Малки тела

Освен за планетите и спътниците им Слънчевата система е дом и за голям брой малки, но интересни обекти.

Има хиляди познати астероиди и комети и несъмнено още много непознати такива. Повечето астероиди се намират между орбитите на Марс и Юпитер. Някои (като 2060 Хирон например) са доста по-отдалечени.  Има астероиди, които се приближават до Слънцето повече от Земята (Икар). Повечето комети имат силно елиптични орбити и прекарват по-голямата част от времето във външните области на Слънчевата система.

Разделението между комети и астероиди е донякъде противоречиво. Основното разграничение е, че кометите имат повече летливи елементи, а орбитите им са силно елиптични. Но има и интересни случаи като 2060 Хирон (а.к.а 95 П/Хирон), 3200 Фаетон и обектите от пояса на Куйпър, които изглежда, че имат черти и от двете категории.

Понякога астероидите са наричани планетоиди. За да се разграничат от астероидите многото малки скални късове, които обикалят около Слънцето се наричат метеороиди. Когато такова тяло навлезе в земната атмосфера то се нагрява, а видимата светлинна ивица на небето е позната като метеор. Ако тялото успее да достигне земната повърхност го наричаме метеорит. Милиони метеори прорязват земната атмосфера всеки ден. Всички, освен една много малка част, изгарят в атмосферата преди да достигнат Земята. Малкото достигнали до повърхността на планетата ни са важен източник на информация за Слънчевата система.

Комети

За разлика от другите малки тела в Слънчевата система, кометите са познати от античността. Има китайски хроники за Халеевата комета, които датират поне от 240 г. пр. н. е.

До 1995 г. са изчислени, поне грубо, орбитите на 878 комети. От тях 184 са периодични - орбиталния им период е по-малък от 200 години. Някои от другите също може да са периодични, но поне засега (1995 г.) орбитите им не са изчислени с достатъчна точност за да сме сигурни. 

Кометите са смес от ледове (воден лед и замръзнали газове) и прах, които по някаква причина не са станали част от планетите при образуването на Слънчевата система, а това ги прави интересни проби от ранната й история.

Когато са близко до Слънцето и са активни кометите имат няколко обособени части:

        » ядро: относително масивно и стабилно; съставено от лед, газ и малко прах и твърди частици;

        » кома: плътен облак от водна пара, въглероден диоксид и други газове, изприли се от ядрото;

        » водороден облак: огромна (милиони km в диаметър), но неплътна обвивка от водород;

        » прахова опашка: най-забележителната част на кометата; на дължина достига до 10 млн. km; съставена от прахови частици, изхвърлени от ядрото от изпаряващите се газове;

        » йонна опашка: достига няколко стототин млн. km; съставена от плазма;

Астрономите смятат, че повечето комети идват от облака на Оорт - рояк от милиарди ледени тела, за които се смята, че се намират много отвъд орбитата на Плутон. Облака на Оорт вероятно се е образувал от планетезимали, които отначало обикаляли около големите планети. С времето тези планетезимали били изхвърлени в най-външните части на Слънчевата система от гравитационната сила на планетите около които обикаляли. 

Всяко кометно ядро се движи по свой собствен път в облака, а за направата на една обиколка са нужни милиони години. Тъй като орбитите са толкова отдалечени от Слънцето, кометите не получават топлина от него и температурата им е някъде около 3 К. При тази температура газовете и ледовете остават дълбоко замръзени.

Такива студени и отдалечени обекти са невидими от Земята; та за да видим комета орбитата й трябва да бъде променена по такъв начин, че да я доведе близо до Слънцето и нас. Астрономите смятат, че такива орбитални промени могат да бъдат причинени от минаваща "на близо" звезда или от приливни взаимодействия с Млечния път. Такива гравитационни ефекти нарушават орбитите на кометите и някои от тях "падат" към вътрешната Слънчева система. Едно единствено гравитационно взаимодействие може да промени толкова орбити, че да ни осигури комети за хиляди години.

Приближавайки вътрешната Слънчева система кометата започва да се затопля от излъчването на Слънцето и газовете започват да се топят. На разстояние от около 5 AU (орбитата на Юпитер) топлината е достатъчна за изпаряването на газовете; образува се кома около кометното ядро. Изпаряващия се газ отнася малки прахови частици, които са били замръзнали заедно с него. Тогава кометата, погледната през телескоп, прилича на мъглива топка. При по-натаъшното приближаване, газовете започват да се изпаряват още по-бързо, а и Слънцето оказва и допълнителни влияния на кометните газ и прах. Образува се опашката на кометата.

Кометите са невидими когато не са в близост до Слънцето. Повечето комети са със силно елиптични орбити, които ги отвеждат доста отвъд орбитата на Плутон. Тези комети се виждат веднъж, след което изчезват за хилядолетия.

