Пояс астероидов

Итак, между орбитами Марс и Юпитера находится масса небольших тел, обращающихся вокруг Солнца на том расстоянии, на котором должна была бы находиться большая планета, согласно правилу Тициуса-Боде. Известный астроном и врач Генрих Ольберс, открывший Палладу и Весту, предположил, что на месте теперешних астероидов некогда находилась планета. От чудовищного удара извне или от внутреннего удара планета взорвалась(!), оставив после себя наследие в виде астероидов. Эту гипотетическую планету, в последствии назвали ФАЭТОН, в честь сына бога Солнца Гелиоса. Согласно греческой мифологии Фаэтон, похитил у отца (Гелиоса) его огненную колесницу и поехал кататься по небу, но погиб, разбившись вместе с колесницей. Это были первые признаки пресловутой АСТЕРОИДНОЙ ОПАСНОСТИ для Земли. Раз Фаэтон погиб от взрыва упавшего тела, то и Землю может постичь такая же участь? Однако, в 50-х годах 20 века против трогательной гипотезы Ольберса о Фаэтоне появились первые, но убедительные возражения, основанные на данных о метеоритах. Из анализов состава метеоритов следовало, что они неоднородны по химическому составу и никак не могут быть продуктами разрушения большой планеты, подобной Земле иди Марсу, поскольку тогда они ни за что не смогли бы сохранить свою кристаллическую структуру. В недрах массивной планеты такая структура неминуемо была бы разрушена. Более детальные исследования доказали, что метеоритное вещество могло формироваться и прийти к сегодняшнему состоянию только в небесных телах астероидных масс и размеров.

Последний аргумент в пользу существования Фаэтона прозвучал в 70-х годах прошлого века. Для этого была вычислена его гипотетическая масса и показано, что разрушение произошло около 16 миллионов лет назад. Однако, оказалось, что энергия для разрушения Фаэтона в тысячи и десятки тысяч раз слабее необходимой. Оставалось объяснить разрушение планеты гравитационным влиянием Юпитера. Оказалось, что тесное сближение с этим гигантом могло бы привести к разрушению Фаэтона! Но: Как всегда, но! Если бы такое сближение произошло, то оно было бы губительным для Фаэтона, но и сам Юпитера сильно бы пострадал. Система его галилеевых спутников была бы изменена возмущениями до такой степени, что на ее восстановление даже гигант Юпитер затратил бы 2 миллиарда лет! Но, как сказано выше, катастрофа произошла не более 16 миллионов лет назад.

И еще аргумент не в пользу Фаэтона. Падения крупных осколков астероидов на Землю завершаются образованием кратеров на ее поверхности. Наша планета хранит на своем теле немало гигантских космических ран, называемых астроблемами. На территории России крупнейшая астроблема обнаружена недалеко от устья реки Попигай на севере Сибири. Исследования показали (вот оно, начинается самое интересное!), что астроблема возникла при падении астероида диаметром НЕСКОЛЬКО КИЛОМЕТРОВ(!) 30 МИЛЛИОНОВ лет назад. При этом образовался кратер чудовищных размеров - поперечник его составлял около 100 КИЛОМЕТРОВ! Возраст известных астроблем достигает 700 миллионов лет! Следует отметить, что 65 миллионов лет назад на Земле произошло вымирание динозавров и других представители тогдашней фауны. Эпоха вымирания продолжительностью всего около 200 лет уничтожающим смерчем пронеслась по временной шкале нашей планеты. Осадочные породы океанических отложений, сформировавшихся в то время, дают нам документальные подтверждения скоротечности драматизма смертоносного события. На основании их детальных исследований предполагается, что астероид поперечником около 10 километров врезался в Землю, и в результате чудовищного взрыва в атмосферу поднялись тысячи кубических километров образовавшейся пыли. Эта страшная туча на несколько лет преградила доступ солнечным лучам, и в результате наступившей вселенской тьмы на Земле прервался процесс живительного фотосинтеза. Наступил мировой голод. Практически все позвоночные массивнее 20-30 килограммов погибли голодной смертью. Понятно, что и эта версия опровергает гипотезу о Фаэтоне. Если Фаэтон взорвался 16 миллионов лет назад, то откуда же взялся астероид, упавший на Землю 65 миллионов лет назад?

