Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Орбиты астероидов

Астероиды Главного пояса движутся по устойчивым орбитам, близким к круговым или слабо эксцентричным. Они находятся в «безопасной» зоне, где минимально гравитационное влияние на них больших планет, в первую очередь, — Юпитера. Считается, что именно Юпитер «виноват» в том, что на месте Главного пояса астероидов в период молодости Солнечной системы не смогла сформироваться крупная планета.

Впрочем, еще в начале XX в. многие ученые полагали, что между Юпитером и Марсом раньше существовала большая планета, которая по каким-то причинам разрушилась. Первым высказал эту гипотезу Ольберс, сразу после открытия им Паллады. Он же предложил назвать гипотетическую планету Фаэтоном. Однако современная космогония отказалась от идеи разрушения большой планеты: пояс астероидов, вероятно, всегда содержал множество небольших тел, объединиться которым мешало влияние Юпитера.

Этот гигант по-прежнему продолжает играть первостепенную роль в эволюции орбит астероидов. Его длительное (более 4 млрд. лет) гравитационное влияние на астероиды Главного пояса привело к тому, что возник ряд «запретных» орбит и даже зон, в которых малых тел практически нет, а если они туда и попадают, то не могут долго там находиться. Эти зоны называют пробелами (или люками) Кирквуда по имени Дэниела Кирквуда (1814—1895), впервые обнаружившего их в распределении периодов обращения всего нескольких дюжин астероидов.

Орбиты в люках Кирквуда называют резонансными, поскольку движущиеся по ним астероиды испытывают регулярное гравитационное возмущение со стороны Юпитера в одних и тех же точках своей орбиты. Периоды обращения по этим орбитам находятся в простых отношениях с периодом обращения Юпитера (например, 1:2, 3:7, 2:5, 1:3). Если какой-либо астероид, например, в результате столкновения с другим телом, попадает на резонансную орбиту, то ее эксцентриситет и большая полуось быстро меняются под влиянием гравитационного поля Юпитера. Астероид покидает резонансную орбиту и может даже уйти из Главного пояса. Таков постоянно действующий механизм «очистки» пробелов Кирквуда.

Однако заметим, что если изобразить мгновенное распределение всех астероидов Главного пояса, то никаких «щелей» мы не увидим. В любой момент времени астероиды достаточно равномерно заполняют пояс, поскольку, двигаясь по эллиптическим орбитам, они часто пересекают «запретные зоны».

Существует еще один, противоположный, пример гравитационного влияния Юпитера: у внешней границы Главного пояса астероидов есть две узкие «зоны», содержащие избыточное число астероидов. Периоды обращения в них находятся в пропорциях 2:3 и 1:1 с периодом обращения Юпитера. Ясно, что резонанс 1:1 означает, что астероиды движутся практически по орбите Юпитера. Но они не сближаются с гигантской планетой, а держат дистанцию, в среднем равную радиусу орбиты Юпитера. Эти астероиды получили имена героев Троянской войны. Те из них, которые в своем движении по орбите опережают Юпитер, называют «греками», а отстающую группу — «троянцами» (обе группы вместе часто называют «троянцами»). Движение этих малых тел происходит в окрестности «треугольных точек Лагранжа», где при круговом движении уравниваются гравитационные и центробежные силы. Важно, что при небольшом отклонении от положения равновесия возникают силы, стремящиеся вернуть объект на место, т.е. его движение происходит устойчиво.

В отличие от троянцев, которые могли постепенно накопиться в окрестностях точек Лагранжа в ходе длительной столкновительной эволюции астероидов, существуют иные семейства астероидов, скорее всего возникшие в результате относительно недавнего распада крупных родительских тел. Например, это семейство Флоры, включающее около 60 членов. Сейчас астрономы пытаются определить общее число таких семейств, чтобы оценить исходное количество родительских тел.