Колыбель астероидов

Выше мы уже отмечали, что к концу XVIII века астрономам было известно семь планет. О шести из них – Меркурии, Венере, Земле, Марсе, Юпитере и Сатурне – знали уже древние исследователи небес. Седьмую в 1781 году открыл английский ученый Уильям Гершель: назвал он ее Ураном.

К этому времени, используя законы небесной механики, ученые уже достаточно точно определили периоды обращения планет, а также размеры их орбит.

Так вот, если начертить траектории движения планет, то можно заметить, что расстояния планет от Солнца возрастают приблизительно в геометрической прогрессии. По именам немецких ученых, обнаруживших эту закономерность, ее назвали правилом Тициуса–Боде.

Но в этой закономерности просматривалась необъяснимая «неточность», суть которой сводилась к тому, что между Марсом и Юпитером имелось «пустое место», которое по логике должна была занимать планета, соответствующая пятому члену ряда. То есть реальность противоречила математическим выводам. И астрономы более трех десятилетий с досадой и надеждой взирали на эту неувязку.

И вот наконец‑то судьба все же смилостивилась над исследователями Вселенной: в первый день нового, XIX, столетия состоялось долгожданное открытие. А происходило все следующим образом.

В ночь на 1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци занимался составлением каталога звезд в созвездии Близнецов. И вдруг, к своему немалому изумлению, он наткнулся на слабую звездочку примерно 7‑й величины, которая на звездных картах отсутствовала.

Прошло всего несколько дней, и странная звезда опять удивила ученого: на сей раз он заметил, что она движется, к тому же точно так, как, согласно расчетам, должна перемещаться по небу планета, расположенная дальше Марса.

Итальянский астроном Джузеппе Пиацци, открывший астероид Церера

Но вскоре удача отвернулась от Пиацци: сначала он заболел, потом помешали работе неблагоприятные условия наблюдений. В конце концов едва заметный небесный объект затерялся среди множества других звезд…

Спустя какое‑то время об открытии итальянца узнал молодой немецкий математик Карл Фридрих Гаусс, разработавший новый метод, с помощью которого можно было по немногим наблюдениям не только рассчитать точную орбиту небесного тела, но и вычислить его положение в будущем. И уже через год, благодаря методам Гаусса, утерянная планета снова была обнаружена, причем в заранее рассчитанном месте. По предложению Пиацци открытое небесное тело по имени древнеримской богини плодородия, а также покровительницы Сицилии назвали Церерой.

Вдохновленные неожиданным открытием, европейские астрономы с еще большим вниманием стали наблюдать за перемещениями Цереры в космическом пространстве. И не зря: в марте 1802 года вблизи нее они обнаружили еще одну такую же маленькую планету. Она получила имя древнегреческой богини Афины Паллады.

Самым же удивительным во вновь открытых планетах оказалось то, что их среднее расстояние от Солнца практически совпадало и составило 2,8 астрономической единицы (около 420 миллионов километров).

Именно на таком расстоянии согласно правилу Тициуса–Боде и должна была находиться пятая планета.

А дальше открытия посыпались словно из рога изобилия. В 1804 году ученые зафиксировали третью представительницу нового семейства небесных тел, назвав ее Юноной. А в 1807 году была открыта четвертая – Веста. Все они оказались столь маленькими, что даже при увеличениях во много тысяч раз выглядели едва видимыми звездочками, у которых отсутствовал диск. По этой причине знаменитый английский астроном Уильям Гершель предложил новые планеты называть астероидами, то есть «звездоподобными».

Прогресс в науке и технике позволил со временем усовершенствовать телескопы и сконструировать фотокамеры. Благодаря этим изобретениям количество новых астероидов стало исчисляться не десятками, а сотнями. К 1880 году их было открыто около 200, к 1890 – свыше 300. В 1923 году астрономы занесли в каталоги тысячный астероид, а в 1980 году их насчитывалось 2500. Открытия малых планет продолжаются и до настоящего времени, причем лавинообразно. По крайней мере, согласно некоторым оценкам, теперь их число превышает 70 000. Причем пока открыты лишь самые крупные астероиды. Более мелких, как считают ученые, еще не один миллион.

Кстати, о названиях малых планет. Сначала им давали имена древнегреческих и древнеримских богов и героев. Когда этот список был исчерпан, в ход пошли женские имена. Но вскоре не стало хватать и женских имен.