Так откуда же взялись астероиды. Современная модель происхождения Солнечной системы предполагает одновременное образование Солнца и планет (в том числе и астероидов) из огромной массы газа, состоящего преимущественно из водорода. Ее называют солнечной туманностью. Под действием гравитационных сил газовая туманность сжималась таким образом, что центральная область становилась наиболее плотной. В центре возникло Солнце, став главным объектом всего облака. Воздействие гравитационных сил и солнечного излучения разрушило первоначальную структуру облака. В нем появились разрежения и сгущения (протопланеты), захватывающие все попадающееся на их пути вещество. Именно из наиболее массивных протопланет образовались планеты. При этом на Солнце начались ядерные реакции, превращающие водород в гелий. Таким образом, около 5 миллиардов лет назад Солнечная система сформировалась такой, какую мы с вами сейчас наблюдаем.

Астероиды - остатки промежуточных тел, из которых создавались планеты, сохранились до нашего времени. Они так и не сумели сформироваться в планету из-за близости массивного Юпитера. Планета-гигант своим воздействием увеличивала относительные скорости астероидов и довела этот процесс до такого состояния, что кинетическая энергия астероидов превысила гравитационную, а в таких условиях они уже не могли соединяться и формироваться в единое тело при встрече. Скорее наоборот, столкновение приводило к взаимному дроблению, а не объединению. Увы, гипотеза о Фаэтоне не получила подтверждения. Достаточно весомые аргументы, приведенные выше, не должны оставлять у уважаемых пользователей никаких сомнений.

Согласно наиболее популярной теории, все астероиды представляют собой осколки распавшейся (или так и не сформировавшейся) планеты Фаэтон.

В астрономии не раз бывало, что открытию помогала случайность. Вот как это произошло с малыми планетами. Немецкий физик и математик И. Тициус в 1766 году нашел числовую закономерность в расстояниях планет от Солнца. Согласно этому правилу, между орбитами Марса и Юпитера должна была существовать какая-то планета. Английский астроном В. Гершель в 1781 году открыл планету Уран, причем расстояние планеты от Солнца очень мало отличалось от величины, которую предсказывала формула Тициуса. Это обстоятельство повысило доверие ученых XVIII века к правилу Тициуса, и в 1796 году на конгрессе в Готе было решено начать поиск недостающей планеты. Однако случилось так, что никому из тех астрономов, которым поручили наблюдения, не повезло. Планету обнаружил в первую новогоднюю ночь 1801 года Дж. Пиацци, директор обсерватории в Палермо (Сицилия). Надо сказать, что у Пиацци была совсем другая задача, он хотел составить точную карту звездного неба в области созвездия Тельца. Сверяясь со звездным каталогом Волластoна (как выяснилось позже, в каталоге была допущена опечатка), астроном никак не мог обнаружить одну из звезд. Неожиданно он заметил звездоподобный объект, который медленно перемещался по небу. Когда вычислили орбиту космического тела, оказалось, что оно движется поразительно точно на том расстоянии от Солнца, какое предсказано формулой Тициуса. Астрономы торжествовали: найдена недостающая планета. Ее назвали Церерой, в честь богини - покровительницы Сицилии.

Однако вскоре последовала цепь новых открытий. В 1802 году была открыта еще одна планета - Паллада. В 1804 году - третья малая планета - Юнона, а в 1807 году - Веста. Все они двигались примерно на таком же расстоянии от Солнца, что и Церера, - 2,8 астрономической единицы (около 420 миллионов километров). Именно это обстоятельство позволило немецкому астроному и врачу Г. Ольберсу в 1804 году высказать гипотезу о том, что малые планеты (их еще называют астероидами, то есть "звездоподобными") произошли в результате разрыва на куски одной большой планеты, радиус орбиты которой лежал на расстоянии 2,8 астрономической единицы.

