Реферат: Малые тела солнечной системы

Околосолнечное пространство заполнено мелкими частицами, источниками которых

служат разрушающиеся ядра комет и столкновения тел, в основном, в поясе

астероидов. Самые мелкие частицы постепенно приближаются к Солнцу в результате

эффекта Пойнтинга – Робертсона (он заключается в том, что давление солнечного

света на движущуюся частицу направлено не точно по линии Солнце – частица, а в

результате аберрации света отклонено назад и поэтому тормозит движение

частицы). Падение мелких частиц на Солнце компенсируется их постоянным

воспроизводством, так что в плоскости эклиптики всегда существует скопление

пыли, рассеивающее солнечные лучи. В самые темные ночи оно заметно в виде

зодиакального света, тянущегося широкой полосой вдоль эклиптики на западе после

захода Солнца и на востоке перед его восходом. Вблизи Солнца зодиакальный свет

переходит в ложную корону (F-корона, от false – ложный), которая видна

только при полном затмении. С ростом углового расстояния от Солнца яркость

зодиакального света быстро падает, но в антисолнечной точке эклиптики она вновь

усиливается, образуя противосияние; это вызвано тем, что мелкие пылевые частицы

интенсивно отражают свет назад.

Время от времени метеороиды попадают в атмосферу Земли. Скорость их движения

так велика (в среднем 40 км/с), что почти все они, кроме самых мелких и самых

крупных, сгорают на высоте около 110 км, оставляя длинные светящиеся хвосты –

метеоры, или падающие звезды. Многие метеороиды связаны с орбитами отдельных

комет, поэтому метеоры наблюдаются чаще, когда Земля в определенное время

года проходит вблизи таких орбит. Например, ежегодно в районе 12 августа

наблюдается множество метеоров, поскольку Земля пересекает поток Персеиды,

связанный с частицами, потерянными кометой 1862 III. Другой поток – Ориониды

– в районе 20 октября связан с пылью от кометы Галлея.

Частицы размером менее 30 мкм могут затормозиться в атмосфере и упасть на

землю, не сгорев; такие микрометеориты собирают для лабораторного анализа.

Если частицы размером в несколько сантиметров и более состоят из достаточно

плотного вещества, то они также не сгорают целиком и выпадают на поверхность

Земли в виде метеоритов. Более 90% из них каменные; отличить их от земных

пород может только специалист. Оставшиеся 10% метеоритов железные (в

действительности они состоят из сплава железа и никеля).

Метеориты считаются осколками астероидов. Железные метеориты были когда-то в

составе ядер этих тел, разрушенных соударениями. Возможно, некоторые рыхлые и

богатые летучими веществами метеориты произошли от комет, но это

маловероятно; скорее всего, крупные частицы комет сгорают в атмосфере, а

сохраняются лишь мелкие. Учитывая, как трудно достигнуть Земли кометам и

астероидам, ясно, сколь полезным является изучение метеоритов, самостоятельно

«прибывших» на нашу планету из глубин Солнечной системы.

4. Кометы

Кометы являются самыми эффективными небесными телами в Солнечной системе.

Кометы - это своеобразные космические айсберги, состоящие из замороженных

газов, сложного химического состава, водяного льда и тугоплавкого

минерального вещества в виде пыли и более крупных фрагментов.

Хотя кометы подобно астероидам движутся вокруг Солнца по коническим кривым,

внешне они разительно отличаются от астероидов. Если астероиды светят

отражённым солнечным светом и в поле зрения телескопа напоминают медленно

движущиеся слабые звёздочки, то кометы интенсивно рассеивают солнечный свет в

некоторых наиболее характерных для комет участках спектра, и поэтому многие

кометы видны невооружённым глазом, хотя диаметры их ядер редко превышают 1 -

5 км.

Кометы интересуют многих учёных: астрономов, физиков, химиков, биологов,

газодинамиков, историков и др. И это естественно. Ведь кометы подсказали

ученым, что в межпланетном пространстве дует солнечный ветер; возможно кометы

являются "виновниками" возникновения жизни на Земле, так как могли занести в

атмосферу Земли сложные органические соединения. Кроме того, кометы, по-

видимому, несут в себе ценную информацию о начальных стадиях протопланетного

облака, из которого образовались также Солнце и планеты.

