Астероид: определение и характеристика

Астероид — это небольшое небесное тело Солнечной системы, обращающееся вокруг Солнца по эллиптической орбите и не являющееся планетой или кометой. Астероиды значительно уступают планетам по размерам и массе, не имеют собственной атмосферы, хотя у некоторых крупных объектов может наблюдаться крайне разреженная газовая оболочка. Термин происходит от греческих слов «aster» (звезда) и «eidos» (вид), что связано с тем, что в оптические телескопы астероиды выглядят как точечные светила, не имеющие видимого диска. В научной литературе астероиды также называют малыми планетами.

Определение и границы понятия

Строгого общепринятого определения астероида не существует, что связано с постепенным уточнением классификации небесных тел. В 2006 году Международный астрономический союз (МАС) ввёл понятие «карликовая планета», что потребовало разграничения с астероидами. Согласно резолюции МАС, астероид — это тело, обращающееся вокруг Солнца, не являющееся спутником планеты, имеющее недостаточную массу для достижения гидростатического равновесия (то есть не обладающее сферической формой) и не расчистившее окрестности своей орбиты от других объектов.

На практике к астероидам относят тела размером от нескольких метров до примерно тысячи километров. Объекты меньшего размера (менее 1–2 метров) обычно классифицируются как метеороиды. Крупнейшим астероидом считается Церера (диаметр около 940 км), которая из-за своей сферической формы в 2006 году была переквалифицирована в карликовую планету, хотя продолжает рассматриваться и в контексте астероидных исследований.

Физические характеристики

Астероиды представляют собой каменистые, металлические или углеродистые тела неправильной формы. Их поверхность, как правило, покрыта слоем реголита — раздробленной породы, образовавшейся в результате многократных столкновений с другими телами. Форма большинства астероидов далека от сферической: они напоминают обломки скал или картофелины, что объясняется недостаточной гравитацией для формирования шара.

Средняя плотность астероидов варьируется от 1,1 до 5,5 г/см³ в зависимости от состава. Многие астероиды обладают пористой структурой и могут представлять собой «груды щебня» — конгломераты обломков, удерживаемые гравитацией. Температура поверхности сильно колеблется: на освещённой стороне она может достигать сотен градусов Цельсия, на ночной — опускаться до −100 °C и ниже.

Периоды вращения астероидов вокруг собственной оси варьируются от нескольких часов до нескольких суток. У некоторых объектов наблюдается сложное (нерегулярное) вращение, вызванное нецентральным распределением массы.

Классификация астероидов

По орбитальным характеристикам

Основная масса астероидов сосредоточена в Главном поясе — области между орбитами Марса и Юпитера, на расстоянии от 2,1 до 3,3 астрономических единиц от Солнца. По оценкам, в Главном поясе находится от одного до двух миллионов астероидов размером более одного километра.

Помимо Главного пояса выделяют следующие группы:

• Астероиды группы Атона — тела, чья орбита находится преимущественно внутри орбиты Земли (большая полуось менее 1 а. е.).
• Астероиды группы Аполлона — объекты, пересекающие орбиту Земли с внешней стороны (большая полуось более 1 а. е., перигелий менее 1,017 а. е.).
• Астероиды группы Амура — тела, приближающиеся к орбите Земли, но не пересекающие её (перигелий от 1,017 до 1,3 а. е.).
• Троянские астероиды — объекты, находящиеся в точках Лагранжа L4 и L5 планет, в основном Юпитера. Они движутся по орбите планеты, опережая её или отставая на 60°.
• Кентавры — тела, орбиты которых проходят между орбитами Юпитера и Нептуна; предположительно, они мигрировали из пояса Койпера.

По спектральному составу

Спектральная классификация отражает минералогический состав поверхности:

• Класс C (углеродные) — наиболее распространённый тип (около 75 % известных астероидов). Содержат большое количество углерода и тёмных силикатов, имеют низкое альбедо (отражательную способность).
• Класс S (силикатные) — около 17 % астероидов. Состоят преимущественно из силикатов железа и магния, имеют умеренное альбедо.
• Класс M (металлические) — редкий тип (около 5 %). Предположительно, состоят из железо-никелевого сплава, имеют высокое альбедо.
• Прочие классы (E, V, D, P, X и другие) — выделяются по специфическим спектральным признакам.

