Большой неожиданностью было открытие узких колец Урана во время наблюдения покрытия им звезды в 1977. Дело в том, что существует немало явлений, которые всего за несколько десятилетий могли бы заметно расширить узкие кольца: это взаимные столкновения частиц, эффект Пойнтинга – Робертсона (радиационное торможение) и плазменное торможение. С практической точки зрения узкие кольца, положение которых можно измерить с высокой точностью, оказались весьма удобным индикатором орбитального движения частиц. Прецессия колец Урана позволила выяснить распределение массы внутри планеты.

Те, кому приходилось вести автомобиль с запыленным ветровым стеклом в сторону восходящего или заходящего Солнца, знают, что пылинки сильно рассеивают свет в направлении его падения. Именно поэтому трудно обнаружить пыль в планетных кольцах, наблюдая их с Земли, т.е. со стороны Солнца. Но каждый раз, когда космический зонд пролетал мимо внешней планеты и «оглядывался» назад, мы получали изображения колец в проходящем свете. На таких изображениях Урана и Нептуна как раз и были открыты неизвестные до этого пылевые кольца, которые значительно шире давно известных узких колец.

Важнейшей темой современной астрофизики являются вращающиеся диски. Многие динамические теории, развитые для объяснения структуры галактик, можно использовать и для изучения планетных колец. Так, кольца Сатурна стали объектом для проверки теории самогравитирующих дисков. На свойство самогравитации этих колец указывает наличие в них как спиральных волн плотности, так и спиральных изгибных волн, которые видны на детальных изображениях. Волновой пакет, обнаруженный в кольцах Сатурна, был приписан сильному горизонтальному резонансу планеты со спутником Япетом, который возбуждает спиральные волны плотности во внешней части деления Кассини.

Высказывалось немало догадок о происхождении колец. Важно, что они лежат внутри зоны Роша, т.е. на таком расстоянии от планеты, где взаимное притяжение частиц меньше, чем разница сил притяжения их планетой. Внутри зоны Роша из рассеянных частиц не может сформироваться спутник планеты. Возможно, вещество колец осталось «невостребованным» с момента формирования самой планеты. Но, может быть, это следы недавней катастрофы – столкновения двух спутников или разрушения спутника приливными силами планеты. Если собрать все вещество колец Сатурна, то получится тело радиусом ок. 200 км. В кольцах остальных планет вещества значительно меньше.

Астероиды. Множество малых планет – астероидов – обращается вокруг Солнца в основном между орбитами Марса и Юпитера. Название «астероид» астрономы приняли потому, что в телескоп они выглядят как слабые звездочки (aster по-гречески «звезда»). Сначала думали, что это осколки некогда существовавшей большой планеты, но затем стало ясно, что астероиды никогда не составляли единого тела; скорее всего, это вещество не смогло объединиться в планету из-за влияния Юпитера. По оценкам, суммарная масса всех астероидов составляет в нашу эпоху всего 6% массы Луны; половина этой массы заключена в трех крупнейших – 1 Церере, 2 Палладе и 4 Весте. Номер в обозначении астероида указывает порядок его открытия. Астероидам с точно известными орбитами присваивают не только порядковые номера, но и имена: 3 Юнона, 44 Ниса, 1566 Икар. Известны точные элементы орбит более 8000 астероидов из 33 000 открытых на сегодня.

Существует не менее двухсот астероидов радиусом более 50 км и около тысячи – более 15 км. По оценкам, около миллиона астероидов имеет радиус более 0,5 км. Крупнейший из них – Церера, довольно темный и сложный для наблюдения объект. Требуются особые методы адаптивной оптики, чтобы при помощи наземных телескопов различить детали поверхности даже крупных астероидов.

Радиусы орбит большинства астероидов заключены между 2,2 и 3,3 а.е., эту область называют «поясом астероидов». Но он не весь заполнен орбитами астероидов: на расстояниях 2,50, 2,82 и 2,96 а.е. их нет; эти «окна» образовались под влиянием возмущений со стороны Юпитера. Все астероиды обращаются в прямом направлении, но орбиты многих из них заметно вытянуты и наклонены. Некоторые астероиды имеют весьма любопытные орбиты. Так, группа Троянцев движется по орбите Юпитера; большинство из этих астероидов очень темные и красные. У астероидов группы Амура орбиты подходят или пересекают орбиту Марса; в их числе 433 Эрос. Астероиды группы Аполлона пересекают орбиту Земли; среди них 1533 Икар, ближе всех подходящий к Солнцу. Очевидно, рано или поздно эти астероиды испытывают опасное сближение с планетами, которое заканчивается столкновением или серьезным изменением орбиты. Наконец, недавно в особый класс выделены астероиды группы Атона, орбиты которых почти целиком лежат внутри орбиты Земли. Все они очень маленького размера.

