Что такое астероиды и кометы? Где они живут? Какую опасность представляют? На сколько вероятно падение метеорита на Землю в ближайшем будущем?.

Хочу сразу сказать, что я не ставил целью этой статьи напугать читателя страшными байками о космической угрозе с красочным описанием падения кометы на Землю и гибелью всего живого. Думаю, сделать это лучше чем в фильме «Армагеддон» в ближайшее время вряд ли кому-то удастся. Здесь я просто собрал и систематизировал в популярной форме основную информацию о малых телах Солнечной системы и попытался объективно ответить на вопрос: «Можно ли спать спокойно по ночам или надо боятся, что в любой момент в Землю со скоростью пули врежется скала размером с дом или с целый город и разнесёт, если не пол планеты, то какую-нибудь небольшую страну?»

Мир астероидов и комет.

У меня для вас две новости — хорошая и плохая. Начну с плохой: вокруг Солнца в пределах сферы радиусом 1 световой год (это сфера, в которой Солнце может удерживать своей гравитацией малые тела) постоянно кружатся триллионы(!!!) глыб размером от десятков метров до сотен и даже тысяч километров!

Хорошая новость в том, что Солнечная система существует уже 4,5 миллиарда лет и первоначальная каша космического вещества уже давно структурировалась в стабильную систему планет, астероидов, комет и т.д., которую мы наблюдаем. Период массированных метеоритных бомбардировок, который пережила Земля и другие планеты, остался в далёком доисторическом прошлом. Практически всё крупное, что должно было упасть на Землю из космоса, к нашему счастью уже упало. Сейчас обстановка в Солнечной системе в целом спокойная. Изредка порадует своим появлением комета — гостья с самых окраин владений нашего светила.

Все крупные астероиды обнаружены, переписаны, поставлены на учёт, их орбиты просчитаны, опасности они не представляют.

С мелкими сложнее — их в космосе больше, чем муравьёв во всех муравейниках. Поставить на учёт каждый космический камень просто невозможно. Из-за малого размера обнаруживаются они только в непосредственной близости от Земли. А совсем мелкие вовсе не обнаруживаются до входа в атмосферу. Но такие особого вреда не приносят, максимум — могут напугать громким хлопком перед тем, как почти полностью сгореть. Хотя могут и стёкла в домах побить, как сделал тот самый Челябинский метеорит, чем и продемонстрировал реальность угрозы из космоса.

Наибольшее опасение вызывают астероиды размером от 150 метров. Теоретически их количество только в «главном поясе» может исчисляться миллионами. Обнаружить такое тело на достаточно большом расстоянии, чтобы успеть что-то предпринять очень сложно. А метеорит размером 150-300 метров гарантированно разрушит город, если в него попадёт.

Таким образом, угроза из космоса более чем реальна. Метеориты падали на Землю на протяжении всей её истории, и рано или поздно это случится снова. Чтобы оценить уровень опасности предлагаю подробнее разобраться в устройстве этого небесного хозяйства.

Терминология.

• Малые тела Солнечной системы — все естественные объекты, вращающиеся вокруг Солнца, кроме планет, карликовых планет и их спутников.

• Карликовые планеты — тела с массой достаточной, чтобы за счёт собственной гравитации поддерживать форму близкую к шарообразной (от 300-400 км), но не доминирующие на своей орбите.

• Астероиды — малые тела размером более 30 метров.
• Малые тела размером менее 30 метров называются метеороиды.
• Далее, по мере уменьшения размера, идут микрометеороиды (меньше 1-2 мм), а затем космическая пыль (частицы меньше 10 мкм).
• Метеорит — то, что осталось от астероида или метеороида после его падения на Землю.
• Болид — вспышка, видимая при входе малого тела в атмосферу.
• Комета — ледяное малое тело. При приближении к Солнцу лёд и замёрзший газ испаряется, формируя хвост и кому (голову кометы).
• Афелий — максимально удалённая точка орбиты.
• Перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты.
• а.е. — Астрономическая Единица расстояния, это расстояние от Земли до Солнца (150 млн. км).

Главный пояс астероидов.