След около 500 преминавания в близост до Слънцето по-голямата част от ледовете и газовете са изгубени. Остава скалист обект, който доста прилича на астероид (възможно е половината от астероидите в близост до Земята да са мъртви комети). Възможно е комета, чиято орбита я води близо до Слънцето да се сблъска с него или с някоя от планетите, или да бъде изхвърлена от Слънчевата система от близка среща (особено с Юпитер).

Понякога, когато Земята минава през орбитата на комета, можем да наблюдаваме метеорен поток. Някои от тези потоци се появяват редовно: метеорния поток Персеиди можем да наблюдаваме всяка година между 9 и 13 август - тогава Земята минава през орбитата на кометата Суифт-Татъл. Халеевата комета е причината за метеорния поток Ориониди, който е през октомври.

Много комети са наблюдавани за първи път от любители. Тъй като кометите са най-ярки когато са близо до Слънцето, обикновено са видими при изгрев или залез.

Отворени въпроси

» Какво става с кометите когато изгубят летливите си материали?

» Какво изпраща кометите от облака на Оорт към вътрешната Слънчева система?

» Комета ли е паднала в Сибир през 1908 (Тунгуска)?

» Комета или астероид е причината за кратера в Юкатан?

Известни комети

Халеевата комета            Шумейкър-Леви 9

Астероиди

На 1 януари 1801 г. Джузепе Пиаци открил обект, който отначало сметнал за нова комета. Но след като орбитата му била определена станало ясно, че не е комета, а по-скоро малка планета. Пиаци кръстил този обект на повелителката на Сицилия - Церера. През следващите няколко години били открити още три малки тела (Палас, Веста, Юно). До края на 19 век броят на обектите бил няколко стотин.

Досега са открити няколко стотин хиляди астероида. Всяка година се откриват още хиляди. Без съмнение има още стотици хиляди, които са прекалено малки за да се видят от Земята. Има 26 познати астероида, чийто диаметър надвишава 200 km. Познати са ни 99% от астероидите, надвишаващи 100 km. От тези между 10 и 100 km сме описали около половината. Знанията ни за малките астероиди са доста посредствени; вероятно има повече от милион астероида с размери около километър.

Общата маса на всички астероиди е по-малка от тази на Луната.

243 Ида и 951 Гаспра бяха фотографирани от сондата Галилео. На 27 юни 1997 г. NEAR прелетя в близост до 253 Матилда (ляво). NEAR влезе в орбита около 433 Ерос (дясно) през януари 1999 г. NEAR направи безценни по качество и количество снимки на двата астероида. Гореописаните астероиди са единствените, които засега са били детайлно проучени.

Най-големият астероид е Церера. Диаметърът му е 933 km, а астероида представлява около 25% от масата на астероидите. Следващите по големина са 2 Палас, 4 Веста и 10 Хигия, които варират между 400 и 525 km. Всички други познати астероиди са по-малки от 340 km.

Има известни спорове за класификацията на астероиди, комети и луни. Има много планетни спътници, които са по скоро пленени астероиди. Малките марсиански луни Фобос и Деймос, осемте външни луни на Юпитер, най-външната луна на Сатурн - Феба, а и може би някои от новооткритите луни на Сатурн, Уран и Нептун повече приличат повече на астероиди, а по-малко на по-големите си събратя. (началната снимка показва Ида, Гаспра, Фобос и Деймос приблизително в мащаб)

Астероидите са категоризирани в няколко групи според спектъра и албедото им. От тип С са повече от 75% от познатите астероиди; много тъмни (албедо 0.03); подобни на въглеродните хондритни метеорити. Около 17% от астероидите са от тип S; относително ярки (албедо 0.10-0.22); смес от желязо-никел и железни и магнезиеви силикати. Повечето от останалите астероиди са от тип М; албедото им е около 0.10-0.18; съставени от желязо и никел. Освен горните има и около дузина други, много рядко срещани астероиди.

Според положението им в Слънчевата система астероидите също се диференцират на няколко групи. Астероидите от основния пояс се намират между Юпитер и Марс, грубо между 2 и 4 AU от Слънцето. Те от своя страна се разделят на подгрупи или семейства, носещи името на основния астероид в групата - Флорас, Коронис, Темис и др. Втората група е на астероидите, които се доближават до Земята. Следват Троянците. Те се намират в близост до точките на Лагранж на Юпитер (60° пред и след Юпитер). Познати са няколко стотин такива астероида; възможно е обаче да са хиляда и нагоре (възможно е да има малки астероиди и в точките на Лагранж на Земята и Венера; те понякога също се наричат Троянци). 

Между основните концентрации на астероиди в основния пояс има относително празни региони, които са познати като празнините на Къркууд. Това са региони, в които орбиталният период на даден обект би бил проста дробна част от този на Юпитер. Твърде е вероятно за обект в такова положение да бъде ускорен от Юпитер в друга орбита.

