Астероиды, кометы и карликовые планеты

Эти названия описывают разные аспекты небесного тела. Классификация астероидов и комет основывается на внешнем виде, активности и истории орбиты; карликовая планета — это официальная категория, для которой важны критерии формы и доминирования на орбите.

Физическая граница между астероидами и кометами размыта. Одна лишь видимая пыль не раскрывает процесс, в результате которого она высвободилась.[5]

Главный пояс астероидов находится между Марсом и Юпитером. Его тела движутся по отдельным орбитам в огромном объёме пространства. Даже суммарная масса всех астероидов Солнечной системы меньше массы Луны.[2]

Нынешний пояс – результат длительного процесса отбора

Планетные возмущения, орбитальные резонансы и столкновения удалили и перераспределили вещество. Юпитер играет важную роль в этой истории, однако первоначальная масса пояса и относительная значимость различных механизмов его разрежения всё ещё изучаются.[7]

В некоторых моделях формирования пояс, изначально малонаселённый или пустой, даже заполняется телами, прибывшими из других мест. Поэтому пояс нельзя считать обломками одной взорвавшейся планеты или простой местной выборкой первоначального диска.[8]

Щели Кирквуда – это области распределения размеров орбит астероидов, где астероидов мало. При определённых соотношениях орбитальных периодов с Юпитером повторяющиеся гравитационные возмущения могут дестабилизировать орбиты. Щель в этом распределении – не физический ров, который пересекает космический аппарат.[7]

Цвет и спектры показывают состав смеси

Богатые силикатами астероиды типа S и тёмные астероиды комплекса C формируют общие тенденции распределения популяций в поясе, однако их распределения перекрываются. Размер тоже важен: малые объекты не всегда соответствуют закономерностям, характерным для крупнейших сохранившихся тел.[9]

Кроме того, обозначение типа M не гарантирует, что объект представляет собой цельную глыбу металла. Эти классификации описывают наблюдаемые свойства; разные смеси минералов могут быть похожи друг на друга. Спектры, плотность, радиолокационные данные и образцы дают взаимодополняющие ограничения.[10]

Твёрдое ядро кометы состоит из пыли и летучих льдов. Нагревание Солнцем может напрямую превращать лёд в газ; этот процесс называется сублимацией. Вырывающийся газ высвобождает пыль и создаёт окружающую кому.[3]

Узкий ионный хвост направлен приблизительно от Солнца, поскольку электрически заряженный газ взаимодействует с солнечным ветром. Более широкий пылевой хвост изгибается, потому что выброшенные частицы движутся по орбитам, на которые влияют солнечная гравитация и давление излучения. Ни один из хвостов не является просто шлейфом выхлопных газов, тянущимся за кометой.[13]

Одна астрономическая единица, или AU, приблизительно равна расстоянию от Земли до Солнца. Нептун обращается вокруг Солнца на расстоянии около 30 AU; основной пояс Койпера за его орбитой простирается примерно до 50 AU. Более широкая популяция транснептуновых объектов уходит гораздо дальше.[14]

В поясе Койпера есть несколько орбитальных популяций

Классические объекты движутся по сравнительно стабильным нерезонансным орбитам. Резонансные группы связаны с Нептуном повторяющимися соотношениями орбитальных движений: плутино, в том числе Плутон, дважды обращаются вокруг Солнца за то время, за которое Нептун обращается вокруг него трижды. Рассеянные объекты движутся по более возмущённым орбитам, часто уходящим далеко за пределы основного пояса.[14]

Некоторые тела переходят из одной популяции в другую

Объекты, рассеиваемые от орбиты за Нептуном в сторону Солнца, некоторое время могут двигаться как кентавры между планетами-гигантами. Позднее сближения могут направить некоторые из них на орбиты короткопериодических комет семейства Юпитера. Область их происхождения определена точнее, чем «где угодно в поясе Койпера», а нынешняя орбита не обязательно указывает на место их рождения.[16]

Облако Оорта — гораздо более удалённое скопление

Существование облака Оорта выводят главным образом из орбит комет; его тела не наблюдались напрямую. Считается, что оно включает огромную, приблизительно сферическую внешнюю популяцию тел, расположенную на расстоянии тысяч или десятков тысяч астрономических единиц (а.е.) и дальше. Приливные силы Галактики и пролетающие звёзды могут направлять некоторые объекты во внутреннюю часть Солнечной системы в виде долгопериодических комет.[17]

Эти залежи свидетельствуют как о формировании тел, так и об их перемещении. Тело, которое сейчас обращается очень далеко, могло сформироваться ближе к крупным планетам, прежде чем гравитационные сближения вытеснили его наружу.[15]

Согласно определению тел Солнечной системы Международного астрономического союза (МАС), карликовая планета обращается вокруг Солнца, не является спутником и обладает достаточной гравитацией, чтобы преодолеть прочность твёрдого вещества и принять почти круглую равновесную форму. Она не расчистила окрестности своей орбиты. Её форма не обязательно должна быть идеальной сферой.[4]

Очистка означает гравитационное господство над популяцией тел, движущихся по соседним орбитам. Это не означает, что удалён каждый астероид или что орбитальное пространство не делится ни с какими другими телами. Этот критерий отличает крупное тело, находящееся в области, населённой множеством других тел, от планет, которые господствуют в своём окружении.[18]

Пять официально признанных карликовых планет — это Церера, Плутон, Эрида, Хаумеа и Макемаке. Другие далёкие объекты пока остаются кандидатами. Эта классификация не зависит от того, насколько интересным или сложным по внутреннему строению может быть такой мир.[19]

Таким образом, карликовая планета не обязательно является промежуточной стадией на пути к превращению в планету земного или нептуноподобного типа. Это сохранившийся мир, чьи размеры, состав и окружение определили его особую историю.

