболонка світить відбитим сонячним світлом, й інколи її поперечник досягає діаметра Сонця (майже 1400 тис. км), а протяжність хвоста — сотень мільйонів кілометрів. Водночас речовина, з якої складаються голова (за винятком ядра) і хвіст комети, надзвичайно розріджена.

Рис. 33.4. Орбіта (а) та будова комети (б)

Після кількох сотень обертів навколо Сонця комета втрачає леткі (схильні до випаровування) речовини й перетворюється на темне тіло, схоже на астероїд. Частинки, викинуті з ядра у хвіст комети, утворюють метеорний потік, який ще довго рухається тією самою орбітою, що й вона. Перетинаючи орбіту Землі, частинки потрапляють у земну атмосферу й утворюють у небі явище метеорів. Якщо кількість метеорів унаслідок зустрічі Землі з орбітою метеорного потоку істотно збільшується, говорять про метеорний дощ (рис. 33.5, а).

Часом метеор може бути таким яскравим, що затьмарює найяскравіші зорі й навіть планети. Його називають болідом (рис. 33.5, б).

Рис. 33.5. Метеорний дощ (а) та болід (б) на небі Землі

Космічне тіло, що досягло поверхні Землі, називають метеоритом. Залежно від маси тіла та швидкості, з якою воно входить в атмосферу, внаслідок його падіння може утворитися кратер. На Землі є такі кратери різних розмірів — до сотень кілометрів у діаметрі. Але вони руйнуються впродовж геологічних проміжків часу. До найвідоміших земних метеоритних кратерів належить Аризонський кратер діаметром 1200 м (рис. 33.6).

Рис. 33.6. Аризонський кратер

Давні структури, що утворилися внаслідок падіння космічних об'єктів на поверхню Землі, називають астроблемами. В Україні виявлено 7 астроблем, найбільша з яких Бовтиська западина поперечником 25 км у Кіровоградській області. Всі вони, крім Іллінецької у Вінницькій області з поперечником 4,5 км і віком 400 млн років, поховані під товщею осадових порід.

ПРОБЛЕМА АСТЕРОЇДНОЇ НЕБЕЗПЕКИ. Ймоврність падіння космічного тіла на поверхню Землі хоч і мала, але існує. У зв'язку з цим нині розвивають системи спостереження за потенційно небезпечними космічними об'єктами. Найвідоміші з них, наприклад, автоматизовані — LINEAR, Space Watch, LONEOS. Кілька обсерваторій з телескопами діаметром від одного до чотирьох метрів повсякчас сканують зоряне небо. Телескопи обладнано чутливими цифровими ПЗЗ-матрицями. З допомогою комп'ютера отримані знімки відразу порівнюють зі зробленими раніше, і якщо в тій чи іншій ділянці з'являється нова зірочка, що зміщується відносно інших зір, то, ймовірно, це і є астероїд або інше невелике небесне тіло.

Останнім часом науковці різних країн стали розробляти методи захисту Землі від загрози можливого астероїдного бомбардування. Ці методи переважно зводяться до різних вибухових впливів на небесне тіло з тим, щоб зруйнувати його або змінити орбіту.

! Головне в цьому параграфі

Окрім планет, до складу Сонячної системи належать карликові планети і малі тіла (астероїди, комети, розсіяні метеорні тіла, або метеороїди, і міжпланетний пил). У Сонячній системі є два пояси малих тіл: внутрішній (головний) пояс астероїдів між орбітою Марса і Юпітера та пояс Койпера за орбітою Нептуна. Ядра комет — це крижані брили неправильної форми з домішками частинок твердих речовин, максимальним розміром у кілька десятків кілометрів. Комети рухаються навколо Сонця по еліптичних орбітах різного ступеня витягнутості. Світні явища метеорів у земній атмосфері породжують дрібні метеорні тіла з масами до кількох грамів, утворені переважно внаслідок розпаду комет. Метеорні тіла великої маси, що падають на Землю у вигляді метеоритів, — це уламки твердих тіл, утворені внаслідок зіткнення астероїдів.

? Запитання для самоперевірки

• 1. Чому виникла потреба запровадити новий клас об'єктів — карликові планети?
• 2. Що таке метеорний дощ?
• 3. На Землі метеори світяться на висотах 80—120 км. А на Меркурії?
• 4. Чим відрізняється форма більшості кометних орбіт порівняно з орбітами планет?
• 5. Опишіть процес утворення голови і хвоста комети.