Підручник з Астрономії (рівень стандарту). 11 клас. Пришляк - Нова програма

3. Карликові планети. Пояс Койпера, хмара Оорта. Малі тіла Сонячної системи — астероїди, комети, метеороїди

Карликові планети. Так називають досить великі тіла Сонячної системи, настільки великі, що власна гравітація надала їм рівноважної форми, наближеної до кулястої. Але на відміну від решти планет, маса карликових значно менша, тому їм не вдалося «розчистити» околиці своєї орбіти від інших подібних тіл.

Уперше цей новий клас тіл Сонячної системи визначили у серпні 2006 р. на Асамблеї Міжнародного Астрономічного Союзу (МАС) у Празі. Також тоді було змінено статус Плутона, який до цього вважали дев'ятою планетою Сонячної системи: відтоді він став першою планетою-карликом.

У 1930 р. в Ловеллській обсерваторії (США) Клайд Томбо відкрив невідому планету, що обертається навколо осі в зворотному напрямку. Вона отримала назву Плутон (рис. 3.1). У 1978 р. астрономи звернули увагу на те, що на світлині Плутона видно невеликий виступ на його дискові. Продовжуючи спостереження, учені виявили у Плутона супутник, який отримав назву Харон. Деякі астрономи вважають Харон супутником, інші називають Плутон і Харон подвійною планетою (адже у них періоди обертання навколо осі й відносно один одного є однакові). Пізніше у Плутона були виявлені ще 4 супутники.

Рис. 3.1. Плутон

Аналізуючи орбіти комет, у 1951 р. астроном Дж. Койпер передбачив існування за Нептуном поясу астероїдів, який назвали поясом Койпера. Астрономічні спостереження за допомогою сучасних телескопів підтвердили цю гіпотезу у 1990 р., коли за Плутоном почали відкривати нові об'єкти. З наукової точки зору стало очевидним, що Плутон більше схожий на них, ніж на решту планет Сонячної системи, причому один із виявлених об'єктів (Ерида) є навіть більшим за Плутон.

Нині до переліку найбільших і найвідоміших карликових планет відносять Ериду, Цереру, Плутон, Гаумеа, Макемаке (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Найбільші карликові планети у порівнянні із Землею

Дізнайтеся більше, чому Плутон було вилучено з переліку класичних планет Сонячної системи.

Хмара Оорта. Гіпотетична хмара Оорта — сферична хмара крижаних об'єктів, яка є джерелом довгоперіодичних комет. Передбачувана відстань до зовнішніх меж хмари Оорта від Сонця становить від 50 000 а. о. (≈ 1 св. рік) до 100 000 а. о. (1,87 св. років). Вважається, що об'єкти, які складають хмару, сформувалися біля Сонця і були розсіяні далеко в космос гравітаційними ефектами планет-гігантів на ранньому етапі розвитку Сонячної системи.

Малі тіла Сонячної системи. По різним орбітам навколо Сонця, окрім карликових планет, обертається ще чимало дрібних об'єктів, що не є супутниками. Вони названі малими тілами Сонячної системи. До цього типу космічних тіл належать об'єкти поясу Койпера, астероїди (малі планети), комети, метеороїди (або меторитні тіла), космічний пил і газ.

Астероїди. Перший астероїд (від грец. asteroid — зореподібний) відкрив італійський астроном Джузеппе Піацці. У січні 1801 р. він побачив слабку зорю, яка наступного вечора трохи перемістилася. Новій планеті дали назву Церера (рис. 3.3). За нею почали уважно спостерігати — вона виявилася невеликою, навіть меншою, ніж Місяць. Яке ж було здивування астрономів, коли за кілька років недалеко від Церери виявили ще одну малу планету — її назвали Палладою. Ці обидва космічні об'єкти, що оберталися навколо Сонця на відстані 2,8 а. о., назвали малими планетами, або астероїдами. Потім були відкриті Юнона і Веста. З-поміж усіх відкритих на той час малих планет діаметр Церери виявився найбільшим (близько 960 км), тож згодом її віднесли до класу планет-карликів.

Рис. 3.3. Церера

На вересень 2017 р. було зареєстровано близько 1 млн астероїдів (рис. 3.4). Найменші з них мають діаметр лише кілька десятків метрів. У телескопи диски цих тіл розрізнити неможливо — вони мають вигляд світлих точок. Сумарна маса всіх астероїдів не перевищує 0,1 маси Місяця.