Доставленные частицы позволяют изучать минералы, изотопы и органические соединения в масштабах, недоступных приборам большинства космических аппаратов. Два углеродистых астероида, Бенну и Рюгу, дали особенно богатый материал для исследований.

Бенну сохранил следы унаследованного химического состава и древней жидкости

После исследования образцов, доставленных миссией OSIRIS-REx, были обнаружены аминокислоты, большое количество аммиака и все пять основных азотистых оснований — молекулярных букв ДНК и РНК. Это химические строительные блоки, а не доказательство существования жизни на астероиде.[22]

В отдельном исследовании выявили последовательность минералов солей, образовавшихся при концентрировании древних рассолов. Эти следы сохранились со времён, когда Бенну был частью более крупного родительского тела, ещё до того, как нынешний астероид сформировался из его обломков. Даже химически первозданный образец может сохранять следы масштабного воздействия жидкой воды.[23]

Рюгу и комета дают независимые данные для сравнения

В ходе исследования 2026 года все пять этих азотистых оснований обнаружили в образцах астероида Рюгу, доставленных миссией JAXA «Hayabusa2». Сравнение этих двух астероидов помогает проверить, насколько широко протекали такие химические процессы и как на них влияли различные условия окружающей среды.[24]

«Rosetta» обнаружила аминокислоту глицин и фосфор в коме кометы 67P/Чурюмова–Герасименко. Таким образом, признаки органической химии зафиксированы и в образцах астероидов, и в кометном веществе.[25]

Мягкое слияние может оставить узнаваемую форму

«New Horizons» посетил Аррокот — небольшой контактный двойной объект в поясе Койпера. Две его доли, их взаимная ориентация и узкая область соединения свидетельствуют о мягком слиянии, согласующемся с формированием в сжимающемся облаке твёрдых частиц. Это свидетельство одного из способов формирования, а не подтверждение того, что все планетезимали образовались одинаково.[27]

Удар позволяет проверить реакцию рыхлого тела

Удар аппарата миссии NASA DART сократил период обращения Диморфа вокруг Дидима примерно на 33 минуты. Выброшенные обломки унесли часть импульса и усилили эффект изменения орбиты. Этот результат связывает внутреннее строение и реакцию вещества с практической задачей — изменением траектории астероида.[28]

Выбранная система не представляла угрозы для Земли. Чтобы применить этот метод в других случаях, нужно заранее обнаружить объект и знать его свойства; один успешный эксперимент не означает, что траектории всех астероидов можно менять одинаково легко.[28]

Будущий пролёт может позволить изучить менее изменённое вещество

Миссия «Comet Interceptor» предполагает, что несколько космических аппаратов пролетят мимо долгопериодической кометы, в идеале — впервые проходящей через внутреннюю часть Солнечной системы. Камеры и приборы позволят сравнить ядро и окружающую его среду с нескольких точек наблюдения. Это миссия по сближению с кометой, а не по доставке образцов на Землю.[29]

Каждый метод исследования восполняет свой пробел: пролёт даёт контекст, наблюдение за орбитой помогает точнее оценить массу и движение, а доставленный образец позволяет провести подробный лабораторный анализ. Сочетание этих методов снижает вероятность принять одну интерпретацию за полную историю.

Диски обломков показывают, что столкновения продолжаются

Многие звёзды окружены дисками обломков, в которых столкновения крупных тел пополняют запасы недолговечной пыли. Инфракрасное излучение и рассеянный свет обнаруживают вещество, похожее на обломки, образующиеся при столкновениях популяций планетезималей в нашей Солнечной системе.[30]

Кольца, промежутки и асимметрии могут помочь уточнить свойства невидимых объектов системы и историю столкновений. Их интерпретация зависит от свойств пыли и геометрии системы. Сам по себе промежуток в пылевом диске не является однозначным признаком планеты, а изображение диска не позволяет рассмотреть по отдельности все тела, из которых образовалась пыль.[30]

Экзокометы можно обнаружить по их влиянию на свет звёзд

В системе звезды Бета Живописца меняющиеся линии поглощения указывают на газ, движущийся перед звездой. Падения яркости также свидетельствуют о движущемся перед звездой пылевом веществе, свойства которого соответствуют кометным хвостам. Это косвенное обнаружение по свету звезды, а не снимки отдельных ядер комет, сделанные с близкого расстояния.[31]

Таким образом, мы можем сопоставить активность популяций малых тел в далёких системах с физическими свойствами, измеренными в нашей Солнечной системе. Спектр, орбита, фрагмент соли или две мягко соприкоснувшиеся доли — каждый из них хранит свою часть истории.