Происхождение и эволюция

Согласно современным представлениям, астероиды являются остатками протопланетного вещества, из которого около 4,6 миллиарда лет назад формировались планеты Солнечной системы. Гравитационное влияние Юпитера препятствовало образованию крупной планеты в области Главного пояса, что привело к сохранению множества мелких тел.

Астероиды подвергаются постоянной эволюции. Столкновения приводят к дроблению крупных тел и образованию семейств астероидов — групп объектов со схожими орбитами, возникших в результате разрушения родительского тела. Орбиты астероидов меняются под воздействием гравитации планет (прежде всего Юпитера) и эффекта Ярковского — силы, возникающей из-за неравномерного теплового излучения нагретой поверхности.

Некоторые астероиды покидают Главный пояс и переходят на орбиты, сближающиеся с орбитами планет земной группы. Такие объекты называются астероидами, сближающимися с Землёй (АСЗ).

Астероидная опасность

Столкновение крупного астероида с Землёй представляет потенциальную угрозу для биосферы планеты. Падение тела размером около 10 км, как считается, привело 66 миллионов лет назад к массовому вымиранию динозавров (Чиксулубский кратер на полуострове Юкатан). Объекты размером более 1 км способны вызвать глобальные климатические изменения, а тела размером 100–300 метров могут разрушить территорию размером с крупный регион.

Для мониторинга потенциально опасных объектов созданы международные программы наблюдения, в том числе система ATLAS (Астероидная наземная система последнего оповещения) и телескопы проекта LINEAR. В 2022 году в рамках миссии DART (NASA) был проведён первый в истории эксперимент по изменению траектории астероида: зонд столкнулся с астероидом Диморф, сократив период его обращения вокруг компаньона на 32 минуты.

Изучение астероидов

До конца XX века астероиды изучались только дистанционными методами — с помощью наземных и орбитальных телескопов. Первые снимки с близкого расстояния были получены в 1991 году, когда аппарат «Галилео» пролетел мимо астероида Гаспра.

Ключевые миссии по изучению астероидов:

• NEAR Shoemaker (NASA, 1996–2001) — первый аппарат, вышедший на орбиту астероида (Эрос) и совершивший на него посадку.
• Хаябуса (JAXA, 2003–2010) — японская миссия, впервые доставившая образцы вещества астероида (Итокава) на Землю.
• Хаябуса-2 (JAXA, 2014–2020) — доставила образцы с углеродного астероида Рюгу.
• OSIRIS-REx (NASA, 2016–2023) — доставил образцы с астероида Бенну.
• DART (NASA, 2021–2022) — эксперимент по изменению орбиты астероида.
• Люси (NASA, 2021 — н. в.) — миссия к троянским астероидам Юпитера.
• Психея (NASA, 2023 — н. в.) — миссия к металлическому астероиду Психея.

Анализ доставленных образцов показал наличие в веществе астероидов аминокислот и других органических соединений, что поддерживает гипотезу о возможной роли астероидов в доставке органики на раннюю Землю.

Промышленное освоение

Астероиды рассматриваются как потенциальный источник полезных ископаемых. Металлические астероиды класса M могут содержать значительные запасы железа, никеля, кобальта и платиноидов. Вода, обнаруженная в глинистых минералах углеродных астероидов, может использоваться для производства ракетного топлива при будущих космических миссиях.

В 2023 году NASA провела миссию OSIRIS-REx, подтвердившую наличие в образцах с Бенну воды и углерода. Ряд частных компаний (Planetary Resources, Deep Space Industries) заявляли о планах по добыче ресурсов на астероидах, однако по состоянию на середину 2020-х годов промышленное освоение астероидов остаётся перспективной, но нереализованной задачей.

Источники

• Международный астрономический союз. Резолюция о определении планет в Солнечной системе (2006).
• NASA. Asteroid Watch / Center for Near Earth Object Studies (CNEOS).
• JPL Small-Body Database.
• Бурба Г. А. Номенклатура деталей рельефа малых планет. — М.: Наука, 1984.
• Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра / Под ред. Б. М. Шустова, Л. В. Рыхловой. — М.: Физматлит, 2010.