Реферат: Малые тела солнечной системы

Массы астероидов крайне различные: наибольшей, близкой к 1,5^. 10²¹ кг (т.е. в 4 тыс. раз меньше массы земли), обладает Церера. Суммарная масса всех астероидов не превышает 0,001 массы Земли. Конечно, все эти небесные тела лишены атмосферы. У многих астероидов по регулярному изменению их блеска обнаружено осевое вращение.

В частности, период вращения Цереры равен 9,1 ^ч , а Паллады - 7,9^ч .

Быстрее всех вращается Икар, за 2^ч 16^м .

Изучение отражательной способности многих астероидов позволило объединить их в три основные группы: темные, светлые и металлические. Поверхность темных астероидов отражает всего лишь до 5% падающего на нее солнечного света и состоит из веществ, сходными с черными базальтовыми и углистыми породами. Эти астероиды часто называют углистыми. Светлые астероиды отражают от 10% до 25% солнечного света, что роднит их поверхность с кремниевыми соединениями - это каменные астероиды. Металлические астероиды (их абсолютное меньшинство) тоже светлые, но по своим отражательным свойствам их поверхность похожа на железоникелевые сплавы. Такое подразделение астероидов подтверждается и химическим составом выпадающих на Землю метеоритов . Незначительное число изученных астероидов не относится ни к одной из трех основных групп.

Показательно, что в спектрах углистых астероидов обнаружена полоса поглощения воды (l= 3мкм). В частности, поверхность астероида Цереры состоит из минералов, похожих на земные глины и содержащих около 10% воды.

При небольших размерах и массах астероидов давление в их недрах невелико: даже у самых крупных астероидов оно не превышает 7 10⁵

8 10 ⁵ Гпа (700 - 800 атм) и не может вызвать разогрева их твердых холодных недр. Лишь поверхность астероидов очень слабо нагревается далеким от них Солнцем, но и эта незначительная энергия излучается в межпланетное пространство. Вычисленная по законам физики температура поверхности подавляющего большинства астероидов оказалась близкой к 150 - 170 К (-120...-100°С).

И только у немногих астероидов, которые проходят вблизи Солнца, поверхность в такие периоды сильно нагревается . Так, температура поверхности Икара повышается почти до 1000 К (+730°С), а при удалении от Солнца снова резко понижается.

Орбиты остальных астероидов подвержены значительным возмущениям от гравитационного воздействия больших планет, главным образом Юпитера. Особенно сильные возмущения испытывают небольшие астероиды, что приводит к столкновениям этих тел и их дроблению на соколки самых разнообразных размеров -б от сотен метров в поперечнике до пылинок.

В настоящее время физическая природа астероидов изучается, потому что по ней можно проследить эволюцию (развитие) вещества, из которого сформировалась Солнечная система.

2. Метеориты

В околоземном космическом пространстве движутся самые различные метеороиды (космические осколки больших астероидов и комет). Их скорости лежат в диапазоне от 11 до 72 км/с. Часто бывает так, что пути их движения пересекаются с орбитой Земли и они залетают в её атмосферу.

Метеориты - каменные или железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства. Падение метеоритов на Землю сопровождается звуковым, световым и механическим явлением. По небу проносится яркий огненный шар называемый болидом, сопровождаемый хвостом и разлетающимися искрами. После того как болид исчезает, через несколько секунд раздаются похожие на взрывы удары, называемые ударными волнами, которые иногда вызывают значительное сотрясение грунта и зданий.

Явления вторжения космических тел в атмосферу имеют три основные стадии:

1. Полёт в разреженной атмосфере (до высот около 80 км), где взаимодействие молекул воздуха носит карпускулярный характер. Частицы воздуха соударяются с телом, прилипают к нему или отражаются и передают ему часть своей энергии. Тело нагревается от непрерывной бомбардировки молекулами воздуха, но не испытывает заметного сопротивления, и его скорость остаётся почти неизменной. На этой стадии, однако, внешняя часть космического тела нагревается до тысячи градусов и выше. Здесь характерным параметром задачи является отношение длины свободного пробега к размеру тела L, которое называется числом Кнудсена K_n . В аэродинамике принято учитывать молекулярный подход к сопротивлению воздуха при K_n >0.1.

2. Полёт в атмосфере в режиме непрерывного обтекания тела потоком воздуха, то есть когда воздух считается сплошной средой и атомно-молекулярный характер его состава явно не учитывается. На этой стадии перед телом возникает головная ударная волна, за которой резко повышается давление и температура. Само тело нагревается за счет конвективной теплопередачи, а так же за счет радиационного нагрева. Температура может достигать несколько десятков тысяч градусов, а давление до сотен атмосфер. При резком торможении появляются значительные перегрузки. Возникают деформации тел, оплавление и испарение их поверхностей, унос массы набегающим воздушным потоком (абляция).

