18. sajandil ajendasid astronoomid kõigi teadaolevate planeetide (Merkuur, Veenus, Maa, Marss, Jupiter ja Saturn) vaatlused nende orbiitidel mustrit tuvastama. Lõpuks viis see selleni, Tiituse-Bode seadus , mis ennustas planeetidevahelise ruumi suurust. Selle seaduse kohaselt näis Marsi ja Jupiteri orbiitide vahel olevat märgatav lõhe ning selle uurimine viis suure avastuseni.
Lisaks mitmetele vaadeldavatele suurematele objektidele hakkasid astronoomid märkama lugematuid väiksemaid kehasid, mis tiirlesid ka Marsi ja Jupiteri vahel. See viis termini 'asteroid' ja 'asteroidivöö' loomiseni, kui sai selgeks, kui palju neid oli. Sellest ajast alates on see termin levinud ja muutunud meie astronoomiliste mudelite alustalaks.
Avastus:
1800. aastal värbas astronoom parun Franz Xaver von Zach, lootes lahendada Titius-Bode'i seadusega tekitatud probleemi, 24 oma kaasastronoomi klubisse, mida tuntakse 'Ühendatud Astronoomiaühinguna' (mida mõnikord nimetatakse ka 'Tähepolitseiks'). . Sel ajal kuulus selle ridadesse kuulus astronoom William Herschel, kes oli 1780. aastatel avastanud Uraani ja selle kuud.
Irooniline, et esimene astronoom, kes selles piirkonnas avastuse tegi, oli Giuseppe Piazzi – Palermo ülikooli astronoomia õppetooli juhataja –, keda paluti seltsiga liituda, kuid kes polnud veel kutset saanud. 1. jaanuaril 1801 jälgis Piazzi orbiidil pisikest objekti, mille täpne raadius oli ette nähtud Titius-Bode'i seadusega.
Ceres (vasakul, Dawni pilt) võrreldes Tethysega (paremal, Cassini pilt) võrdlevates mõõtkavades. Autorid: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA ja NASA/JPL-Caltech/SSI. J. Majori võrdlus.
Algselt uskus ta, et tegemist on komeediga, kuid jätkuvad vaatlused näitasid, et sellel ei olnud koomat. See pani Piazzi arvama, et tema leitud objekt – millele ta pani nimeks Ceres ” Rooma koristusjumalanna ja Sitsiilia patrooni järgi – võiks tegelikult olla planeet. Viisteist kuud hiljem avastas Heinrich Olbers (seltsi liige) samast piirkonnast teise objekti, mis sai hiljem nime 2 Pallas .
Välimuselt tundusid need objektid tähtedest eristamatud. Isegi kõige suurema teleskoobi suurenduse korral ei eraldunud need ketasteks. Kuid nende kiire liikumine viitas jagatud orbiidile. Seetõttu soovitas William Herschel paigutada need eraldi kategooriasse, mida nimetatakse 'asteroidideks' - kreeka keeles 'tähelaadne'.
1807. aastaks avastas edasine uurimine piirkonnas kaks uut objekti, 3 juuni ja 4 Vesta; ja 1845. a. 5 Astraea Leiti. Varsti pärast seda leiti uusi objekte üha kiirenevas tempos ja 1850. aastate alguseks hakati terminit 'asteroidid' järk-järgult kasutama. Sama tegi ka termin 'asteroidivöö', kuigi pole selge, kes selle konkreetse termini välja mõtles. Selle eristamiseks kasutatakse sageli terminit 'peavöö'. Cooperi vöö .
1868. aasta keskpaigaks oli leitud sada asteroidi ja 1891. aastal Max Wolfi astrofotograafia kasutuselevõtt kiirendas avastamiskiirust veelgi. Aastaks 1921 leiti kokku 1000, 1981. aastaks 10 000 ja 2000. aastaks 100 000 asteroidi. Kaasaegsed asteroidiuuringusüsteemid kasutavad nüüd automaatseid vahendeid uute väikeplaneetide leidmiseks üha suuremas koguses.