При первом знакомстве с яркой кометой может показаться, что хвост - самая

главная часть кометы. Но если в этимологии слова "комета" хвост явился

главной причиной для подобного наименования, то с физической точки зрения

хвост является вторичным образованием, развившимся из довольно крохотного

ядра, самой главной части кометы как физического объекта. Ядра комет -

первопричина всего остального комплекса кометных явлений, которые до сих пор

всё ещё не доступны телескопическим наблюдениям, так как они вуалируются

окружающей их светящейся материей, непрерывно истекающей из ядер. Применяя

большие увеличения, можно заглянуть в более глубокие слои светящейся вокруг

ядра газо-пылевой оболочки, но и то, что остаётся, будет по своим размерам

всё ещё значительно превышать истинные размеры ядра. Центральное сгущение,

видимое в диффузной атмосфере кометы визуально и на фотографиях, называется

фотометрическим ядром. Считается, что в центре его находится собственно ядро

кометы, т.е. располагается центр масс кометы.

Туманная атмосфера, окружающая фотометрическое ядро и постепенно сходящая на

нет, сливаясь с фоном неба, называется комой. Кома вместе с ядром составляют

голову кометы. Вдали от Солнца голова выглядит симметричной, но с

приближением к Солнцу она постепенно становится овальной, затем голова

удлиняется ещё сильнее, и в противоположной от Солнца стороне из неё

развивается хвост.

Итак, ядро - самая главная часть кометы. Однако, до сих пор нет единодушного

мнения, что оно представляет собой на самом деле. Ещё во времена Бесселя и

Лапласа существовало представление о ядре кометы как о твердом теле,

состоящем из легко испаряющихся веществ типа льда или снега, быстро

переходящих в газовую фазу под действием солнечного тепла. Эта ледяная

классическая модель кометного ядра была существенно дополнена и разработана в

последнее время. Наибольшим признанием среди исследователей комет пользуется

разработанная Уиплом модель ядра - конгломерата из тугоплавких каменистых

частиц и замороженной летучей компоненты (СН4, СО2, Н2О и др.). В таком ядре

ледяные слои из замороженных газов чередуются с пылевыми слоями. По мере

прогревания солнечным теплом газы типа испаряющегося "сухого льда"

прорываются наружу, увлекая за собой облака пыли. Это позволяет, например,

объяснить образование газовых и пылевых хвостов у комет, а также способность

небольших ядер комет к активному газовыделению.

Головы комет при движении комет по орбите принимают разнообразные формы.

Вдали от СОЛНЦА головы комет круглые, что объясняется слабым воздействием

солнечных излучений на частицы головы, и её очертания определяются изотропным

расширением кометного газа в межпланетное пространство. Это бесхвостые

кометы, по внешнему виду напоминающие шаровые звездные скопления. Приближаясь

к Солнцу, голова кометы принимает форму параболы или цепной линии.

Параболическая форма головы объясняется "фонтанным" механизмом. Образование

голов в форме цепной линии связано с плазменной природой кометной атмосферы и

воздействием на неё солнечного ветра и с переносимым им магнитным полем.

Иногда голова кометы столь мала, что хвост кометы кажется выходящим

непосредственно из ядра. Кроме изменения очертаний в головах комет то

появляются, то исчезают различные структурные образования: галсы, оболочки,

лучи, излияния из ядра и т.п.

Большие кометы с хвостами, далеко простиравшимися по небу, наблюдались с

древнейших времен. Некогда предполагалось, что кометы принадлежат к числу

атмосферных явлений. Это заблуждение опроверг Браге, который обнаружил, что

комета 1577 года занимала одинаковое положение среди звёзд при наблюдениях из

различных пунктов, и, следовательно, отстоит от нас дальше, чем Луна.

Движение комет по небу объяснил впервые Галлей (1705г.), который нашёл, что

их орбиты близки к параболам. Он определил орбиты 24 ярких комет, причём

оказалось, что кометы 1531 и 1682 г.г. имеют очень сходные орбиты. Отсюда

Галлей сделал вывод, что эта одна и та же комета, которая движется вокруг

Солнца по очень вытянутому эллипсу с периодом около 76 лет. Галлей

предсказал, что в 1758 году она должна появиться вновь и в декабре 1758 года

она действительно была обнаружена. Сам Галлей не дожил до этого времени и не

мог увидеть, как блестяще подтвердилось его предсказание. Эта комета (одна из

самых ярких) была названа кометой Галлея.