Рис. 3.4. Астероїд-433 «Ерос» має вигляд велетенського сідла завдовжки 33 км. Космічний апарат NEAR, здійснивши у 2001 р. посадку на поверхню астероїда в улоговині поблизу центра, виявив, що його сіра поверхня вкрита шаром реголіту і схожа на поверхню Місяця

Виявленим астероїдам надають порядковий номер і назву, яку пропонує автор відкриття (так, за номером 1790 зареєстрований астероїд Україна). Часто нові космічні тіла називають на честь країн, міст та видатних особистостей. Українські астрономи також уславили нашу країну та видатних співвітчизників: навколо Сонця обертаються астероїди Київ, Полтава, Кобзар, Каменяр, Сковорода, Довженко, Нарбут та ін.

Для допитливих

Орбіти двох відомих численних груп астероїдів — Греки й Троянці — унікальні тим, що розташовані у вершинах рівнобічних трикутників, сторони яких дорівнюють відстані від Юпітера до Сонця. Період обертання цих астероїдів навколо Сонця збігається з періодом обертання Юпітера.

Комети отримали свою назву від грец. cometos — хвостата чи волохата (зоря). Це відносно невеликі небесні тіла, що мають туманний вигляд і обертаються навколо Сонця по подовжених еліптичних орбітах. Саме тому їх можна побачити лише у стислі періоди зближення із Сонцем.

Рис. 3.5. Комета Чурюмова-Герасименко

Комети є залишками космічної речовини, з якої утворилися планети. За традицією кометі дають назву на честь тих астрономів, які перші побачили її на небі (рис. 3.5, 3.6, 3.7). За оцінками вчених, на далеких «околицях» Сонячної системи в хмарі Оорта сконцентровано близько 1012-1013 комет, які обертаються навколо Сонця на відстанях 3-160 тис. а. о.

Рис. 3.6 Комета Галлея

Найзнаменитішою кометою є комета Галлея. Директор Гринвіцької обсерваторії Е. Галлей уперше визначив орбіту комети, яку було видно у 1682 р. Для цього він вивчив стародавні літописи і звернув увагу на те, що одна з комет з'являлася на небі з постійним періодом 76 років. За допомогою третього закону Кеплера Галлей визначив велику піввісь орбіти α = 17,94 а. о. та передбачив її появу у 1758 р. Останній раз комету Галлея спостерігали у 1986 р., а наступний її приліт до Землі очікується у 2062 р.

Рис. 3.7. Комета Гейла-Боппа

Головна складова комети — її ядро (рис. 3.8). Відповідно до гіпотези відомого американського дослідника комет Ф. Л. Уіппла, кометне ядро являє собою крижану брилу, що складається із суміші замерзлої води й заморожених газів із вкрапленням тугоплавких кам'янистих та металевих частинок. У міру наближення комети до Сонця лід ядра комети починає випаровуватися. Навколо ядра утворюється протяжна газова оболонка, що світиться, — кома. Разом із ядром вони утворюють голову комети. Подальше зближення комети із Сонцем приводить до того, що її голова набуває овальної форми, потім подовжується, а з неї утворюється хвіст, що складається з пилу і газу.

Рис. 3.8. Ядро комети Галлея на відстані кількох тисяч кілометрів

Довжина хвоста комети іноді простягається на мільйони або сотні мільйонів кілометрів, причому напрямок хвоста в результаті дії сонячного вітру змінюється таким чином, що він весь час відхиляється у протилежний від Сонця бік. Здається, що хвіст до Сонця не притягується, а навпаки, відштовхується. Зазвичай хвіст комети притягується до Сонця, але для частинок із діаметром менш ніж 10-5 м сила відштовхування стає більшою за силу притягання.

Здійснивши кілька сотень обертів навколо Сонця, ядро комети зрештою втрачає свою масу і руйнується, але її рештки продовжують рух по орбіті та перетворюються на метеорні потоки. Коли Земля перетинає орбіту такого метеорного потоку, спостерігається «зоряний дощ». Гинуть комети також у випадку потрапляння на Сонце або зіткнення із планетою (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Падіння уламків комети Шумейкерів-Леві на Юпітер

Метеороїди. Згідно з визначенням Міжнародної метеорної організації метеороїди за розміром значно менші, ніж астероїди, але набагато більші за атом. Їхня назва у перекладі з грецької означає: «той, що перебуває у повітрі». Метеороїди утворюються внаслідок розпаду комет або подрібнення малих планет після зіткнення.