Sisemise Päikesesüsteemi ja Jupiteri asteroidid: sõõrikukujuline asteroidivöö asub Jupiteri ja Marsi orbiitide vahel. Krediit: Wikipedia Commons
Struktuur:
Vaatamata levinud arusaamadele on asteroidivöö enamasti tühi ruum, kus asteroidid on laiali laiali. Sellegipoolest on praegu teada sadu tuhandeid asteroide ja nende koguarv ulatub miljonites või enamates. Teadaolevalt on üle 200 asteroidi läbimõõduga üle 100 km ja infrapuna lainepikkuste uuring on näidanud, et asteroidivöös on 0,7–1,7 miljonit asteroidi läbimõõduga 1 km (0,6 miili) või rohkem.
Marsi ja Jupiteri vahel asuv vöö ulatub Päikesest 2,2–3,2 astronoomilise ühiku (AU) kaugusel ja on 1 AU paksune. Selle kogumass on hinnanguliselt 2,8 × 10kakskümmend ükskuni 3,2 × 10kakskümmend ükskilogrammi – mis võrdub umbes 4 protsendiga Kuu massist. Neli suurimat objekti – Ceres, 4 Vesta, 2 Pallas ja 10 Hygiea – moodustavad poole vöö kogumassist, kusjuures peaaegu kolmandiku moodustab Ceres.
Asteroidivöö põhipopulatsioon (või tuum) jaguneb mõnikord kolmeks tsooniks, mis põhinevad nn. Kirkwood Gaps . Nimetatud Daniel Kirkwoodi järgi, kes teatas 1866. aastal lünkade avastamisest asteroidide kauguses, kirjeldavad need asteroidi orbiidi mõõtmeid selle poolpeatelje alusel.
Selles skeemis on kolm tsooni. I tsoon asub 4:1 resonantsi ja 3:1 resonantsi Kirkwoodi pilude vahel, mis on vastavalt 2,06 ja 2,5 AU kaugusel Päikesest. II tsoon jätkub I tsooni lõpust kuni 5:2 resonantspiluni, mis on Päikesest 2,82 AU kaugusel. III tsoon ulatub II tsooni välisservast 2:1 resonantspiluni 3,28 AU juures.
Asteroidivöö võib jagada ka sisemiseks ja välimiseks vööks, kusjuures sisemise vöö moodustavad asteroidid, mis tiirlevad Marsile lähemal kui 3:1 Kirkwoodi vahe (2,5 AU), ja välimise vöö moodustavad need asteroidid, mis on Jupiteri orbiidile lähemal.
Asteroidide vöö sisepiiriks võib pidada asteroide, mille raadius on Päikesest 2,06 AU. Jupiteri häired saadavad kehad ebastabiilsetele orbiitidele. Enamiku selle pilu raadiuses moodustatud kehasid pühkis Marss (mille afeel on 1,67 AU) või visati välja selle gravitatsioonihäirete tõttu Päikesesüsteemi varases ajaloos.
Asteroidivöö temperatuur varieerub sõltuvalt kaugusest Päikesest. Vöös olevate tolmuosakeste puhul on tüüpilised temperatuurid vahemikus 200 K (-73 °C) 2,2 AU juures kuni 165 K (-108 °C) 3,2 AU juures. Pöörlemise tõttu võib asteroidi pinnatemperatuur aga oluliselt erineda, kuna küljed puutuvad vaheldumisi kokku päikesekiirgusega ja seejärel tähe taustaga.
Koostis:
Sarnaselt maapealsetele planeetidele koosneb enamik asteroide silikaatkivimist, samas kui väike osa sisaldab metalle, nagu raud ja nikkel. Ülejäänud asteroidid koosnevad nende segust koos süsinikurikaste materjalidega. Mõned kaugemal asuvad asteroidid sisaldavad tavaliselt rohkem jääd ja lenduvaid aineid, sealhulgas vesijää.
Vestat vaadatuna Maa orbiidil põhineva Hubble'i kosmoseteleskoobilt 2007. aastal (vasakul) ja lähedalt Dawni kosmoseaparaadiga 2011. aastal. Hubble'i autorid: NASA, ESA ja L. McFadden (Marylandi ülikool). Koidiku autoriteet: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA. Fotokombinatsioon: Elizabeth Howell
Pearihm koosneb peamiselt kolme kategooria asteroide : C-tüüpi ehk süsinikku sisaldavad asteroidid; S-tüüpi ehk silikaatasteroidid; ja M-tüüpi ehk metallilised asteroidid. Süsinikasteroidid on süsinikurikkad, domineerivad vöö välispiirkondades ja moodustavad üle 75% nähtavatest asteroididest. Nende pinna koostis on sarnane süsiniku kondriitmeteoriitide omaga, samas kui nende spektrid on sarnased varajase päikesesüsteemi omaga.