Кометы обозначаются по фамилиям лиц, их открывших. Кроме того, вновь открытой

комете присваивается предварительное обозначение по году открытия с

добавлением буквы, указывающей последовательность прохождения кометы через

перигелий в данном году.

Лишь небольшая часть комет, наблюдаемых ежегодно, принадлежит к числу

периодических, т.е. известных по своим прежним появлениям. Большая часть

комет движется по очень вытянутым эллипсам, почти параболам. Периоды

обращения их точно не известны, но есть основания полагать, что они достигают

многих миллионов лет. Такие кометы удаляются от Солнца на расстояния,

сравнимые с межзвездными. Плоскости их почти параболических орбит не

концентрируются к плоскости эклиптики и распределены в пространстве случайным

образом. Прямое направление движения встречается так же часто, как и

обратное.

Периодические кометы движутся по менее вытянутым эллиптическим орбитам и

имеют совсем иные характеристики. Из 40 комет, наблюдавшихся более, чем 1

раз, 35 имеют орбиты, наклоненные меньше, чем на 45^ к плоскости эклиптики.

Только комета Галлея имеет орбиту с наклонением, большим 90^ и,

следовательно, движется в обратном направлении. Среди короткопериодических

(т.е. имеющих периоды 3 - 10 лет) комет выделяется "семейство Юпитера"

большая группа комет, афелии которых удалены от Солнца на такое же

расстояние, как орбита Юпитера. Предполагается, что "семейство Юпитера"

образовалось в результате захвата планетой комет, которые двигались ранее по

более вытянутым орбитам. В зависимости от взаимного расположения Юпитера и

кометы эксцентриситет кометной орбиты может, как возрастать, так и

уменьшаться. В первом случае происходит увеличение периода или даже переход

на гиперболическую орбиту и потеря кометы Солнечной системой, во втором -

уменьшение периода.

Орбиты периодических комет подвержены очень заметным изменениям. Иногда

комета проходит вблизи Земли несколько раз, а потом притяжением планет-

гигантов отбрасывается на более удаленную орбиту и становится ненаблюдаемой.

В других случаях, наоборот, комета, ранее никогда не наблюдавшаяся,

становится видимой из-за того, что она прошла вблизи Юпитера или Сатурна и

резко изменила орбиту. Кроме подобных резких изменений, известных лишь для

ограниченного числа объектов, орбиты всех комет испытывают постепенные

изменения.

Изменения орбит не являются единственной возможной причиной исчезновения

комет. Достоверно установлено, что кометы быстро разрушаются. Яркость

короткопериодических комет ослабевает со временем, а в некоторых случаях

процесс разрушения наблюдался почти непосредственно. Классическим примером

является комета Биэли. Она была открыта в 1772 году и наблюдалась в 1813,

1826 и 1832. г.г. В 1845 году размеры кометы оказались увеличенными, а в

январе 1846г. наблюдатели с удивлением обнаружили две очень близкие кометы

вместо одной. Были вычислены относительные движения обеих комет, и оказалось,

что комета Биэли разделилась на две ещё около года назад, но вначале

компоненты проектировались один на другой, и разделение было замечено не

сразу. Комета Биэли наблюдалась ещё один раз, причём один компонент много

слабее другого, и больше её найти не удалось. Зато неоднократно наблюдался

метеорный поток, орбита которого совпадала с орбитой кометы Биэли.

При решении вопроса о происхождении комет нельзя обойтись без знания

химического состава вещества, из которого сложено кометное ядро. Казалось бы,

что может быть проще? Нужно сфотографировать побольше спектров комет,

расшифровать их - и химический состав кометных ядер нам сразу же станет

известным. Однако, дело обстоит не так просто, как кажется на первый взгляд.

