Проблема происхождения астероидов

Основная на сегодняшний день версия утверждает, что, судя по свойствам метеоритного вещества (исключая углистые хондриты), астероиды являются не простыми конгломератами из слипшихся пылинок. Это тела со сложной историей, испытавшие гравитационную дифференциацию, частичное расплавление и подвергавшиеся сильным динамическим нагрузкам. Стандартный сценарий эволюции Солнечной системы полагает, что астероиды — это сохранившиеся до наших дней планетезимали, остатки блоков, из которых в свое время, сталкиваясь и объединяясь, формировались планеты. На расстояниях меньше 2,5 а. е. от Солнца из подобных тел сформировались планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс, но в области нынешнего Главного пояса объединения планетезималей не произошло. Причиной стало гравитационное влияние близкого Юпитера. Согласно этой концепции, массивный Юпитер своей мощной гравитацией постоянно перемешивал планетезимали, внося возмущения в их орбиты. В Главном поясе астероидов шли (идут и сейчас) противоположные процессы: как объединение в тесные группы, так и столкновения и дробления.

Еще в 1923 г. японский астроном Хираяма выполнил трудоемкие вычисления для 1000 астероидов, которые позволили ему утверждать, что астероиды по параметрам движения группируются в несколько семейств. Возникло предположение, что астероиды образовались в результате распада 12—30 более крупных небесных тел. Однако есть сомнения в правильности методики таких расчетов: не исключено, что схожие параметры орбит в группах связаны с тем, что астероиды накапливаются на нескольких наиболее устойчивых орбитах. Кроме того, постоянные изменения параметров орбит астероидов в Главном поясе за 3—4 млрд лет не позволяют сделать корректные выводы об исходных параметрах движения.

В результате базовая на сегодня версия сводится к тому, что в Главном поясе астероидов планета так и не сформировалась, а многочисленные астероиды в большинстве своем сохранились с древних времен, когда вся Солнечная система напоминала нынешний Главный пояс. Часть астероидов испытала дробления в результате множественных столкновений. Следы меньших столкновений до сих пор видны на поверхности астероидов, а также планет земной группы и их спутников.

Метеориты демонстрируют, что разрушенные астероиды прошли стадию гравитационной дифференциации. Железные метеориты представляют собой осколки разрушенных центральных железных ядер, каменные метеориты суть осколки протяженных разрушенных силикатных оболочек (кор и мантий), железно-каменные метеориты — фрагменты тонких граничных слоев между ядром и оболочкой.

Что касается хондритов, то это древнее вещество, так и не объединившееся в конгломераты, породившие астероиды. Соотношение чисел падающих метеоритов разных типов отражает относительное количество вещества, содержавшееся в разных оболочках некогда разрушившихся астероидов. Так называемый стандартный сценарий активно развивается, в том числе, отечественными исследователями, в числе которых в первую очередь может быть назван А. В. Витязев.

Вторая гипотеза была выдвинута Генрихом Ольберсом сразу после открытия им Паллады. Он предположил, что в пространстве между Марсом и Юпитером движутся обломки погибшей планеты, для которой даже было предложено название — Фаэтон (персонаж древнегреческого мифа, не справившийся с управлением летающей колесницей бога Аполлона). До начала XX в. эта гипотеза была ведущей. Однако очевидные и существенные различия в параметрах орбит астероидов не позволяли предположить, что все они являются осколками одной планеты. Кроме того, вызывал затруднения механизм катастрофы. Столкновения близко расположенных небесных тел в поясе астероидов с небольшими различиями в относительных скоростях не могли разрушить крупную планету, — слишком мала энергия соударения. Трудно было представить, откуда в Солнечной системе мог появиться импактор с достаточной для разрушения крупной планеты кинетической энергией. Кроме того, считается, что большие различия в химическом составе различных астероидов также не позволяют считать их осколками одного небесного тела.

