Астероиды Солнечной системы: классификация, динамика орбит и потенциальные угрозы

Астероиды — малые тела Солнечной системы, систематизированные по порядку открытия, начиная с Цереры (1) в 1801 году. Большинство крупных объектов сосредоточено в главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Считается, что они представляют собой фрагменты примерно 50 крупных планетезималей, которые не смогли аккрецировать в единую планету из-за гравитационных возмущений со стороны Юпитера. К наиболее крупным телам относятся: Церера (диаметр ~960 км), Паллада (2) (~570 км), Веста (4) (~525 км) и Гигия (10) (~450 км). Их совокупная масса составляет менее 0.1% массы Земли, что подтверждает фрагментарную природу пояса.

Астероиды обращаются вокруг Солнца и обладают собственным вращением, хотя многие из них вращаются хаотично («кувыркаются»). Типичный период вращения составляет около 9 часов. Формы тел часто неправильные: например, астероид 216 Клеопатра напоминает собачью кость. Многие объекты представляют собой груды щебня — слабосвязанные скопления обломков, что указывает на их происхождение от разрушенных в результате столкновений более крупных родительских тел.

Динамика орбит астероидов определяется гравитационными резонансами с планетами, прежде всего с Юпитером. Стабильные орбиты существуют в зонах, где орбитальный период астероида соотносится с периодом планеты как целые числа. Юпитер формирует несколько стабильных групп: троянцы (резонанс 1:1), астероиды группы Хильды (резонанс 3:2) и астероиды семьи Туле (резонанс 4:3). Нестабильные области, лишенные астероидов, известны как люки Кирквуда.

Особую стабильность обеспечивают точки Лагранжа L₄ и L₅ в орбитальной плоскости планеты, расположенные под углом 60° впереди и позади нее. Астероиды, находящиеся в этих точках, называются троянскими; крупнейшая популяция троянцев связана с Юпитером. В точках Лагранжа системы Солнце–Земля значительных астероидов не обнаружено, хотя там присутствуют скопления пыли.

Главный пояс астероидов расположен на расстоянии от 1.7 до 4.0 астрономических единиц (а.е.) от Солнца и содержит, по оценкам, 1.1–2 миллиона объектов диаметром более 1 км. В нём наблюдается чёткий градиент состава: внутри 2.5 а.е. преобладают безводные силикатные астероиды, тогда как дальше распространены тела, содержащие гидратированные минералы и лёд. Основные группы включают: семейство Венгрии (1.78–2.0 а.е.), семейство Флоры (2.1–2.3 а.е.) и семейство Корониды (~3 а.е.). Во внешней зоне находятся семейство Кибелы (~3.5 а.е.) и группа Хильды (3.9–4.2 а.е.). Исследования с помощью космических аппаратов (например, пролёт «Галилео» мимо астероида 243 Ида) подтвердили их древнюю, кратерированную поверхность, сформированную многочисленными столкновениями.

Астероиды, чьи орбиты пересекаются с земной, классифицируются как околоземные объекты (ОЗО) и представляют наибольшую угрозу столкновения. Основные динамические классы:
- Атоны: большая полуось орбиты <1.0 а.е., пересекают земную орбиту.
- Аполлоны: большая полуось >1.0 а.е., пересекают земную орбиту.
- Амуры: орбиты между Землёй и Марсом, приближаются, но не пересекают земную орбиту.

К известным потенциально опасным объектам относятся 4179 Таутатис (~1.6 км) и 1685 Торо (~12 км). Столкновение с телом размером >1 км может иметь глобальные последствия; статистически такие события происходят с интервалом в несколько миллионов лет.

За орбитой Юпитера расположены ледяные тела — кентавры, имеющие неустойчивые орбиты между Юпитером и Нептуном. Объекты типа 2060 Хирон проявляют свойства как астероидов, так и комет. Ещё дальше находится пояс Койпера (30–50 а.е.), населённый транснептуновыми объектами (ТНО), включая карликовые планеты, такие как Плутон. Его общая масса, по оценкам, в 100 раз превышает массу главного пояса.

Наиболее удалённый резервуар малых тел — облако Оорта, сферическая оболочка из ледяных планетезималей, простирающаяся от ~2000 до более 50 000 а.е. Оно считается источником долгопериодических комет и может содержать триллионы объектов. Внутренняя, более уплощённая часть иногда выделяется как облако Хиллса.

Таким образом, астероиды представляют собой разнообразные реликты эпохи формирования Солнечной системы, организованные в динамически обособленные группы. Изучение их орбит, состава и распределения имеет фундаментальное значение для планетологии, космохимии и оценки долгосрочных рисков для Земли.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам геологических специальностей, профессиональным геологам-тектонистам, специалистам в области геодинамики и региональной геологии, а также всем, кто интересуется фундаментальными процессами формирования и эволюции земной коры.