Спектр фотометрического ядра может быть просто отражённым солнечным или

эмиссионным молекулярным спектром. Отражённый солнечный спектр является

непрерывным и ничего не сообщает о химическом составе той области, от которой

он отразился - ядра или пылевой атмосферы, окружающей ядро. Эмиссионный

газовый спектр несёт информацию о химическом составе газовой атмосферы,

окружающей ядро, и тоже ничего не говорит нам о химическом составе

поверхностного слоя ядра, так как излучающие в видимой области молекулы,

такие как С2, СN, СH, МH, ОН и др., являются вторичными, дочерними молекулами

- "обломками" более сложных молекул или молекулярных комплексов, из которых

складывается кометное ядро. Эти сложные родительские молекулы, испаряясь в

околоядерное пространство, быстро подвергаются разрушительному действию

солнечного ветра и фотонов или распадаются или диссоциируются на более

простые молекулы, эмиссионные спектры которых и удаётся наблюдать от комет.

Сами родительские молекулы дают непрерывный спектр.

Первым наблюдал и описал спектр головы кометы итальянец Донати. На фоне

слабого непрерывного спектра кометы 1864 он увидел три широкие светящиеся

полосы: голубого, зелёного и жёлтого цвета. Как оказалось это стечение

принадлежало молекулам углерода С2, в изобилии оказавшегося в кометной

атмосфере. Эти эмиссионные полосы молекул С2 получили название полос Свана,

по имени ученого, занимавшегося исследованием спектра углерода. Первая

щелевая спектрограмма головы Большой Кометы 1881 была получена англичанином

Хеггинсом, который обнаружил в спектре излучение химически активного радикала

циана СN.

Вдали от Солнца, на расстоянии 11 а.е., приближающаяся комета выглядит

небольшим туманным пятнышком, порой с признаками начинающегося образования

хвоста. Спектр, полученный от кометы, находящейся на таком расстоянии, и

вплоть до расстояния 3-4 а.е., является непрерывным, т.к. на таких больших

расстояниях эмиссионный спектр не возбуждается из-за слабого фотонного и

корпускулярного солнечного излучения.

Этот спектр образуется в результате отражения солнечного света от пылевых

частиц или в результате его рассеивания на многоатомных молекулах или

молекулярных комплексах. На расстоянии около 3 а.е. от Солнца, т.е. когда

кометное ядро пересекает пояс астероидов, в спектре появляется первая

эмиссионная полоса молекулы циана, которая наблюдается почти во всей голове

кометы. На расстоянии 2 а.е. возбуждаются уже излучения трёхатомных молекул

С3 и NН3, которые наблюдаются в более ограниченной области головы кометы

вблизи ядра, чем все усиливающиеся излучения СN. На расстоянии 1,8 а.е.

появляются излучения углерода - полосы Свана, которые сразу становятся

заметными во всей голове кометы: и вблизи ядра и у границ видимой головы.

Механизм свечения кометных молекул был расшифрован ещё в 1911г.

К.Шварцшильдом и Е.Кроном, которые, изучая эмиссионные спектры кометы Галлея

(1910), пришли к заключению, что молекулы кометных атмосфер резонансно

переизлучают солнечный свет. Это свечение аналогично резонансному свечению

паров натрия в известных опытах Ауда, который первый заметил, что при

осещении светом, имеющим частоту желтого дублета натрия, пары натрия сами

начинают светиться на той же частоте характерным жёлтым светом. Это -

механизм резонансной флуоресценции, являющийся частым случаем более общего

механизма люминесценции. Всем известно свечение люминесцентных ламп над

витринами магазинов, в лампах дневного света и т.п. Аналогичный механизм

заставляет светиться и газы в кометах.

Для объяснения свечения зеленой и красной кислородных линий (аналогичные

линии наблюдаются и в спектрах полярных сияний) привлекались различные

механизмы: электронный удар, диссоциативная рекомбинация и фотодиссациация.

Электронный удар, однако, не в состоянии объяснить более высокую

интенсивность зелёной линии в некоторых кометах по сравнению с красной.

Поэтому больше предпочтения отдаётся механизму фотодиссоциации, в пользу

которого говорит распределение яркости в голове кометы. Тем не менее, этот

вопрос ещё окончательно не решён и поиски истинного механизма свечения атомов

в кометах продолжаются. До сих пор остается нерешённым вопрос о родительских,

первичных молекулах, из которых состоит кометное ядро, а этот вопрос очень

важен, так как именно химизм ядер предопределяет необычно высокую активность

комет, способных из весьма малых по размерам ядер развивать гигантские

атмосферы и хвосты, превосходящие по своим размерам все известные тела в

Солнечной системе.