Поэтому теперь планетам просто присваивают номер в банке данных, за которым следит специальная комиссия Международного астрономического союза. Так, в качестве примера можно назвать следующие астероиды: 2 Паллада, 224 Океана, 265 Анна…

В 1930 году астрономы открыли Плутон, который располагался за планетой Нептун. С того времени установилось твердое убеждение, что Солнечная система состоит из девяти планет, их спутников, астероидов и комет.

И тем не менее некоторые астрономы высказывали гипотетические предположения, что такой взгляд на Солнечную систему не совсем верен.

Наконец, в 1949 году астрономы Кеннет Эджворт и Джерард Койпер выдвинули версию, что за орбитами Нептуна и Плутона, примерно на расстоянии 35–50 астрономических единиц от Солнца, должно находиться скопление различных небесных тел. Не исключено, считали ученые, что именно с этого места и прилетают кометы и астероиды. Но вплоть до 1978 года эта идея так и оставалась гипотезой: ни одного объекта, кроме спутника Плутона – Харона, в поясе Койпера (так ученые назвали эту зону космического пространства) обнаружить не удалось.

А первый объект, входящий в пояс Койпера, астрономы обнаружили лишь 30 августа 1992 года. Тогда объект обозначили как 1992 QB1. Теперь же он имеет и свой номер – 15760. Он находится на расстоянии около 50 а. е. от Солнца; его диаметр 280 километров.

Но это была лишь первая ласточка в сонме последующих открытий. Действительно, в 1993 году пояс Койпера пополнился еще 5 объектами. А затем с каждым годом количество малых планет, расположенных за орбитой Нептуна, стало расти с фантастической быстротой: в 1994 году были открыты еще 12 планет, в 1995 году – 15, в 1996 году – 14, в 1997 году – 18, в 1998 году – 41. В дальнейшем интенсивность обнаружения объектов в поясе Койпера еще более возросла. Так, в 1999 году были найдены 125 объектов, а в 2000 году – 135.

В настоящее время в поясе Койпера обнаружено свыше 70 тысяч объектов диаметром более 100 километров. Самые крупные из них: Седна, Квазар, Иксион, Хаос, Варуна.

Астрономы не исключают, что в поясе Койпера могут быть открыты и планеты размером с Меркурий, и даже с Землю. Но и те объекты, которые уже обнаружены, представляют не просто бесформенные образования вроде скал, а имеют сферическую форму с метановым льдом на поверхности.

Как же образовался этот космический «заповедник» из различных объектов? На этот счет пока существуют лишь гипотезы. Так, было высказано предположение, что все тела в поясе Койпера сначала находились намного ближе к Солнцу, но затем планетами‑гигантами были отброшены на задворки Солнечной системы.

Как же это происходило? Сказать сложно. Но известно одно: чтобы выбрасывать за орбиту Нептуна десятки тел размером по меньшей мере с Плутон, должны были быть задействованы невероятно огромные силы. Что это за силы, опять же, неизвестно.

Что же касается Плутона, то если раньше он был самой маленькой планетой Солнечной системы, то теперь он стал самым большим представителем небесных тел в поясе Койпера.

Кроме Плутона, в этом сообществе выделяются еще два объекта: Ксена – самое крупное тело после Плутона и Санта, обладающая самым быстрым вращением.

Есть в поясе Койпера еще не менее любопытные объекты: это спутники, которых здесь довольно много. А открытие двойных или, возможно, квазидвойных объектов вызвало среди астрономов настоящую сенсацию. Более того, исследования с помощью телескопа «Хаббл» и наземного инструментария показали, что нередко спутники по своим размерам не меньше самих центральных объектов.

Была даже предложена модель формирования подобных двойных систем, согласно которой крупные спутники образуются в результате столкновения родительского объекта с крупным объектом. Подобная модель вполне удовлетворительно объясняет формирование двойных астероидов, например Плутон – Харон. Кроме того, ею также можно объяснить процесс формирования системы Земля – Луна.

Но на этом сюрпризы с небесными телами не завершились. Оказывается, вокруг одной из самых близких к Солнцу звезд – Эпсилон Эридана, тоже находятся два астероидных пояса. Этот факт зафиксировали американские астрономы.

Первый из них расположен на таком же расстоянии от звезды, как и пояс астероидов в Солнечной системе. Расстояние между вторым поясом и звездой больше: как от планеты Уран до Солнца. При этом масса первого пояса около 1/20 массы Луны, второго – больше: приблизительно одна масса Луны.

Впрочем, Эпсилон Эридан двумя поясами не ограничилась. У нее, оказывается, есть еще и третий, открытый еще в 1998 году. Это самый большой пояс звезды. И аналогичен он поясу Койпера.