Метеороїд — невелике небесне тіло, що рухається в міжпланетному просторі

Метеор — видимий слід від метеороїда, що увійшов в атмосферу Землі

Метеорит — метеороїд, що впав на поверхню Землі

Потрапивши на космічній швидкості в земну атмосферу, ці дрібні тверді частинки спалахують, лишаючи яскравий слід. Космічний пил ніколи не долітає до поверхні Землі, адже він згоряє і випаровується в атмосфері на висоті від 120 до 60-80 км. Це світлове явище, викликане іонізованим повітрям на шляху польоту метеорної частинки, називають метеором, або падаючою зорею. Сама частинка в цьому випадку називається метеорним тілом. Маси таких тіл вимірюються десятими долями грама, іноді — кількома грамами. Весь політ метеорного тіла може тривати від десятих долей секунди до кількох секунд.

Численні метеори, які спрямовуються до Землі в певну пору року, утворюють метеорні потоки, або «зоряні дощі». Найвідомішим із них є потік «Персеїди», який в Україні можна спостерігати у серпні.

Метеорити можуть досягти поверхні Землі, оскільки мають більшу масу (рис. 3.10). Коли метеоритне тіло з великою швидкістю летить в атмосфері, то через опір повітря воно нагрівається до температури вище 10 000 °С і починає світитись, як розжарена куля, яку називають болідом (від грец. bolid — спис). Під час польоту боліда з надзвуковою швидкістю в атмосфері виникає ударна хвиля, яка створює потужні звукові коливання, тому людина чує сильний гуркіт.

Рис. 3.10. Метеорит, знайдений в Антарктиці

Болід — світлове явище, яке супроводжує політ метеоритного тіла в атмосфері

Сонячний вітер складається з елементарних частинок та окремих ядер легких хімічних елементів, які летять від Сонця

Метеоритне тіло — це фрагмент астероїда, який, обертаючись навколо Сонця, зіткнувся з нашою планетою. Тобто метеорити мають астероїдне походження. Швидкість, з якою метеорит влітає в земну атмосферу, залежить від напрямку його руху відносно вектора швидкості Землі. Найбільшу швидкість входження в атмосферу (50-70 км/с) мають ті метеоритні тіла, які летять назустріч руху Землі, коли швидкості боліда та Землі додаються. Швидкість метеоритного тіла під час входження в атмосферу Землі не може бути меншою за 11,2 км/с, адже навіть коли астероїдне тіло «наздоганяє» нашу планету, то через земне тяжіння його швидкість починає зростати. Нині за рахунок метеоритної речовини маса Землі збільшується на 500 000 т на рік.

Рис. 3.11. Аризонський кратер (США) утворився 10 000 років тому. Його діаметр — 1,2 км, глибина 200 м. Уламки метеорита знаходять на відстані 30 км від кратера

На Землі астрономи та геологи виявили більше сотні метеоритних кратерів різного діаметра (рис. 3.11), які називають астроблемами (від грец. astra blema — зоряні рани), але більшість кратерів не збереглася, адже протягом віків атмосферні процеси знищували сліди космічних катаклізмів. Велику кільцеву структуру метеоритного походження діаметром 7 км виявили в Україні в Іллінецькому районі (рис. 3.12) Вінницької області. Геологічні дослідження показують, що початкова маса метеорита перевищувала 1011кг.

Рис. 3. 12. Іллінецький метеоритний кратер

Дізнайтеся, як величезні метеорити змінювали життя на Землі.

Контрольні запитання

  • 1. Розтлумачте поняття «карликова планета». Які карликові планети ви знаєте?
  • 2. Розкажіть, які космічні об'єкти називають малими тілами.
  • 3. Опишіть склад комети та особливості її руху навколо Сонця.
  • 4. Яким чином комети пов'язані з метеорами й астероїдами?
  • 5. Чим відрізняється метеор від метеорита?
  • 6. Чи існує небезпека зіткнення Землі з астероїдом? Чому?
  • 7. Яка природа походження «зоряних дощів»?
  • 8. Знайдіть в мережі Інтернет інформацію про комету Шумейкерів-Леві та падіння її фрагментів на Юпітер. Підготуйте стисле повідомлення.

Тема для дискусії

Яка ваша думка щодо практичного використання астероїдів як джерела корисних копалин?