5. Поиск планет в Солнечной системе.

Не раз высказывались предположения о возможности существования планеты, более

близкой к Солнцу, чем Меркурий. Леверье (1811–1877), предсказавший открытие

Нептуна, исследовал аномалии в движении перигелия орбиты Меркурия и на основе

этого предсказал существование внутри его орбиты новой неизвестной планеты.

Вскоре появилось сообщение о ее наблюдении и планете даже присвоили имя –

Вулкан. Но открытие не подтвердилось.

В 1977 американский астроном Коуэл открыл очень слабый объект, который

окрестили «десятой планетой». Но для планеты объект оказался слишком мал (ок.

200 км). Его назвали Хироном и отнесли к астероидам, среди которых он был

тогда самым далеким: афелий его орбиты удален на 18,9 а.е. и почти касается

орбиты Урана, а перигелий лежит сразу за орбитой Сатурна на расстоянии 8,5

а.е. от Солнца. При наклоне орбиты всего 7° он действительно может близко

подходить к Сатурну и Урану. Вычисления показывают, что такая орбита

неустойчива: Хирон либо столкнется с планетой, либо будет выброшен из

Солнечной системы.

Время от времени публикуются теоретические предсказания о существовании

крупных планет за орбитой Плутона, но до сих пор они не подтверждались.

Анализ кометных орбит показывает, что до расстояния 75 а.е. планет крупнее

Земли за Плутоном нет. Однако вполне возможно существование в этой области

большого количества малых планет, обнаружить которые не просто. Существование

этого скопления занептуновых тел подозревалось уже давно и даже получило

название – пояс Койпера, по имени известного американского исследователя

планет. Тем не менее, обнаружить первые объекты в нем удалось лишь недавно. В

1992–1994 было открыто 17 малых планет за орбитой Нептуна. Из них 8 движутся

на расстояниях 40–45 а.е. от Солнца, т.е. даже за орбитой Плутона.

Ввиду большой удаленности блеск этих объектов чрезвычайно слаб; для их поиска

годятся лишь крупнейшие телескопы мира. Поэтому до сих пор систематически

просмотрено всего около 3 квадратных градусов небесной сферы, т.е. 0,01% ее

площади. Поэтому ожидается, что за орбитой Нептуна могут существовать десятки

тысяч объектов, подобных обнаруженным, и миллионы более мелких, диаметром

5–10 км. Судя по оценкам, это скопление малых тел в сотни раз массивнее пояса

астероидов, расположенного между Юпитером и Марсом, но уступает по массе

гигантскому кометному облаку Оорта.

Объекты за Нептуном пока трудно отнести к какому-либо классу малых тел

Солнечной системы – к астероидам или к ядрам комет. Новооткрытые тела имеют

размер 100–200 км и довольно красную поверхность, что указывает на ее древний

состав и возможное присутствие органических соединений. Тела «пояса Койпера»

в последнее время обнаруживают весьма часто (к концу 1999 их открыто ок.

200). Некоторые планетологи считают, что Плутон было бы правильнее называть

не «самой маленькой планетой», а «крупнейшим телом пояса Койпера».

Литература

1. В.А. Браштейн “Планеты и их наблюдение” Москва “Наука” 1979 год.

2. С. Доул “Планеты для людей” Москва “Наука” 1974 год.

3. К.И. Чурюмов “Кометы и их наблюдение” Москва “Наука” 1980 год.

4. Е.Л. Кринов “Железный дождь” Москва “Наука” 1981 год.

5. К.А. Куликов, Н.С. Сидоренков “Планета Земля” Москва “Наука”

6. Б.А. Воронцов - Вельяминов “Очерки о Вселенной” Москва “Наука”

7. Н.П. Ерпылеев “Энциклопедический словарь юного астронома” Москва

“Педагогика” 1986 год.

8. Е.П.Левитан “Астрономия” Москва “Просвещение” 1994 год

Страницы: 1, 2