S-tüüpi (silikaadirikkad) asteroidid on levinumad vöö sisemise piirkonna suunas, 2,5 AU raadiuses Päikesest. Need koosnevad tavaliselt silikaatidest ja mõnest metallist, kuid mitte olulisest kogusest süsinikuühenditest. See näitab, et nende materjale on aja jooksul oluliselt muudetud, tõenäoliselt sulamise ja ümberkujundamise teel.
M-tüüpi (metallirikkad) asteroidid moodustavad umbes 10% kogu populatsioonist ning koosnevad raua-niklist ja mõningatest silikaatühenditest. Arvatakse, et mõned neist pärinevad diferentseeritud asteroidide metallist südamikest, mis seejärel kokkupõrgetest killustati. Asteroidivöö piires saavutab seda tüüpi asteroidide jaotus haripunkti poolpeateljel, mis on umbes 2,7 AU kaugusel Päikesest.
Seal on ka salapärased ja suhteliselt haruldased V-tüüpi (või basaltsed) asteroidid. See rühmitus on saanud oma nime tõsiasjast, et kuni 2001. aastani arvati, et enamik asteroidivöö basaltkehadest pärinesid asteroidilt Vesta. Erineva keemilise koostisega basaltsete asteroidide avastamine viitab aga erinevale päritolule. Praegused asteroidide moodustumise teooriad ennustavad, et V-tüüpi asteroide peaks olema rohkem, kuid 99% ennustatutest on praegu puudu.
Pered ja rühmad:
Ligikaudu üks kolmandik asteroidivöö asteroididest on an asteroidide perekond . Need põhinevad orbitaalsete elementide sarnasustel – nagu poolpeatelg, ekstsentrilisus, orbiidi kalded ja sarnased spektriomadused, mis kõik näitavad ühist päritolu. Tõenäoliselt oleks see hõlmanud kokkupõrkeid suuremate objektide vahel (keskmise raadiusega ~10 km), mis seejärel lagunesid väiksemateks kehadeks.
Selle kunstniku kontseptsioon näitab, kuidas luuakse asteroidide perekondi. Autorid: NASA/JPL-Caltech
Mõned asteroidivöö silmapaistvamad perekonnad on Flora, Eunomia, Koronis, Eos ja Themis perekonnad. Rohkem kui 800 teadaoleva liikmega Flora perekond võis tekkida kokkupõrkest vähem kui miljard aastat tagasi. Vöö sisepiirkonnas asuv perekond koosneb S-tüüpi asteroididest ja moodustab ligikaudu 4–5% kõigist vööobjektidest.
Eunomia perekond on veel üks suur S-tüüpi asteroidide rühmitus, mis on saanud oma nime Kreeka jumalanna Eunomia (seaduse ja heakorra jumalanna) järgi. See on asteroidide vahepealse vöö kõige silmapaistvam perekond ja moodustab 5% kõigist asteroididest.
Koronise perekond koosneb 300 teadaolevast asteroidist, mis arvatakse olevat tekkinud vähemalt kaks miljardit aastat tagasi kokkupõrke tagajärjel. Suurim teadaolev, 208 Lacrimosa , on umbes 41 km (25 miili) läbimõõduga, samas on leitud veel 20, mille läbimõõt on üle 25 km.
Perekond Eos (või Eoan) on silmapaistev asteroidide perekond, mis tiirleb ümber Päikese 2,96–3,03 AU kaugusel ja arvatavasti tekkis kokkupõrkest 1–2 miljardit aastat tagasi. See koosneb 4400 teadaolevast liikmest, mis meenutavad S-tüüpi asteroidide kategooriat. Kuid Eose ja teiste pereliikmete uurimine infrapunas näitab mõningaid erinevusi S-tüübiga, mistõttu on neil oma kategooria (K-tüüpi asteroidid).