В настоящее время идея Фаэтона понемногу начинает приобретать новых приверженцев, поскольку некоторые, казавшиеся ранее непреодолимыми, нестыковки в данной гипотезе, находят новые решения. В частности, открытия множества планетных систем за пределами Солнечной системы показали, что в этих системах существуют крупные планеты, движущиеся по орбитам с огромными эксцентриситетами. Это означает, что достаточно велика вероятность потери таких планет и их ухода в межзвездное пространство. Следовательно, практически наверняка в межзвездном пространстве существуют планетыскитальцы, движущиеся с огромными скоростями. Такая планета-скиталец, войдя в Солнечную систему, безусловно, способна в результате катастрофического столкновения с типичной планетой земной группы разрушить ее, наводнив окружающее пространство множеством осколков разных размеров и форм.

Рис. 9.17. Астероид Лютеция — типичная планетезималь, сохранившаяся со времен формирования Солнечной системы (космический аппарат «Rosetta», ЕКА).

Подобный межзвездный объект (правда, незначительной по сравнению с планетами массы) был впервые обнаружен в 2017 г.: астероид внесолнечного происхождения Оумуамуа прошел с высокой скоростью сквозь внутреннюю часть Солнечной системы и со временем покинет ее навсегда, в настоящее время удаляясь от Солнца.

Согласно концепции, развиваемой А. В. Багровым, именно катастрофический удар массивного межзвездного скитальца привел в свое время к разрушению Фаэтона и массированным ливням осколков, оставивших следы на поверхности практически всех твердых тел Солнечной системы. Что касается разброса в параметрах орбит, то за 3 млрд лет все они безвозвратно и невосстановимо изменились. Различия в типах метеоритов и астероидов, согласно данной гипотезе, связаны с различиями между фрагментами разных оболочек погибшей планеты, прошедшей стадию гравитационной дифференциации. В то же время оценки показывают, что вероятность такого столкновения, на котором основана космогония А. В. Багрова, ничтожна. Кроме того, современные расчеты, выполненные на суперкомпьютерах, показывают, что модель современного состояния Солнечной системы, включая существование Главного пояса астероидов и феномен поздней тяжелой бомбардировки, достаточно непринужденно возникает и без катастрофы Фаэтона.

Существуют и иные версии. В качестве примера экзотических гипотез можно привести концепцию академика А. А. Маракушева, считавшего, что астероиды — это обломки нескольких крупных планет в пространстве между Марсом и Юпитером, имевшим, подобно планетам-гигантам, протяженные и массивные флюидные газовые водородно-гелиевые оболочки. Эти оболочки создавали огромное давление на внутренние плотные ядра планет. Утрата оболочек под влиянием усиливавшегося солнечного ветра привела к последующим разрушениям (взрывам) освободившихся от газовых оболочек твердых планетных ядер, которые были разорваны огромным внутренним давлением содержавшихся в их недрах сжатых газообразных флюидов. Наличие микроалмазов в некоторых метеоритах, по мысли автора концепции, говорит о былых огромных давлениях со стороны мощных реликтовых водородных атмосфер, впоследствии утерянных. В этой версии планета может взорваться сама, без привлечения скитальца-импактора, за счет собственного внутреннего давления. Следует заметить, что эта гипотеза автора-геолога не пользуется популярностью в среде астрономов.

В результате в настоящее время не существует единой общепризнанной концепции о формировании Главного пояса астероидов (хотя, конечно, есть основная на сегодняшний день парадигма). Вероятно, будущая теория будет учитывать в той или иной степени наработки разных гипотез.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Какова процедура открытия, регистрации малых планет и присвоения им названий?
• 2. Изложите гипотезы происхождения астероидов с использованием фактов, говорящих за и против этих гипотез.
• 3. Укажите основные типы астероидов и связанные с ними типы метеоритов.
• 4. Дайте краткое описание карликовой планеты Церера.
• 5. Что такое хондры?
• 6. Сколько астероидов размером более 1 км находится в Главном поясе астероидов?
• 7. Какова оценка суммарной массы Главного пояса астероидов?
• 8. Средний диаметр карликовой планеты Церера составляет 927 км, средний диаметр Земли — 12 756 км. Во сколько раз объем Земли превышает объем Цереры? Считать эти небесные тела шарообразными.
• 9. Средняя плотность Земли — 5,5 г/см³, средняя плотность Цереры — 2,2 г/см³. О чем говорят эти различия?
• 10. Известны три основные типа метеоритов — железные, железно-каменные и каменные. С фрагментами каких частей астероидов связаны эти типы метеоритов?