Мифическая планета Фаэтон

В 1804 году немецкий врач и астроном Г. Ольберс, анализируя открытие малых планет, высказал гипотезу, что эти небесные тела появились в результате расколовшейся на куски одной большой планеты, радиус орбиты которой находился как раз на расстоянии 2,8 астрономической единицы. Она получила название Фаэтон.

В первое время гипотеза Ольберса в кругах астрономов была принята вполне доброжелательно. Однако когда количество открытых астероидов стало исчисляться многими сотнями и среди этого многообразия были обнаружены семейства и группы с характерными параметрами орбит, у гипотезы появились оппоненты. Они считали, что огромное количество разноликих астероидов указывает, что планета разрушалась не сразу, а постепенно: сначала она распалась на несколько кусков, затем эти куски начали дробиться, образуя различные совокупности малых планет с соответствующими характеристиками.

Немецкий врач и астроном Генрих Вильгельм Маттеус Ольберс, предположивший существование планеты Фаэтон

В принципе это было не столь принципиально. Важнее было другое: что стало причиной разрушения мифической планеты?

Для ответа на этот вопрос предлагались самые разные гипотезы. Одни астрономы придерживались версии, что она разрушилась в результате активной вулканической деятельности. Другие считали, что причиной гигантской катастрофы явилось падение на Фаэтон крупного космического объекта, который по размерам был сопоставим с естественным спутником.

Но любая гипотеза, для того чтобы стать общепринятой теорией, должна иметь должную аргументацию. Одним из таких аргументов могли стать метеориты: ведь, по сути, многие из них должны быть осколками Фаэтона.

И впрямь, среди метеоритов были обнаружены так называемые «тектиты» – стекловидные естественные тела разнообразной формы и различных размеров. Они были целиком оплавленными и имели характерную поверхностную структуру.

Вообще же по поводу образования тектитов общепринятой теории нет до сих пор: одни ученые предполагают, что это – метеориты, другие склонны считать их результатом тех процессов, которые происходят при падении метеоритов.

Так, по составу, строению и прочим параметрам они очень похожи на стекловидные шлаки, которые сопутствуют наземным ядерным взрывам. В таком случае, если тектиты – действительно стеклянные метеориты, значит, они образовались из каких‑то крупных космических тел в результате ядерных взрывов.

Впрочем, в любом случае наличие тектитов свидетельствовало, что где‑то в бескрайних просторах Солнечной системы произошел очень мощный взрыв. Но вот связан ли он с гипотетическим Фаэтоном или нет, оставалось загадкой.

Очень серьезной проверке гипотеза Ольберса впервые подверглась в пятидесятые годы прошлого века. Именно тогда молодой азербайджанский астроном Гаджибек Султанов поставил перед собой задачу определить исходные параметры орбиты Фаэтона.

Но выводы, к которым пришел ученый после двенадцати лет упорного труда, были весьма далекими от тех гипотез, которые предлагали многие астрономы. Султанов отметил, что распадом одной планеты нельзя объяснить наблюдаемое распределение астероидов. Более того, он доказал, что 12 групп астероидов, которые были известны на то время, настолько независимы друг от друга, что могли возникнуть только в том случае, если на орбите находилось как минимум 12 Фаэтонов.

Кроме того, при изучении железных метеоритов были получены данные, свидетельствовавшие о том, что различные группы этих «небесных камней» сформировались в условиях с неодинаковым температурным режимом и давлением, а также при разных обстоятельствах нагревания и остывания. Но такое в недрах одной планеты происходить не могло.

И, конечно же, в недрах огромной планеты любая кристаллическая структура была бы разрушена. А ведь, как показали анализы, железные метеориты такую структуру сохранили. Ученые считают, что как раз то метеоритное вещество, которое удалось исследовать, могло сформироваться и эволюционировать до своего нынешнего состояния только в небесных телах размерами с астероид.

Казалось бы, гипотеза Ольберса после столь сокрушительных ударов потеряла всякое право на существование. Однако в начале 1970‑х годов появились исследования, в которых некоторые астрономы попытались придать новое дыхание идее о планете Фаэтон.

А положил им начало английский астроном Майкл Овенден, который в 1972 году, основываясь на сложных математических расчетах, пришел к заключению, что если те закономерности, которые характеризуют движение спутников крупных планет, применить в целом к Солнечной системе, то получится неожиданный результат. А именно в районе пояса астероидов должна существовать еще одна планета, масса которой в 90 раз больше Земли. Эта планета в соответствии с расчетами Овендена распалась 16 миллионов лет назад.