Место массового сосредоточения малых тел. Это широкая полоса между орбитами Марса и Юпитера, по которой вращается основная часть астероидов центральной части  Солнечной системы:

Большинство малых тел Солнечной системы летают вокруг Солнца группами по близким орбитам. Это обусловлено тем, что на протяжении миллиардов лет они испытывают гравитационные воздействия со стороны планет (особенно Юпитера) и постепенно смещаются с нестабильных орбит, где такие воздействия максимальны, на стабильные, где гравитационные возмущения минимальны. Так же, группы астероидов возникают при столкновениях, когда большой астероид разваливается на множество мелких, или он остаётся цел, но от него откалывается множество осколков. На данный момент известны десятки групп (или семейств) астероидов, но большинство из них принадлежат главному поясу.

В главном поясе известно 4 тела размером более 400 км, около 200 тел размером более 100 км, около 1000 размером от 15 км. Теоретически подсчитано, что астероидов размером более 1 км там должно быть около 1-2 миллионов. Несмотря на огромное количество, суммарная масса этих камней составляет всего лишь 4 % от массы Луны.

Ранее предполагалось, что главный пояс астероидов возник из обломков взорвавшейся планеты Фаэтон. Но сейчас более вероятной версией считается, что планета в этой области просто не смогла возникнуть из-за близости гиганта-Юпитера.

Миллионы астероидов этого пояса, многие из которых могли бы устроить Армагеддон на Земле, не представляют для нас опасности, так как их орбиты лежат за пределами орбиты Марса.

Столкновения.

Но иногда они сталкиваются между собой, тогда какой-нибудь осколок может случайно попасть и в Землю. Вероятность такой случайности крайне низкая. Если просчитать её для временного промежутка равного жизни 2-3 поколений, то этим поколениям можно особо не беспокоиться.

Но Земля существует миллиарды лет, за это время случалось всякое. Например, вымирание около 80 % всего живого и 100 % динозавров 65 миллионов лет назад. Практически доказано, что в этом виноват Чиксулубский метеорит, кратер от которого находится в районе полуострова Юкотан (Мексика). Судя по кратеру, это был метеорит размером около 10 км. Предположительно он принадлежал семейству астероида «Баптистина», которое образовалось при столкновении 170-км астероида с другим достаточно крупным.

На сколько же часто происходят такие столкновения? Предлагаю включить пространственное воображение и представить себе главный пояс астероидов уменьшенный в 100 тысяч раз. В таком масштабе его ширина станет приблизительно равной ширине Атлантического океана. Астероид диаметром 1 км превратится в шарик размером 1 см. Четыре гигантских тела — Церера, Веста, Паллада и Гигея с размерами соответственно 950, 530, 532 и 407 км, станут шарами размером примерно 10, 5 и 4 метра. 100-метровые астероиды (минимальный размер, представляющий достаточно серьёзную угрозу) станут 1-мм крошками. Теперь мысленно разбросаем их по всей Атлантике и представим, что они плавно курсируют приблизительно в одном направлении, например сначала с севера на юг, потом обратно. Их траектории не совсем параллельны — пусть некоторые плывут из Лондона к нижней оконечности Южной Америки, а другие из Нью-Йорка в южную Африку. Причем, своё путешествие туда и назад (период обращения) они совершают за 4-6 лет (в таком масштабе примерно это соответствует скорости 1 км/час).

Представили эту картину? В этом же масштабе Земля в самом ближайшем положении относительно какого либо астероида будет представлять из себя 130-метровый островок в Индийском океане. Какова же вероятность, чтобы два астероида столкнулись и осколок угодил прямо в неё!? Теперь, я думаю, вы будете спать спокойнее. По крайней мере тревога о космическом Армагеддоне, постоянно подогреваемая СМИ, должна отойти подальше на задний план. Даже если насыпать в Атлантический океан несколько миллионов шариков размером от 1 миллиметра до десятков сантиметров и всего несколько сотен размером больше метра то, при таком движении о котором мы говорили интуиция подсказывает, что столкновений и попаданий осколков в Землю в ближайшее время можно не ждать. А математические расчёты дают такие данные: астероиды размером от 20 км попадают друг в друга раз в 10 миллионов лет.