3. При приближении к поверхности Земли плотность воздуха растёт, сопротивление тела увеличивается, и оно либо практически останавливается на какой-либо высоте, либо продолжает путь до прямого столкновения с Землёй. При этом часто крупные тела разделяются на несколько частей, каждая из которых падает отдельно на Землю. При сильном торможении космической массы над Землёй сопровождающие его ударные волны продолжают своё движение к поверхности Земли, отражаются от неё и производят возмущения нижних слоёв атмосферы, а так же земной поверхности.

Процесс падения каждого метеороида индивидуален. Нет возможности в кратком рассказе описать все возможные особенности этого процесса.

«Найденных» метеоритов значительно больше, чем «упавших». Часто их находят туристы или крестьяне, работающие в поле. Поскольку метеориты имеют темный цвет и легко различимы на снегу, прекрасным местом для их поиска служат ледяные поля Антарктики, где уже найдены тысячи метеоритов. Впервые метеорит в Антарктике обнаружила в 1969 группа японских геологов, изучавших ледники. Они нашли 9 фрагментов, лежавших рядом, но относящихся к четырем разным типам метеоритов. Оказалось, что метеориты, упавшие на лед в разных местах, собираются там, где движущиеся со скоростью несколько метров в год ледниковые поля останавливаются, упираясь в горные хребты. Ветер разрушает и высушивает верхние слои льда (происходит его сухая возгонка – абляция), и метеориты концентрируются на поверхности ледника. Такие льды имеют голубоватый цвет и легко различимы с воздуха, чем и пользуются ученые при изучении мест, перспективных для сбора метеоритов.

Важное падение метеорита произошло в 1969 в Чиуауа (Мексика). Первый из множества крупных осколков был найден вблизи дома в деревеньке Пуэблито де Альенде, и, следуя традиции, все найденные фрагменты этого метеорита были объединены под именем Альенде. Падение метеорита Альенде совпало с началом лунной программы «Аполлон» и дало ученым возможность отработать методы анализа внеземных образцов. В последние годы установлено, что некоторые метеориты, содержащие белые обломки, внедренные в более темную материнскую породу, являются лунными фрагментами.

Метеорит Альенде относится к хондритам – важной подгруппе каменных метеоритов. Их называют так, потому что они содержат хондры (от греч. chondros, зёрнышко) – древнейшие сферические частицы, сконденсировавшиеся в протопланетной туманности и затем вошедшие в состав более поздних пород. Подобные метеориты позволяют оценивать возраст Солнечной системы и ее исходный состав. Богатые кальцием и алюминием включения метеорита Альенде, первыми сконденсировавшиеся из-за своей высокой температуры кипения, имеют измеренный по радиоактивному распаду возраст 4,559 ± 0,004 млрд. лет. Это наиболее точная оценка возраста Солнечной системы. К тому же все метеориты несут в себе «исторические записи», вызванные длительным влиянием на них галактических космических лучей, солнечного излучения и солнечного ветра. Изучив повреждения, нанесенные космическими лучами, можно сказать, как долго метеорит пребывал на орбите до того, как попал под защиту земной атмосферы.

Прямая связь между метеоритами и Солнцем следует из того факта, что элементный состав наиболее старых метеоритов – хондритов – точно повторяет состав солнечной фотосферы. Единственные элементы, содержание которых различается, – это летучие, такие, как водород и гелий, обильно испарявшиеся из метеоритов в ходе их остывания, а также литий, частично «сгоревший» на Солнце в ядерных реакциях. Понятия «солнечный состав» и «хондритный состав» используют как равнозначные при описании упомянутого выше «рецепта солнечного вещества». Каменные метеориты, состав которых отличается от солнечного, называют ахондритами.

3. Мелкие осколки.