Asteroidid, mida oleme lähedalt näinud, näitavad kraatritega pindu, mis on sarnased, kuid siiski erinevad enamikust komeetide kraatritest. Krediit: NASA
Themise asteroidide perekonda leidub asteroidivöö välimises osas, Päikesest keskmiselt 3,13 AU kaugusel. Sellesse tuumrühma kuulub asteroid 24 Themis (mille järgi see on nime saanud) ja on üks suurema rahvaarvuga asteroidide perekondi. See koosneb C-tüüpi asteroididest, mille koostis arvatakse olevat sarnane süsinikkondriitide omaga ja koosneb täpselt määratletud suuremate asteroidide tuumast ja väiksemate asteroidide ümbritsevast piirkonnast.
Suurim asteroid, mis on tõeline perekonnaliige, on 4 Vesta. Arvatakse, et Vesta perekond tekkis Vestale kraatrit moodustava löögi tagajärjel. Samamoodi, HED meteoriidid võis selle kokkupõrke tagajärjel pärineda ka Vestast.
Asteroidivöö sisaldab koos asteroidikehadega ka tolmuribasid osakeste raadiusega kuni paarsada mikromeetrit. See peen materjal tekib vähemalt osaliselt asteroidide kokkupõrgetest ja mikrometeoriitide mõjul asteroididele. Asteroidivöö seest on leitud kolm silmapaistvat tolmuriba – millel on sarnased orbiidi kalded nagu Eose, Koronise ja Themise asteroidide perekondadel – ja seega on need tõenäoliselt seotud nende rühmadega.
Päritolu:
Algselt arvati, et asteroidivöö on palju suurema planeedi jäänused, mis hõivasid Marsi ja Jupiteri orbiitide vahelise piirkonna. Selle teooria pakkus algselt välja Heinrich Olbders William Herschelile Cerese ja Pallase olemasolu võimaliku seletusena. See hüpotees on aga mitmel põhjusel praeguseks kehtetuks jäänud.
Kunstniku mulje varasest päikesesüsteemist, kus osakeste kokkupõrked akretsioonikettal viisid planetesimaalide ja lõpuks planeetide tekkeni. Autorid: NASA/JPL-Caltech
Esiteks on see energia hulk, mis oleks vajanud planeedi hävitamiseks, mis oleks olnud jahmatav. Teiseks on tõsiasi, et kogu vöö mass on vaid 4% Kuu massist. Kolmandaks ei viita asteroidide vahelised olulised keemilised erinevused sellele, et nad oleksid kunagi olnud ühe planeedi osad.
Tänapäeval on teaduslik konsensus selles, et asteroidid ei ole eellasplaneedist killustunud, vaid jäänused varasest päikesesüsteemist, mis pole kunagi planeeti moodustanud . Päikesesüsteemi ajaloo esimese paari miljoni aasta jooksul, mil gravitatsiooniline akretsioon viis planeetide tekkeni, ühinesid akretsioonikettas olevad ainekogumid, moodustades planetesimaalid. Need omakorda ühinesid planeetide moodustamiseks.
Kuid asteroidivöö piirkonnas häiris Jupiteri gravitatsioon planetesimaale planeedi moodustamiseks liiga tugevalt. Need objektid jätkaksid tiirlemist ümber Päikese nagu varemgi, aeg-ajalt põrkuvad kokku ja tekitavad väiksemaid kilde ja tolmu.
Päikesesüsteemi varases ajaloos sulasid ka asteroidid teatud määral, võimaldades nende sees olevaid elemente massi järgi osaliselt või täielikult eristada. Kuid see periood oleks olnud nende suhteliselt väikese suuruse tõttu vältimatult lühike ja lõppes tõenäoliselt umbes 4,5 miljardit aastat tagasi, Päikesesüsteemi tekke esimestel kümnetel miljonitel aastatel.
Kuigi need pärinevad Päikesesüsteemi varasest ajaloost, ei ole asteroidid (nagu praegu) selle ürgse mina näidised. Need on pärast nende moodustumist läbinud märkimisväärse arengu, sealhulgas sisemine kuumenemine, pindade kokkupõrgetest sulamine, kiirgusest tingitud ruumi ilmastikumõju ja mikrometeoriidide pommitamine. Seetõttu arvatakse, et asteroidivöö sisaldab tänapäeval vaid väikest osa ürgvöö massist.
Arvutisimulatsioonid viitavad sellele, et algne asteroidivöö võis sisaldada sama palju massi kui Maa. Peamiselt gravitatsiooniliste häirete tõttu paiskus suurem osa materjalist vööst välja miljon aastat pärast selle moodustumist, jättes maha vähem kui 0,1% algsest massist. Sellest ajast peale arvatakse, et asteroidivöö suurusjaotus on jäänud suhteliselt stabiilseks.
