Население пояса Койпера и облака Оорта

Значительная часть астероидов основного пояса движется по устойчивым орбитам, которые мало изменились за последние ~ 4,5 млрд. лет. Это уникальные протяженные объекты, представляющие собой сохранившуюся до наших дней популяцию планетезималей. Вещество астероидов избежало планетной дифференциации и сохранило информацию о физико-химических процессах, протекавших во время доаккреционного и раннего постаккреционного периодов истории Солнечной системы.

Многие астероиды приближаются довольно близко к массивному Юпитеру, а также к другим большим планетам, в частности к Марсу и Земле. При этом их орбиты испытывают значительные возмущения. Так, астероиды Юнона и Паллада могут сближаться с Юпитером до расстояния ~ 2 а.е. Возникающие в связи с этим возмущения орбит даже за сравнительно короткое время (~ 1 год) исчисляются десятками минут или даже градусами.

Земля, Марс и пять астероидов группы Амура

Земля, Марс и пять астероидов группы Аполлона

Пространственные орбиты астероидов представляют собой незамкнутые эллиптически подобные витки. Перигелий и афелий орбиты то приближаются к Солнцу, то удаляются от него. Периоды таких колебаний — тысячи или десятки тысяч лет. Амплитуды колебаний эксцентриситета и наклона орбиты намного значительнее амплитуды колебаний большой полуоси. Орбита астероида вращается так, что нормаль к ее плоскости описывает конус, а линия узлов вращается в плоскости эклиптики с примерно постоянной скоростью. Аналог этому явлению — прецессия земной оси. Планетные возмущения приводят к непрерывному перемешиванию орбит астероидов, а следовательно, и к их столкновениям. Астероиды с диаметрами D > 100 км устойчивы при таких столкновениях. Мелкие астероиды могут быть продуктами дроблений более крупных тел.

Д. Кирквуд еще в 1866 г. обнаружил факт “избегания” астероидами орбит, для которых период их обращений вокруг Солнца кратен периоду обращения Юпитера. В распределении астероидов по большим полуосям это проявляется в виде своеобразных “областей разрежений”, названных люками. Они разбивают кольцо астероидов на ряд более мелких колец.

Наиболее заметные люки соответствуют соизмеримостям 1:2, 1:3, 2:5 с Юпитером, а также 1:2 с Марсом. Для астероидов, находящихся в орбитальном резонансе с Юпитером (или Марсом), взаимное их расположение по истечении определенного числа оборотов повторяется, а следовательно, повторяется и характер возмущающих воздействий на орбиты астероидов. Это, в конечном итоге, приводит к резкому усилению амплитуды резонансного эффекта. В результате, с одной стороны, значительно возрастает вероятность столкновений между астероидами (в случае их высокой начальной плотности), а с другой — происходит “расплывание” начального “пучка орбит” астероидов за счет резкого увеличения их эксцентриситетов в зоне соизмеримости. В резонансных зонах, ввиду высокой вероятности взаимных столкновений, астероиды “живут” меньше, что и определяет их относительно малое число.

Но, благодаря особому (либрационному) характеру движений, им удается избежать тесных сближений с большими планетами (прежде всего с Юпитером). За пределами кольца астероидов, где особенно сильно проявляются планетные возмущения, наблюдаются лишь отдельные группы либрационных астероидов и совсем уж одинокие нерезонансные малые планеты.

Более половины из известных астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ), с перигелиями орбит q < 1,33 а.е. пересекают орбиту Земли. Большая часть АСЗ, мигрирующих из астероидного пояса, в значительной степени является продуктом высокоскоростных столкновений. Число астероидов, пересекающих орбиту Земли (АПОЗ), с диаметром D > 1 км оценивается в N << 500. Среднее время до столкновения АПОЗ составляет = 50 млн. лет. Вероятность перехода АСЗ на гиперболическую орбиту на порядок больше вероятности его столкновения с Землей. Падение на Землю астероида диаметром около 1 км может происходить чаще, чем раз в 100 тыс лет. Перигелии или афелии орбит тел, сталкивающихся с Землей, в основном располагаются вблизи ее орбиты.

В настоящее время известно около 10 АСЗ с диаметром D > 5 км. Такие небесные тела могут сталкиваться с Землей не реже, чем раз в 20 млн. лет. Для крупнейшего представителя “семейства астероидов”, сближающихся с земной орбитой, 40-км Ганимеда, вероятность столкновения с Землей в ближайшие 20 млн. лет не превышает 0,0005 %. Вероятность же столкновения с Землей 20-км астероида Эрос за тот же период оценивается примерно в 2,5 %.

Больше шансов встретиться с Землей у мелких небесных тел. Среди метеороидов, орбиты которых в результате долгопериодических возмущений планет могут пересекать орбиту Земли, имеется не менее 200 тыс. объектов с D > 100 м. Планета Земля сталкивается с подобными телами примерно раз в 5 тыс. лет, при этом на Земле образуется кратер поперечником более 1 км.

Вероятность столкновения Земли с кометой (ее ядром) в среднем оценивается как одно событие в 100 млн. лет. Не исключена, как уже отмечалось, и возможность “кометного ливня”, когда в отдельные периоды времени интенсивность выпадения на Землю комет может значительно возрастать (одна комета — в несколько тысяч лет). В настоящее время существуют весомые основания считать, что “Тунгусский метеорит” — это осколок кометы Энке.

Распределение астероидов в зависимости от их среднего расстояния от Солнца. По вертикали приведено число астероидов, по горизонтали — большая полуось орбиты, выраженная в астрономических единицах

Прекращение со временем активности комет вследствие постепенного экранирования поверхности ядер пылевым слоем, крупными гранулами и органикой порождает проблему “кентавров” — угасших комет, или “астероидов кометного происхождения”.

Истечение газа и пыли в результате “испарения” ледяного ядра вызывает негравитационные возмущения в движении кометы. Это обусловливает, в свою очередь, возможность значительных изменений кометных орбит и, прежде всего, их афелийных расстояний. При этом комета может перейти на орбиту с меньшей большой полуосью, и за счет возрастания инсоляции и роста приливных воздействий ядро кометы способно “сбросить” поверхностную корковую оболочку и реактивироваться. Указанный сценарий может повторяться вплоть до полного исчезновения (или изоляции) летучих компонентов или дезинтеграции ядра. Однако нельзя исключить возможность продолжения очень слабой дегазации ядра, не создающей видимой комы, на протяжении еще многих сотен оборотов после прекращения основной фазы активности кометы. На это указывает чрезвычайно слабая атмосфера у некоторых “астероидов”, испытавших подобную эволюцию.

Подтверждением возможности эволюции комет в “астероидальные тела” и их последующей реактивизации служит астероид 3200 Фаэтон, с которым связан известный метеорный поток Геминид, очевидно, порожденный им как кометой. Имеются и другие успешные попытки установления взаимосвязи между объектами, обнаруженными как астероиды, и метеорными потоками.

По своему внутреннему строению и физико-химическому составу “угасшие кометы”, претерпевшие сильную модификацию поверхности и, частично, внутренней структуры, но сохранившие определенную фракцию льда, образуют особый класс объектов. Их поверхностные слои представляют значительный интерес для понимания процесса переработки вещества под длительным действием различных космических факторов.