Заметим, кстати, что современники Г. Ольберса (В. Гершель, Лаверье, П. Лаплас) высказывали другие предположения о происхождении астероидов, однако наибольшей популярностью пользовалась все же точка зрения Ольберса, которая наилучшим образом объясняла все известные к тому времени факты.

Между тем поток открытий астероидов не иссякал, и к 1890 году было известно уже свыше 300 малых планет. Астрономы пришли к твердому убеждению, что в некоторой зоне между Марсом и Юпитером по орбитам вокруг Солнца вращается целый рой малых планетных тел. Открытия малых планет продолжаются и до настоящего времени. По некоторым оценкам, их число может превышать 70000.

Итак, "правило планетных расстояний" Тициуса, как мы видим, сыграло выдающуюся роль в истории открытия малых планет. Однако само это правило до сих пор не получило своего теоретического истолкования и, как считают современные космогонисты, не содержит физического смысла. Поистине приходится лишь удивляться, как иногда неверные предпосылки или попросту случайное стечение обстоятельств приводят к открытиям, значение которых трудно переоценить.

Вернемся, однако, к гипотезам о происхождении малых планет. В принципе их все можно распределить на две большие группы. Первую группу образует гипотеза Ольберса и ее различные модификации, предполагающие происхождение астероидов (и комет) как результат взрыва гипотетической планеты. К этой гипотезе обратился российский астроном Б. А. Воронцов-Вельяминов, который считает, что планету - прародительницу астероидов и комет было бы правильнее назвать не Фаэтон, а Астерон. Другая группа гипотез рассматривает происхождение астероидов (и комет) в единой эволюционной схеме образования Солнечной системы. Среди этих гипотез наиболее подробно разработана гипотеза советского ученого О. Ю. Шмидта.

Какая же из этих двух концепций лучше удовлетворяет современным представлениям о малых телах Солнечной системы?

К сороковым годам XX века каталоги астероидов с указанием их орбит содержали около полутора тысяч объектов. Используя методы небесной механики, теоретически можно повернуть события вспять, "собрать" астероиды вместе и определить приблизительную орбиту родительской планеты. Такую работу проделал московский астроном А. Н, Чибисов. Его вывод однозначен: исходя из современных данных о движении астероидов, невозможно определить ни область, где разорвалась планета, ни орбиту, по которой она двигалась до взрыва. Азербайджанский ученый Г. Ф. Султанов подошел к этому вопросу с другой стороны. Он рассчитал, как должны распределиться в пространстве осколки при разрыве планеты. Полученные данные сравнил с существующим распределением астероидов. И вновь результат оказался не в пользу гипотезы Ольберса. Различия в распределении столь велики, что говорить о взрыве небесного тела нет никаких оснований.

И все же существовала еще одна мыслимая ситуация, которую можно было бы использовать, чтобы спасти гипотезу Ольберса, если взрыв планеты - дело далекого прошлого, то можно допустить, что под действием планетных возмущений за время, сравнимое с возрастом Солнечной системы, орбиты астероидов запутались настолько, что восстановить начальные условия попросту невозможно.

Окончательно гипотезу Ольберса пришлось отвергнуть после того, как стали известны физические характеристики астероидов. Еще совсем недавно мы практически ничего не знали об этом. Только к концу 70-х годов, когда была выполнена широкая программа исследований на крупнейших телескопах мира с использованием современной аппаратуры, стала проявляться физическая природа тел в поясе астероидов. Выяснились любопытные факты. Оказалось, например, что малые планеты отличаются друг от друга по своим оптическим свойствам. В кольце астероидов можно выделить как минимум две группы объектов - светлые и темные. Но, что самое удивительное, доля темных объектов возрастает с увеличением расстояния от Солнца. И наоборот, чем ближе к Солнцу, тем выше процент светлых тел. Очень трудно (если вообще возможно) представить себе взрыв, который бы так красиво упорядочил куски планеты по орбитам вокруг Солнца.