Има няколко "астероида" (обозначени като Кентаври) във външната слънчева система (напр. 2060 Хирон, който се намира между Уран и Нептун). Вероятно има още, засега неоткрити астероиди от тази група. Орбитите на тези астероиди са нестабилни. Съставът на тези тела вероятно прилича повече на кометите или на обектите от пояса на Куйпър отколкото на обикновените астероиди. Всъщност Хирон е класифициран като комета.

Малко се знае за плътността на астероидите, но чрез ефекта на Доплер, доловим от радиовълните, изпращани от NEAR, дължащ се на гравитационното привличане между астероида и сондата бе изчислена масата на Матилда. Оказа се че плътността не е много по-голяма от тази на водата, което предполага, че астероидът не е твърдо тяло, а плътна купчина отломки.

Въпреки че са невидими с просто око, много астероиди могат да бъдат видяни с бинокъл или малък телескоп.

Отворени въпроси

» Защо вместо планета между Марс и Юпитер има толкова много астероиди?

» Каква е причината за диференциацията на астероидите на метални и скалисти типове?

Известни астероиди

243 Ида        253 Матилда        433 Ерос        951 Гаспра 

Пояса на Куйпър и облака на Оорт

През 1950 г. Ян Оорт забелязал следните неща:

    1. не е наблюдавана комета, чиято орбита да подсказва, че е дошла от междузвездното пространство
    2. афелия на почти всички комети с дълъг орбитален период е на разстояние oт около 50 000 АU  
    3. кометите не идват от една и съща посока

Тези наблюдения са основа на предположението му, че кометите обитават огромен облак, намиращ се в най-вънъншните части на Слънчевата система. Облака бе наречен на негово име - облака на Оорт. Статистиката сочи, че облака може да съдържа трилиони комети, но за съжаление те са толкова малки и на такива разстояния, че не можем да ги наблюдаваме пряко.

Възможно е облака на Оорт да съставлява голяма част от масата в Слънчевата система - колкото Юпитер и дори повече (това обаче е доста спекулативно, тъй като не знаем нито колко комети има, нито колко са големи).

Поясът на Куйпър е дискообразен район, намиращ се отвъд орбитата на Нептун (между 30 и 100 AU от Слънцето) и съдържащ много и малки ледени тела. Сега се смята, че именно това е източникът на късопериодичните комети.

Понякога гравитационни взаимодействия с големите планети смущават орбитата на обект от Пояса по такъв начин, че той пресича орбитата на Нептун. При тези обстоятелства е много вероятно обектът да се срещне с Нептун, който може да го запрати извън Слънчевата система или към някоя от другите големи планети, или дори към вътрешната Слънчева система.

Засега са известни девет обекта, чиято орбита лежи между тези на Юпитер и Нептун (2060 Хирон, 5145 Фолус и др.). Този клас обекти се наричат Кентаври. Орбитите на Кентаврите са нестабилни. Почти е сигурно, че те са "бежанци" от пояса на Куйпър. Съдбата им засега е неизвестна. Някои от тези обекти показват кометна активност (изображенията им са малко мъгливи, което подсказва наличието на кома). Най-големият кентавър е Хирон, чийто диаметър е около 170 km - 20 пъти по-голям от Халеевата комета. Ако по някаква причина орбитата на Хирон се промени и го отведе към вътрешната Слънчева система, ще сме свидетели на една наистина грандиозна комета.

Любопитно е да се отбележи, че вероятно обектите от Облака се формирали по-близо до Слънцето в сравнение с обектите от Пояса. Малките обекти, образували се близо до големите планети биха били изхвърлени извън пределите на Слънчевата система. Тези, които не са успели напълно да се откъснат са образували Облака. Малките обекти, образували се по-далеко от Слънцето не са си взаимодействали с големите планети и са останали, образувайки пояса на Куйпър.

Наскоро бяха открити няколко обекта от Пояса - ледени тела, които доста приличат на Плутон и Тритон (само че по-малки). Известни са над 300 транснептуниеви обекта. Много от тях обикалят около Слънцето в 3:2 орбитален резонанс с Нептун (Плутон обикаля в същия орбитален резонанс). Измервания на цветовете на най-ярките обекти показват, че те са необичайно червени.

Бяха получени спектрални и фотометрични данни за тялото 5145 Фолус. Албедо е много ниско (по-малко от 0.1). Спектъра показва наличието на органични съединения, които са много тъмни.

Някои астрономи вярват, че Тритон, Плутон и Харон са просто най-големите от обектите от Пояса (но дори това да е вярно едва ли Плутон ще загуби статута си на планета).

Тези обекти са нещо повече от далечни и интерсни. Те са относитело чисти останки от мъглявината, от която цялата Слънчева система се е образувала.

Отворени въпроси

» Самото съществуване на облака на Оорт е хипотеза. Доказателствата са много непреки.

» Снимки, направени с Хъбъл, потвърждават съществуването на пояса на Куйпър. Колко са тези обекти?

http://www.seds.org/nineplanets/nineplanets/nineplanets.htm

Explorations - an Introduction to Astronomy, Thosmas T. Arny, 1996 ed., 272-273 стр.