Одна из типичных картинок, которые обычно приводят как иллюстрацию при описании пояса астероидов:

Теперь я думаю вы поняли, что в реале он выглядит совсем не так. На самом деле соотношение расстояний между соседними глыбами и их размерами там гораздо больше, чем на этом рисунке. Измеряется оно тысячами километров, может быть изредка сотнями, поэтому межпланетные космические аппараты до сих пор спокойно пролетали через этот пояс без всяких осложнений.

Однако, не смотря на всё сказанное, именно из Главного Пояса Астероидов происходят более 99 % найденных на Земле обломков метеоритов. Они внесли весомый вклад в «развитие» жизни на Земле, периодически устраивая на ней массовые вымирания видов. Что-же, на то он и Главный..

Астероиды сближающиеся с Землёй.

Как уже говорилось выше, большинство астероидов принадлежат какому либо семейству, то есть тела одной группы летят по похожим орбитам. Есть семейства орбиты которых сближаются с земной орбитой, или даже пересекают её. Самые опасные из них — семейства Амура, Аполлона и Атона:

Группа Амура — наименее угрожающая из этих трёх, так как не пересекает орбиту Земли, а только приближается к ней. Этого достаточно, чтобы представлять потенциальную опасность, так как при таких сближениях земное тяготение непредсказуемо меняет орбиту астероидов, в связи с чем угроза из потенциальной может превратиться в реальную. Тот же эффект на них оказывает и Марс, так как они пересекают его орбиту, следовательно иногда сближаются и с ним. Известно около 4000 астероидов этой группы, естественно большая часть ещё не открыта. Самый крупный из них — Ганимед (не путать со спутником Юпитера), его диаметр 31,5 км. Другой член этой группы — Эрос (34  Х 11 км), знаменит тем, на него впервые в истории садился космический аппарат — «NEAR Shoemaker» (NASA).

Группа Аполлона. Как видно на схеме, астероиды этой группы, так же как и «амуры», в афелии (максимальное удаление от Солнца) уходят в Главный пояс, а в перигелии заходят внутрь земной орбиты. То есть, пересекают её в двух местах. В этом семействе известно более 5000 членов, в основном «мелочь», самый крупный — 8,5 км.

Группа Атона. «Атонов» известно около 1000 штук (самый большой — 3,5 км). Они наоборот — курсируют внутри орбиты Земли, и только в афелии выходят за её пределы, так же пересекая нашу орбиту.

На самом деле на схеме показаны проекции типичных орбит «аполлонов» и «атонов». Каждый из астероидов имеет определённый орбитальный наклон, поэтому далеко не каждый из них пересекает орбиту Земли — большинство проходят под или над ней (или чуть сбоку). Зато, если пересекает, то появляется вероятность, что в какой-то момент Земля окажется с ним в одной точке — тогда произойдёт столкновение.

Вот так из года в год и крутится эта космическая карусель. Астрономы всего мира следят за каждым подозрительным объектом, постоянно открывая всё новые и новые. На сайте «Центра Малых Планет» нашёл список астероидов угрожающих Земле (потенциально опасных). Астероиды в нем отсортированы начиная с самого опасного.

Апофис.

«Апофис» — один из «атонов», лидирует в списке самых опасных астероидов, так как расчётное расстояние на котором он пройдёт мимо Земли самое маленькое из всех известных — всего 30-35 тыс. км от поверхности нашей планеты. Так как есть вероятность ошибки в расчётах из-за неточных данных, то существует и некоторая вероятность «попадания».

Его диаметр, составляет около 320 метров, период обращения вокруг Солнца — 324 земных дня. То есть, раз в 162 дня он практически пролетает сквозь орбиту Земли, но так как общая протяжённость земной орбиты составляет почти миллиард километров, то рискованные сближения происходят редко.