Околосолнечное пространство заполнено мелкими частицами, источниками которых служат разрушающиеся ядра комет и столкновения тел, в основном, в поясе астероидов. Самые мелкие частицы постепенно приближаются к Солнцу в результате эффекта Пойнтинга – Робертсона (он заключается в том, что давление солнечного света на движущуюся частицу направлено не точно по линии Солнце – частица, а в результате аберрации света отклонено назад и поэтому тормозит движение частицы). Падение мелких частиц на Солнце компенсируется их постоянным воспроизводством, так что в плоскости эклиптики всегда существует скопление пыли, рассеивающее солнечные лучи. В самые темные ночи оно заметно в виде зодиакального света, тянущегося широкой полосой вдоль эклиптики на западе после захода Солнца и на востоке перед его восходом. Вблизи Солнца зодиакальный свет переходит в ложную корону (F -корона, от false – ложный), которая видна только при полном затмении. С ростом углового расстояния от Солнца яркость зодиакального света быстро падает, но в антисолнечной точке эклиптики она вновь усиливается, образуя противосияние; это вызвано тем, что мелкие пылевые частицы интенсивно отражают свет назад.

Время от времени метеороиды попадают в атмосферу Земли. Скорость их движения так велика (в среднем 40 км/с), что почти все они, кроме самых мелких и самых крупных, сгорают на высоте около 110 км, оставляя длинные светящиеся хвосты – метеоры, или падающие звезды. Многие метеороиды связаны с орбитами отдельных комет, поэтому метеоры наблюдаются чаще, когда Земля в определенное время года проходит вблизи таких орбит. Например, ежегодно в районе 12 августа наблюдается множество метеоров, поскольку Земля пересекает поток Персеиды, связанный с частицами, потерянными кометой 1862 III. Другой поток – Ориониды – в районе 20 октября связан с пылью от кометы Галлея.

Частицы размером менее 30 мкм могут затормозиться в атмосфере и упасть на землю, не сгорев; такие микрометеориты собирают для лабораторного анализа. Если частицы размером в несколько сантиметров и более состоят из достаточно плотного вещества, то они также не сгорают целиком и выпадают на поверхность Земли в виде метеоритов. Более 90% из них каменные; отличить их от земных пород может только специалист. Оставшиеся 10% метеоритов железные (в действительности они состоят из сплава железа и никеля).

Метеориты считаются осколками астероидов. Железные метеориты были когда-то в составе ядер этих тел, разрушенных соударениями. Возможно, некоторые рыхлые и богатые летучими веществами метеориты произошли от комет, но это маловероятно; скорее всего, крупные частицы комет сгорают в атмосфере, а сохраняются лишь мелкие. Учитывая, как трудно достигнуть Земли кометам и астероидам, ясно, сколь полезным является изучение метеоритов, самостоятельно «прибывших» на нашу планету из глубин Солнечной системы.

4. Кометы

Кометы являются самыми эффективными небесными телами в Солнечной системе. Кометы - это своеобразные космические айсберги, состоящие из замороженных газов, сложного химического состава, водяного льда и тугоплавкого минерального вещества в виде пыли и более крупных фрагментов.

Хотя кометы подобно астероидам движутся вокруг Солнца по коническим кривым, внешне они разительно отличаются от астероидов. Если астероиды светят отражённым солнечным светом и в поле зрения телескопа напоминают медленно движущиеся слабые звёздочки, то кометы интенсивно рассеивают солнечный свет в некоторых наиболее характерных для комет участках спектра, и поэтому многие кометы видны невооружённым глазом, хотя диаметры их ядер редко превышают 1 - 5 км.

Кометы интересуют многих учёных: астрономов, физиков, химиков, биологов, газодинамиков, историков и др. И это естественно. Ведь кометы подсказали ученым, что в межпланетном пространстве дует солнечный ветер; возможно кометы являются "виновниками" возникновения жизни на Земле, так как могли занести в атмосферу Земли сложные органические соединения. Кроме того, кометы, по-видимому, несут в себе ценную информацию о начальных стадиях протопланетного облака, из которого образовались также Солнце и планеты.

При первом знакомстве с яркой кометой может показаться, что хвост - самая главная часть кометы. Но если в этимологии слова "комета" хвост явился главной причиной для подобного наименования, то с физической точки зрения хвост является вторичным образованием, развившимся из довольно крохотного ядра, самой главной части кометы как физического объекта. Ядра комет - первопричина всего остального комплекса кометных явлений, которые до сих пор всё ещё не доступны телескопическим наблюдениям, так как они вуалируются окружающей их светящейся материей, непрерывно истекающей из ядер. Применяя большие увеличения, можно заглянуть в более глубокие слои светящейся вокруг ядра газо-пылевой оболочки, но и то, что остаётся, будет по своим размерам всё ещё значительно превышать истинные размеры ядра. Центральное сгущение, видимое в диффузной атмосфере кометы визуально и на фотографиях, называется фотометрическим ядром. Считается, что в центре его находится собственно ядро кометы, т.е. располагается центр масс кометы.