Неожиданно с версией англичанина согласился американский астроном Ван Фландерн, который к тому же предположил, что распавшаяся мифическая планета породила не только астероиды, но и долгопериодические кометы. Действительно, в результате их анализа было установлено, что большинство из них проходит как раз через то место, где, предположительно, должен был находиться Фаэтон, то есть через пояс астероидов. Однако расчеты Фландерна показывали, что время разрушения планеты произошло не 16, а 5 миллионов лет назад. В результате проблема оказалось еще более запутанной.

Но не успела теория Овендена появиться на свет, как ее сразу же подвергли массированной критике. И для этого были серьезные основания. Например, гипотеза не могла объяснить, почему вдруг столь массивная планета, которая размерами всего лишь немногим меньше Сатурна, разрушилась.

Более того, когда астрономы из Эдинбургской обсерватории попытались реконструировать возможный ход разрушения Фаэтона, то пришли к выводу, что ни резкий выброс химической или ядерной энергии, ни давление газов в недрах планеты не могли стать причиной ее гибели.

Не могли стать причиной гибели Фаэтона и силы притяжения Юпитера, так как ответное воздействие мифической планеты должно было бы оказать влияние на расположение его спутников. А чтобы вернуть их в прежнее состояние, даже такому гиганту, как Юпитер, потребовалось бы как минимум 2 миллиарда лет. Но катастрофа, как известно, произошла не более 16 миллионов лет назад…

Не менее сокрушительный удар по гипотезе Овендена нанес известный ирландский астрофизик Эрнст Юлиус Эпик, показавший, что взрыв Фаэтона повлек бы за собой и уничтожение жизни на Земле. Сначала лучистая энергия взрыва превратила бы в пепел поверхность нашей планеты, а через три месяца подвергла бы планету массированному потоку частиц и газов. Причем той энергии, которая могла образоваться при взрыве Фаэтона, хватило бы, чтобы испарить на Земле слой воды толщиной 20 метров. Однако по данным палеонтологии никаких глобальных катастроф на Земле в это время не было.

Кроме того, взрыв столь массивной планеты увеличил бы в Солнечной системе во много раз плотность вещества. И небо при этом светилось бы в 5000 раз ярче, чем сейчас. Самое же главное заключается в том, что при таком взрыве не образовались бы астероиды. Все вещество планеты превратилось бы в пар и мелкие осколки до 25 метров в диаметре. А если предположить, что астероиды существовали до взрыва, то они выпали бы на поверхность Фаэтона при встречах с ним и под действием его гравитационных сил.

Вроде бы с гипотетическим Фаэтоном все ясно: не было такой планеты. Но к ее разработке неожиданно подключился геолог И.А. Резанов. Он считает, что Фаэтон образовался, как и другие планеты, из газопылевого облака. Он был размером с Марс, то есть имел радиус около 3000 километров и был окружен мощной водородной атмосферой.

А 4,5 миллиарда лет назад некий космический объект величиной с Луну столкнулся с Фаэтоном. В результате гигантского удара внешняя стокилометровая кора планеты превратилась в крупные и мелкие осколки, ставшие астероидами. Часть же осколков превратилась в кометы.

Но, как считает Резанов, свою роль могла сыграть и водородная атмосфера, которая в совокупности с другими факторами привела к «газовому взрыву».

Возможно, мгновенный выброс огромной кинетической энергии от этого падения дал толчок термоядерным реакциям в протозвезде, что вызвало свечение Солнца.

Более того, атмосферы планет земной группы (Венера, Земля, Марс) прогрелись до таких температур, при которых они быстро потеряли водород.

Фаэтон же после этого взрыва просуществовал еще около 300–400 миллионов лет, а затем начал разрушаться вторично. Закончился же этот процесс около 3,6 миллиарда лет назад.

Те же следы примитивной жизни, которые обнаружены в некоторых метеоритах, дают основание для предположения, что за этот небольшой (по космическим меркам) отрезок времени на Фаэтоне могла появиться гидросфера и даже примитивная биосфера!

Как это случилось? Сказать трудно, но можно предполагать. Возможно, поверхность молодой планеты представляла собой глинистую равнину. Жизнь могла появиться в трещинах горных пород, где сложились необходимые для этого условия. Протекала же она в основном под землей, во всех слоях вторичной коры планеты, особенно в ее верхнем глинистом слое…