Апофис был открыт в июле 2004 года и снова приблизился к Земле в декабре.  Июльские данные сопоставили с декабрьскими, просчитали орбиту и.. начался большой переполох! Расчёты показали, что в 2029 году Апофис с вероятностью в 3 % упадёт на Землю! Это было равносильно научно обоснованному предсказанию конца света. Начались пристальные наблюдения за Апофисом, каждое новое уточнение орбиты уменьшало вероятность армагеддона. Возможность столкновения в 2029 году была практически опровергнута, однако «под подозрение» попало сближение 2036 года.  В 2013 году очередной пролёт Апофиса недалеко от Земли (около 14 млн. км.) позволил максимально уточнить его размер и параметры орбиты, после этого учёные NASA полностью опровергли информацию об угрозе падения этого астероида на Землю.

Немного о других малых телах Солнечной системы.

Самая астероидно-опасная часть нашей планетной системы осталась позади, продвигаемся в сторону её окраин.  По мере увеличения расстояния, соответственно уменьшается потенциальная опасность находящихся там объектов. Другими словами, если уж по мнению NASA никакого Апофиса можно не боятся, то опасность малых тел, о которых пойдёт речь ниже, совсем стремится к нулю.

«Троянцы» и «Греки».

Каждая крупная планета Солнечной системы имеет точки на орбите, оказавшись в которых тела с небольшой массой находятся в равновесии между этой планетой и Солнцем. Это так называемые точки Лагранжа, всего их 5. В двух из них, которые находятся на 60° впереди и сзади планеты, обитают «Троянские» астероиды.

Самые большие Троянские группы имеет Юпитер. Те, которые опережают его на орбите, называются «Греки», которые отстают — «Троянцы». Известно около 2000 «Троянцев» и 3000 «Греков». Все они не находятся, конечно, в одной точке, а разбросаны по орбите в областях протяжённостью десятки миллионов километров.

Кроме Юпитера Троянские группы открыты у Нептуна, Урана, Марса и Земли. У Венеры и Меркурия, скорее всего они тоже есть, но их пока не открыли, так как близость Солнца мешает проводить астрономические наблюдения в этих областях. Кстати, в точках Лагранжа Луны относительно Земли тоже есть как минимум сгустки космической пыли, а возможно и попавшие в гравитационную ловушку мелкие осколки метеоритов.

Пояс Койпера.

Далее по мере удаления от Солнца, за орбитой Нептуна (самой дальней планеты Солнечной системы), то есть на расстоянии более 30 а.е. от центра, начинается ещё один обширнейший пояс астероидов — пояс Койпера. Он приблизительно в 20 раз шире Главного пояса и в 100-200 раз массивнее. Условно его внешней границей принято расстояние 55 а.е. от Солнца. Как видно на рисунке, пояс Койпера представляет собой огромный тор (бублик), лежащий за орбитой Нептуна:Уже известно более 1000 Объектов Пояса Койпера (ОПК). Теоретические расчёты говорят, что там должно быть около 500 000 объектов размером от 50 км, около 70 000 размером от 100 км, несколько тысяч малых планет (а может и больших) размером более 1000 км (пока таких открыто только 7).

Самый известный объект пояса Койпера — Плутон. По новому определению термина «планета» он уже не считается полноценной планетой, а относится к карликовым, так как явно не доминирует на своей орбите.

Рассеянный диск.

Внешняя граница пояса Койпера плавно переходит в Рассеянный диск. Здесь малые тела вращаются по гораздо более вытянутым и ещё более наклонным орбитам. В афелии объекты рассеянного диска могут удаляться на сотни а.е.

То есть, объекты этой области не придерживаются какой-то строгой системы в своём вращении, а движутся по самым разным орбитам. Поэтому, собственно, диск и называется рассеянным. Например, там открыты объекты с наклоном орбиты до 78°. Ещё есть объект, который заходит внутрь орбиты Сатурна, а затем удаляется на 100 а.е.

В рассеянном диске вращается самая большая из известных карликовых планет — Эрида, её диаметр около 2500 км, это больше чем у Плутона. В перигелии она заходит в пояс Койпера, в афелии удаляется на расстояние 97 а.е. от Солнца. Период её обращения составляет 560 лет.

Самый экстремальный известный объект этой области — карликовая планета Седна (диаметр 1000 км), в максимальном удалении она уходит от нас на расстояние 900 а.е. Чтобы обернуться вокруг Солнца, ей требуется 11500 лет.