Kui asteroidivöö esmakordselt tekkis, moodustasid temperatuurid Päikesest 2,7 AU kaugusel vee külmumispunktist madalamal 'lumejoone'. Põhimõtteliselt suutsid sellest raadiusest kaugemale moodustunud planetesimaalid jääd koguda, millest osa võis anda Maa ookeanide veeallikas (isegi rohkem kui komeedid).
Uurimine:
Asteroidivöö on nii hõredalt asustatud, et mitmed mehitamata kosmoselaevad on sellest läbi saanud liikuda; kas osana Päikesesüsteemi välisesse pikamaamissioonist või (viimastel aastatel) missioonina uurida suuremaid asteroidivöö objekte. Tegelikult on vöös olevate materjalide madala tiheduse tõttu tõenäosus, et sond asteroidile otsa sõidab, praegu hinnanguliselt väiksem kui üks miljardist.
Kunstniku kontseptsioon kosmoseaparaadist Dawn, mis saabub Vestasse. Pildi krediit: NASA/JPL-Caltech
Esimene kosmoselaev, mis tegi reisi läbi asteroidivöö, oli Pioneer 10 kosmoselaev, mis sisenes piirkonda 16. juulil 1972. Jupiteri missiooni osana navigeeris laev edukalt läbi vöö ja sooritas Jupiterist möödalennu (mis kulmineerus 1973. aasta detsembris), enne kui temast sai esimene kosmoselaev, mis saavutas põgenemiskiiruse. päikesesüsteemist.
Sel ajal tunti muret, et praht kujutaks endast ohtu juurdePioneer 10kosmosesond. Kuid pärast seda missiooni on asteroidivööst ilma vahejuhtumiteta läbinud 11 täiendavat kosmoselaeva. Nende hulka kuulusid Pioneer 11 , Voyager 1 ja 2 , Ulysses , Galileo , LÄHEDAL , Cassini , Tähetolm , New Horizons ,ESA omad Rosetta , ja viimati Koit kosmoselaev.
Enamasti olid need missioonid osa missioonidest Päikesesüsteemi välispinnale, kus võimalused asteroide pildistada ja uurida olid lühikesed. AinultKoit,LÄHEDALja JAXA omad Hayabusa missioonid on uurinud asteroide pikka aega orbiidil ja pinnal. Dawn uuris Vestat juulist 2011 kuni septembrini 2012 ja tiirleb praegu Cerese ümber (ja saadab tagasi palju huvitavaid pilte selle pinnaomadustest).
Ja ühel päeval, kui kõik läheb hästi, võib inimkond isegi alustada asteroidivöö kaevandamine ressursside saamiseks – nagu väärismetallid, mineraalid ja lenduvad ained. Neid ressursse saab kaevandada asteroidilt ja seejärel kasutada neid kohapeal (st muuta need ehitusmaterjalideks ja raketikütuseks) või tuua need tagasi Maale.
On isegi võimalik, et inimkond võib ühel päeval koloniseerida suuremaid asteroide ja rajada kogu Belti eelposte. Vahepeal on veel palju uurimistööd ja üsna tõenäoliselt veel miljoneid objekte, mida uurida.
Oleme ajakirjale Universe Today kirjutanud palju artikleid asteroidivöö kohta. Siin on Kust asteroidid tulevad? , Miks asteroidivöö ei ohusta kosmoseaparaate , ja Miks asteroidivöö ei ole planeet? .
Samuti uurige kindlasti, milline on Päikesesüsteemi suurim asteroid ja nime saanud asteroidi kohta Leonard Nimoy . Ja siin on 10 huvitavat fakti asteroidide kohta .
Meil on ka palju huvitavaid artikleid kosmoseaparaadi Dawn missiooni kohta Vesta ja Ceres , ja asteroidide kaevandamine .
Lisateabe saamiseks vaadake NASA Kuu- ja planeediteaduse leht asteroididel ja Hubblesite'i uudisteväljaanded asteroidide kohta .
Astronoomia esitas ka mõned huvitavad episoodid asteroidide kohta, näiteks Episood 55: Asteroidivöö ja 29. jagu: Asteroidid teevad halbadeks naabriteks .
Allikad: