Семейства астероидов: почему астрономы делят астероиды на группы

По каким признакам астероиды делятся на группы и семейства, сколько существует таких групп и как астероиды отличаются друг от друга

Как были открыты первые астероиды

В самом начале ХІХ века на о. Сицилия в Палермо ученый-астроном из Италии Пиацци Джузеппе уже долгое время пытался составить каталог звезд, наблюдая их положение. И вот уже он заканчивал свою удивительную работу.

Первого января 1801 года астроном увидел в созвездии, именуемом «Близнецы», одну маленькую, еле заметную звезду, которую по неведомой причине он не вносил в свой каталог. Следующим вечером Джузеппе снова решил посмотреть на эту звездочку, но оказалось, что она поменяла свое местоположение на 4′ за прямым восхождением и приблизительно на 3′,5 за склонением. Сначала Пиацци подумал, что он ошибается, но следующая ночь доказала, что эта маленькая звезда все же медленно двигается по небу.

Крупнейшие астероиды главного пояса астероидов Солнечной системы: Церера и Веста. Церера так велика, что классифицируется как карликовая планета.

Астроном следил за этими перемещениями около шести недель, но наблюдения прервала его болезнь. Когда же Джузеппе преодолел болезнь и собрался снова изучать эту звезду, то уже не смог найти ее на небе. Позже эта новая планета получила название Церера. Современные данные указывают, что она – наибольший астероид из главного пояса астероидов, 970х930 километров размером, причем ещё и первый астероид открытый человечеством.

Между тем, еще один ученый Карл Гаусс создавал методы для возможности обрабатывать наблюдения в астрономии. Карл Фридрих определил, что между орбитами Юпитера и Марса находится орбита новой планеты. Ее полуось была приблизительно 2,8 а.е.. Именно эту планету астронавты пытались найти с тех времен, когда была обнаружена зависимость, определяющая закономерности в расположении планет на определенном расстоянии от Солнца. Эта зависимость носила название закона Тициуса-Боде.

Уже долгие годы эта маленькая планета скрывалась и пряталась от глаз ученых. Позже она стала называться Фаэтон. По сравнению с Церерой она была слишком маленькой.

В 1802 году, а точнее 28 марта, была обнаружена возле Цереры еще одна слабая планетка – Паллада. Ее неожиданно обнаружил Генрих Ольбрес. Так вот эта удивительная тезка Афины Паллады расположилась также на этом расстоянии от Солнца – 2,8 а.е.

На 1860 год на этом расстоянии было обнаружено 62 астероида. Через двадцать лет результаты превысили все ожидания – 211 астероидов. И с каждым годом таких находок становилось все больше.

Попытка классификации астероидов: первые группы астероидов

Всего 150 астероидов знала официальная наука в 1876 году. Именно тогда американский астроном Даниэль Кирквуд обнаружил приблизительно 10 астероидных групп, пытаясь как-то упорядочить «хаос» в орбитах открытых небесных тел.

Каждая из этих групп имела в своем составе 2-3 члена. Ученый считал, что члены этих групп были связаны по своему происхождению, поскольку каждый сам по себе был лишь обломком от какого-то единого целого. Эти познания Д. Кирквуда передались французскому астроному Франсуа Тиссерану, который продолжил попытки систематизации космоса и в 1891 году составил свой отдельный список, куда вошли уже 417 разнообразных астероидов. С каждым открытием нового астероида соответственно росло и количество групп.

В воображении художников пояс астероидов выглядит примерно так. На самом деле, расстояния между отдельными стероидами в нем таковы, что можно свободно пролететь через него туда и обратно и так и не увидеть ни одного самого мелкого астероида

Вот только родство членов групп поддавалось серьезным сомнениям со стороны астрономов. На это обратили внимание тогда, когда японский ученый Киёцугу Хираяма заметил, что то, что орбиты похожи между собой, никак не свидетельствует об их общем родстве. Ведь сходство орбит может оказаться всего лишь случайным. А вот родственные орбиты со временем могли настолько измениться, что никто даже не смог бы предположить, что когда-то они были каким-то одним телом. Получается, что, по теории Кирквуда, действительно родственные группы за сходством орбит можно определить только среди недавно образовавшихся астероидов, например, около тысячи лет назад.

Хираяма пытался решить проблему в определении более давних родственных групп астероидов, так называемых «семейств». Задолго до этих исследований Жозеф Луи Ланграж разработал теорию, которая изучала движение спутников отдельных планет.

Эта теория доказывала, что наклоны орбит в течение долгого времени не меняются. Именно эти познания помогли Хираяме в работе над идеей неизменных частиц орбит астероидов. Именно эти элементы, которые «передаются от родителей в наследство», и можно было взять за основу при поиске астероидных семейств. Но, к сожалению, эти элементы были очень маленькими для того, чтобы распознать родственные связи.

Оказалось, что астероиды сохраняют только орбитальный наклон, но никак не долготу узла, которая в отличие от наклона, может очень быстро измениться. Хираяма не упустил возможности использовать наклон орбиты, чтобы найти реальные астероидные семейства. Для того чтобы как-то упростить себе расчеты, он брал во внимание только Юпитер, но не учел влияние других планет. Так он смог обнаружить целых три семейства, потом разгадке поддались еще десять. Незадолго после этого ученый пришел к выводу, что упускать другие планеты нельзя.