Наконец, существует еще одно "наивное почему", на которое должны ответить сторонники гипотезы Ольберса. Почему взорвалась планета? Сам автор гипотезы по этому поводу никак не высказывался. Но сейчас, когда мы располагаем мощными средствами исследования планет вплоть до космических аппаратов и знаем о планетах не в пример больше, чем астрономы XIX века, отмахиваться от этого вопроса нельзя. Так вот, исчерпывающего ответа на него не дал еще никто.

Что же говорит о возникновении астероидов гипотеза О. Ю. Шмидта? Хотя на первый взгляд это кажется невероятным, "виноват" во всем Юпитер, крупнейшая планета в Солнечной системе. Произошло это на заре рождения планет, примерно около 4 миллиардов лет назад. В то время молодое Солнце было окружено газопылевым облаком, причем пылевой слой концентрировался в экваториальной области, в той плоскости, где теперь вращаются планеты. Скорости пылинок в слое были относительно небольшие, поэтому пылинки быстро слипались, сравнительно за короткое время образовались тела (планетезимали), по размерам сравнимые с современными астероидами. Быстрее всего благодаря специфическим условиям в протопланетном облаке процесс рождения планетезималей шел в районе орбиты нынешнего Юпитера. Крупнейшая планетезималь имела приоритет в росте - она интенсивно присоединяла к себе соседние тела, превращаясь в ядро будущего Юпитера. Когда масса ядра достигла нескольких масс Земли, оно стало эффективно "раскачивать" орбиты ближайших к нему планетезималей и выкидывать их из своей зоны питания. Силы были настолько велики, что планетезимали "простреливали" внутренние области рождающейся Солнечной системы, вплоть до орбиты современного Меркурия. Конечно, больше всего досталось соседнему району, где сейчас располагается пояс астероидов. Часть тел из этого района была вообще выброшена при столкновениях, а у оставшихся тел очень сильно возросли относительные скорости. При столкновениях протоастероиды уже не могли объединиться, процесс дробления стал преобладать над процессом роста. Так, растущий Юпитер приостановил рост ближайшей к себе планеты. Не исключено, что масса Марса осталась небольшой именно из-за этих событий.

Получается, что на некотором первоначальном этапе своего развития прото-Юпитер работал наподобие пращи, раскидывая во все стороны соседние планетезимали. По расчетам, масса вещества, вынесенного из Солнечной системы Юпитером и другими планетами-гигантами, могла достигать нескольких сотен масс Земли. Часть планетезималей навсегда покинула Солнечную систему, другая часть время от времени возвращается к нам в виде комет. Вот как теория О. Ю. Шмидта объясняет происхождение комет.

Соответствуют ли описанные теоретические взгляды тому, что мы наблюдаем в жизни? Если говорить об астероидах, то грубых противоречий до сих пор не выявлено. Скорее наоборот, современные астрономические наблюдения уточняют и дополняют гипотезу. Во всяком случае, основной посыл гипотезы Шмидта сохраняется, а именно - пояс астероидов - закономерный этап эволюции Солнечной системы. О происхождении комет мы до сих пор знаем слишком мало, чтобы обнаружить несоответствие с гипотезой.

В марте 1986 года советские межпланетные станции "Вега-1" и "Вега-2" пролетели в непосредственной близости от головы кометы Галлея. Получен уникальный материал о физических условиях в газо-пылевой атмосфере кометы, впервые в истории человечества удалось увидеть ее ядро. Это каменистое очень темное неправильной формы тело размером всего несколько километров в поперечнике. Наверное, так могут выглядеть и некоторые астероиды.

Итак, современные научные факты не подтверждают гипотезу Ольберса о взрыве гипотетической планеты - прародительницы астероидов и комет. Миф рассеялся: если и существовала такая планета, то только в воображении. А называть ее можно, коли уж не Фаэтон, то скорее Мифон, чем Астерон.

Пояс астероидов

Кольцо Фаэтона

Фаэтон - взорвавшаяся планета?

Планета - Фаэтон