Вызывает восхищение изощренность природы, которая умудрилась из относительно небольшого количества элементарных сущностей (кварки, лептоны, переносчики взаимодействий и некоторые другие) построить все наблюдаемое многообразие Вселенной, включающее и мир небесных тел, и мир человеческих чувств и эмоций. Поиск законов, по которым происходило это строительство, — увлекательное творческое занятие, дающее физикам ни с чем не сравнимое ощущение красоты и гармонии окружающего нас мира.

И.А. Герасимов, Б.Р. Мушаилов

В конце XVIII в. после открытия И. Тициусом (в 1766 г.) так называемого закона планетных расстояний появились определенные основания предполагать, что между орбитами Марса и Юпитера должно существовать еще одно необнаруженное небесное тело. Ведь согласно этому закону, среднее расстояние от Солнца до какой-либо планеты (в то время были известны лишь шесть планет) может быть представлено в виде r_k = 0,4 + 0,3∙2^k-2, где k — номер планеты при удалении ее от Солнца. (Для Меркурия результат получается точнее, если принять k —> оо ; в настоящее время указанную закономерность принято называть правилом Тициуса-Боде.) Но при этом, для согласования с определяемым из наблюдений расстоянием, приходилось считать Юпитер не пятой, а шестой по счету от Солнца планетой! Несмотря на то, что приведенная закономерность не следовала из каких-либо теоретических соображений, она довольно точно предсказала расстояние до Урана, открытого в 1781 г. Из формулы получалось для него расстояние 19,6 а.е., а из наблюдений следовало 19,18 а.е. (По современным данным, большая полуось орбиты Урана а «19,218 а.е.) Из соотношения Тициуса вытекало, что на среднем расстоянии от Солнца в 2,8 а.е., между орбитами Марса и Юпитера, должна существовать еще одна планета.

1 января 1801 г. Джузеппе Пиацци, проводя систематические наблюдения для составления каталога видимых положений звезд, обнаружил в созвездии Тельца неизвестную “звезду”, которая в следующую ночь изменила свое положение. Поначалу Пиацци считал, что наблюдает новую комету. Через шесть недель движущийся звездоподобный объект был потерян из виду.

Однако Карл Фридрих Гаусс по полученному ряду наблюдений установил, что орбита нового небесного тела похожа на орбиты планет и лежит она между орбитами Марса и Юпитера. По вычислениям Гаусса 31 декабря 1801 г. Фон Цах и независимо Генрих Вильгельм Ольберс обнаружили “потерянный” объект. Это было открытие первого астероида, Цереры (“открытие века”), имеющего диаметр около 1000 км. Большая полуось орбиты Цереры составила как раз 2,8 а.е. Но в 1802 г. на сходной орбите был обнаружен еще один астероид — Паллада. Тогда Г.В. Ольберс предположил, что малые планеты — это обломки некогда существовавшей большой планеты, которая по каким-то причинам разрушилась. Он предложил искать ее обломки на пересечении орбит Цереры и Паллады, и именно так были открыты Юнона и Веста!

Пояс астероидов

Темпы открытий астероидов во второй половине XIX в. резко возросли. И уже к началу XX в. было обнаружено около 500 астероидов с диаметрами несколько десятков километров, и их число постоянно росло. В настоящее время каталогизировано около 10 тысяч астероидов и предполагается существование еще сотен тысяч. Значительная часть их движется в плоскостях, близких к эклиптике, располагаясь в Главном поясе между орбитами Марса и Юпитера на расстоянии 2,2–4,5 а.е. от Солнца.

В отличие от астероидов о существовании самых роскошных украшений Солнечной системы — комет— было известно с древних времен (первое зафиксированное в хрониках появление кометы относится к третьему тысячелетию до нашей эры). Кометы — своеобразные космические, айсберги, состоящие из замороженных газов, водяного льда и различных тугоплавких веществ в виде пыли и более крупных частиц. С приближением кометы к Солнцу под действием его излучения на поверхности центральной части кометы — ядра (обычный размер ядер ~ 10÷100 км) — начинается интенсивное таяние льда. Вокруг ядра кометы возникает туманная газообразная оболочка — кома.

При дальнейшем приближении к Солнцу у кометы образуется хвост. Кометные хвосты простираются на многие сотни миллионов километров и отличаются удивительной красотой и разнообразием форм. Их вещество, состоящее из пыли, молекул и атомов газа, ионизованных молекул, настолько разрежено, что через него видны звезды без существенного ослабления блеска. С удалением кометы от Солнца действие солнечного излучения ослабевает, и хвост кометы постепенно уменьшается и исчезает. В наиболее удаленной от Солнца точке орбиты (в афелии) температура ядра кометы, как правило, близка к абсолютному нулю.

Комета, названная в честь астронома Ричарда Уэста, открывшего ее в 1975 году. Проходя возле Солнца, комета стала одной из самых ярких за последние несколько десятков лет. Фотография сделана в марте 1976 года

Комета С/2002 Т7

Таким образом, хотя кометы, подобно астероидам, движутся вокруг Солнца, они существенно отличаются от последних. Не исключено, что именно кометы причастны к возникновению жизни на Земле и, возможно, на древнем Марсе, т. к. могли занести в их атмосферы сложные органические соединения.

В 1704 г. Эдмонд Галлей на основе теории тяготения, созданной незадолго до того Исааком Ньютоном, вычислил орбиты 24 ярких комет. В ходе работ он обнаружил, что орбиты комет 1531 г., 1607 г. и 1682 г. удивительно схожи. Он заключил, что это не три разные кометы, а три появления одной и той же кометы, движущейся по сильно вытянутой эллиптической орбите вокруг Солнца с периодом в 75 или 76 лет! Непостоянство периода обращения Галлей совершенно справедливо связал с возмущающим притяжением больших планет. В конце 1758 г., в полном согласии с предсказанием Галлея, эта комета вновь была обнаружена после ее путешествия за орбиту Нептуна (сама же планета Нептун была открыта лишь в 1846 г.). За ней закрепилось название “комета Галлея”. С тех пор она наблюдалась также в своих возвращениях в 1835, 1910 и в 1986 гг.

Э. Галлей, таким образом, доказал, что хотя бы некоторые кометы — постоянные члены Солнечной системы. В дальнейшем эллиптические орбиты были обнаружены и у многих других комет, обращающихся вокруг Солнца. При этом наряду с кометами Энке, Темпеля 2, Копфа, имеющими периоды обращения соответственно 3,3; 5,3 и 6,2 года, были обнаружены кометы с периодами, достигающими сотен тысяч или миллионов лет.

Комета Галлея 12 марта 1986 года. Хорошо заметны белый пылевой и синий плазменный хвосты

В настоящее время в Солнечной системе на расстоянии, не превышающем 100 а.е., общее число малых тел, размеры которых более 1 км (тела меньших размеров принято называть метеороидами), — порядка 1 млн. Эти тела классифицируют по месту их происхождения (а следовательно, по их физико-химическому составу) на два типа: астероиды (малые планеты) и кометы.

Астероиды — тела, сформировавшиеся между орбитами Марса и Юпитера, а кометы образовались во внешней части Солнечной системы — за орбитами Урана и Нептуна, через которые проходила граница прогрева протопланетного облака.