Так он определили 5 астероидных семейств (семейства Хираямы): семейство Корониды, семейство Эос, семейство Фемиды, семейство Флоры, семейство Марии.

Семейства астероидов в наши дни

К 1970 году классификация астероидов уже превратилась в довольно сложную науку. К этому времени в 37 семействах состояли 42 процента известных на то время астероидов, а их было 1 697. К сожалению, такая кажущаяся стройность и точность теории не выдержала испытаний временем.

Как были выявлены эти семейства астероидов? Именно по памяти «родительской» орбиты ученые пришли к таким выводам. “Семейственность” здесь проявляется как определенная зона с более высокой концентрацией распределенных на элементах орбит точек. Не всегда со стопроцентной уверенностью можно заявить, что тот или иной астероид принадлежит к определенному семейству.

Крупнейшие астероиды главного пояса астероидов Солнечной системы, в сравнении друг с другом и с Землей

Иногда такие выводы вызывают сомнения. Еще стоит учитывать и то, что разные ученые руководствуются в своих исследованиях разными критериями, потому и результаты у них не всегда сходятся к одному. Только вот эти аспекты не являются принципиальными, ведь они редко когда вызывают определенные сомнения в том, что астероид принадлежит к какому-нибудь семейству.

Чем точнее становятся результаты наблюдений, тем больше появляется сомнений. Именно поэтому некой единой классификации семейств астероидов на данный момент вообще не существует. Астроном из Японии Иосихиде Козаи 75 процентов астероидов с 2125 распределил по 72 родственным семействам. Дальше пошли ученые-астрономы из Америки, которые заявили, что количество семейств превышает отметку ста. Только вот нужно быть особенно внимательным и бдительным, чтобы не посчитать отдельным семейством всего лишь группку случайных точек.

Но официально признанных научным сообществом семейств астероидов на данный момент существует 20—30 семейств астероидов и несколько десятков более мелких групп астероидов, которые не получили официальное признание. Большинство семейств находятся в главном поясе астероидов, но есть и такие, которые встречаются за его пределами, например, семейство Паллады, семейство Венгрии, семейство Фокеи, орбиты которых из-за слишком больших (слишком малых) радиусов или значительного наклонения лежат за пределами главного пояса.

Одно из семейств было найдено даже среди транснептуновых объектов в поясе Койпера, оно связано с карликовой планетой Хаумеа. Некоторые исследователи считают, что и троянские астероиды образовались когда-то в результате разрушения более крупного тела, но чётких доказательств этому пока не найдено.

Понятно, что большие семейства могут содержать сотни крупных астероидов и ещё множество мелких, большинство из которых, вероятно, ещё даже не открыты в силу своего размера. Мелкие же семейства могут содержать всего лишь около десятка более-менее крупных астероидов. Правда мы точно можем утверждать: почти треть астероидов главного астероидного пояса (до 35 %) входят в состав различных семейств, иными словами – приходятся остатками неких более крупных космических объектов, разрушившихся в прошлом в результате столкновений.

Как образуются семейства астероидов

Семейства астероидов, как уже говорилось, являются фрагментами столкнувшихся и затем разрушившихся более крупных астероидов. В большинстве случаев при столкновении родительские астероиды полностью разрушаются, но существуют и такие семейства, в которых родительский астероид остался цел.

Если столкнувшийся с астероидом объект был не очень крупным, то он может выбивать многочисленные мелкие фрагменты из астероида, которые потом и составляют семейство, не разрушая его самого. Сюда относятся семейства таких астероидов, как Веста, Гигея и Массалия. В них присутствует крупное центральное тело и множество мелких астероидов, выбитых из его поверхности. Некоторые семейства, например, семейство Флоры, имеют очень сложную внутреннюю структуру, которая до сих пор не имеет удовлетворительного объяснения. Возможно, она связана с тем, что имело место не одно, а несколько крупных столкновений в разные исторические периоды.

Ввиду того, что все астероиды семейства образуются из одного родительского тела, как правило, они все имеют одинаковый состав. Исключением являются только семейства, образовавшиеся из очень крупных астероидов, где уже произошла дифференциация недр. Ярким представителем такого семейства является семейство Весты.

Схема расположения орбит самых крупных семейств астероидов Солнечной системы: Троянцев, Греков, Амуров, Аполлонов, Атонов

Срок жизни астероидных семейств составляет порядка одного миллиарда лет в зависимости от различных факторов, например: семейства из крупных астероидов более устойчивы и долговечны. Как полагают учёные, в старых семействах очень мало небольших астероидов. Отсутствие маленьких астероидов является основным критерием определения возраста астероидных семейств.

Существует две основные причины распада астероидного семейства:

• постепенное рассеивание орбит астероидов из-за возмущающего действия гравитации Юпитера
• столкновения астероидов между собой и дробление их на более мелкие фрагменты.

Небольшие астероиды легко подпадают под действие различных небольших возмущающих воздействий, таких, как эффект Ярковского, которые в силу малой массы астероида могут существенно изменять его орбиту за короткий промежуток времени, в результате астероид может постепенно перейти на резонансную с Юпитером орбиту. Оказавшись там, они сравнительно быстро выбрасываются им за пределы пояса астероидов.

Одним из доказательств большой распространённости семейств в прошлом являются результаты химического анализа железных метеоритов. Они показывают, что когда-то существовали, по крайней мере, от 50 до 100 крупных астероидов, в которых произошла дифференциация недр и которые, будучи разрушенными, послужили источником таких метеоритов.