Яркость многих астероидов периодически меняется, что естественно для вращающихся неправильных тел. Периоды их вращения лежат в интервале от 2,3 до 80 ч и в среднем близки к 9 ч. Своей неправильной формой астероиды обязаны многочисленным взаимным столкновениям. Примеры экзотической формы дают 433 Эрос и 643 Гектор, у которых отношение длин осей достигает 2,5.

В прошлом вся внутренняя часть Солнечной системы, вероятно, была похожа на главный пояс астероидов. Находящийся вблизи этого пояса Юпитер своим притяжением сильно возмущает движение астероидов, увеличивая их скорости и приводя к сталкиванию, а это чаще разрушает, чем объединяет их. Подобно недостроенной планете, пояс астероидов дает нам уникальную возможность увидеть части конструкции перед тем, как они скроются внутри готового тела планеты.

Изучая свет, отраженный астероидами, удается немало узнать о составе их поверхности. Большинство астероидов на основе их коэффициента отражения и цвета отнесены к трем группам, аналогичным группам метеоритов: астероиды типа C имеют темную поверхность, как углистые хондриты (см. ниже Метеориты), тип S ярче и краснее, а тип M похож на железо-никелевые метеориты. Например, 1 Церера похожа на углистые хондриты, а 4 Веста – на базальтовые эвкриты. Это указывает, что происхождение метеоритов связано с поясом астероидов. Поверхность астероидов покрыта мелко раздробленной породой – реголитом. Довольно странно, что он удерживается на поверхности после удара метеоритов – ведь у 20-км астероида сила тяжести 10^–3 g, а скорость покидания поверхности всего 10 м/с.

Кроме цвета сейчас известно множество характерных инфракрасных и ультрафиолетовых спектральных линий, используемых для классификации астероидов. По этим данным выделяют 5 основных классов: A, C, D, S и T. Астероиды 4 Веста, 349 Дембовска и 1862 Аполлон не вписались в эту классификацию: каждый их них занимал особое положение и стал прототипом новых классов, соответственно V, R и Q, в которых теперь присутствуют и другие астероиды. Из многочисленной группы С-астероидов в дальнейшем выделились классы B, F и G. Современная классификация насчитывает 14 типов астероидов, обозначенных (в порядке уменьшения количества членов) буквами S, C, M, D, F, P, G, E, B, T, A, V, Q, R. Поскольку альбедо у С-астероидов ниже, чем у S-астероидов, происходит наблюдательная селекция: темные С-астероиды сложнее обнаружить. С учетом этого самым многочисленным типом оказываются именно С-астероиды.

Из сравнения спектров астероидов различного типа со спектрами образцов чистых минералов сформировались три большие группы: примитивная (C, D, P, Q), метаморфическая (F, G, B, T) и магматическая (S, M, E, A, V, R). Поверхность примитивных астероидов богата углеродом и водой; метаморфические содержат меньше воды и летучих, чем примитивные; магматические покрыты сложными минералами, вероятно, сформировавшимися из расплава. Внутренняя область главного пояса астероидов богато населена магматическими астероидами, в средней части пояса преобладают метаморфические, а на периферии – примитивные астероиды. Это указывает, что в период формирования Солнечной системы в поясе астероидов существовал резкий градиент температуры.

Классификация астероидов, основанная на их спектрах, группирует тела по составу поверхности. Но если рассматривать элементы их орбит (большую полуось, эксцентриситет, наклон), то выделяются динамические семейства астероидов, впервые описанные К.Хираямой в 1918. Самые населенные из них – это семейства Фемиды, Эос и Корониды. Вероятно, каждое семейство представляет собой рой осколков сравнительно недавнего столкновения. Систематическое изучение Солнечной системы приводит нас к пониманию, что крупные столкновения являются скорее правилом, чем исключением, и что Земля также не застрахована от них.

назад   дальше