Кажется, что всё это недосягаемые дальние дали, но!. В этой области в данный момент находятся два рукотворных объекта — космические аппараты «Вояджер», запущенные ещё в 1977 году. «Вояджер-1» ушёл немного дальше своего напарника, сейчас он находится на расстоянии 19 миллиардов километров от нас (126 а.е.). Оба аппарата до сих пор успешно передают на Землю информацию об уровне космического излучения, при этом, радиосигнал доходит до нас за 17 часов. Такими темпами «Вояджеры» пролетят 1 световой год (четверть расстояния до ближайшей звезды) за 40 000 лет.

А мы с вами, мысленно конечно, можем преодолеть это расстояние в одно мгновение. Идём дальше..

Облако Оорта.

Облако Оорта начинается там, где заканчивается рассеянный диск (условно принято расстояние 2000 а.е.), то есть чёткой границы у него нет — рассеянный диск становится всё рассеяннее, и плавно превращается в сферическое облако, состоящее самых разных тел, вращающихся по самым разнообразным орбитам вокруг Солнца. На расстоянии более 100 000 а.е. (примерно 1 световой год) Солнце уже не может что-либо удерживать своей гравитацией, поэтому там облако Оорта плавно сходит на нет и начинается межзвёздная пустота.

Привожу иллюстрацию из Википедии, на которой наглядно показаны сравнительные размеры Облака Оорта и внутренней части Солнечной системы:

Для сравнения показана так же орбита Седны (Объект Рассеянного Диска, карликовая планета диаметром около 1000 км). Седна — один из самых далёких объектов, известных на данный момент, перигелий её орбиты равен 76 а.е., афелий — 940 а.е. Открыта в 2003 году. Кстати, её бы вряд ли открыли, если бы она сейчас не находилась  в районе перигелия своей орбиты, то есть на ближайшем к нам расстоянии, хотя это и в два раза дальше, чем до Плутона.

Что такое комета.

Комета — это ледяное малое тело (водяной лёд, замёрзшие газы, немного метеоритного вещества), из этих тел в основном и состоит Облако Оорта. Хотя на таких огромных расстояниях современные телескопы не могут видеть объекты размером около километра, теоретически предсказывается, что малых тел в Облаке Оорта имеется несколько триллионов (!!!). Все они и есть потенциальные ядра комет. Однако, при таких грандиозных размерах облака, среднее расстояние между соседними телами там измеряется в миллионах, а на окраинах в десятках миллионов километров.

Всё, что сказано об облаке Оорта открыто «на кончике пера», так как хотя мы и находимся внутри него, оно находится от нас очень далеко. Но каждый год астрономы открывают десятки новых комет, приближающихся к Солнцу. Некоторые из них, самые долгопериодические, были заброшены в нашу часть Солнечной системы именно из облака Оорта. Как это могло произойти? Что именно забросило их сюда?

Варианты такие:

• В Облаке Оорта существует крупная планета(ты), которая нарушает орбиты малых Объектов Облака Оорта.
• Их орбиты рассеялись, при прохождении вблизи Солнца другой звезды (на раннем этапе эволюции Солнечной системы, когда Солнце ещё находилось внутри породившего его звёздного скопления).
• Некоторые долгопериодические кометы были захвачены Солнцем из аналогичного «Облака Оорта» другой, меньшей звезды, прошедшей неподалёку.
• Все эти варианты верны одновременно.

Как бы то ни было, каждый год к своему перигелию приближаются новооткрытые кометы, как короткопериодические, прибывшие из пояса Койпера и Рассеянного диска (период обращения вокруг Солнца — до 200 лет), так и долгопериодические — из облака Оорта (им, для оборота вокруг Солнца требуются десятки тысяч лет). В основном, они не подлетают слишком близко к Земле, поэтому их видят только астрономы в мощные телескопы. Но иногда такие гостьи устраивают красивейшее космическое шоу:

Что если..

Что будет, если всё таки комета или астероид упадёт на Землю, ведь это уже много раз случалось в прошлом? Об этом в следующем посте.