§ 16. Карликовые планеты и малые тела Солнечной системы

Определения и обозначения

Карликовая планета — небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет почти шарообразную форму под действием собственной гравитации, не очистило окрестность своей орбиты от других тел и не является спутником. Это определение помогает отличать отдельную категорию объектов от планет: для классификации важны не только размер и форма, но и положение тела в своей орбитальной области.

Малые тела Солнечной системы — объекты, обращающиеся вокруг Солнца и не относящиеся к планетам, карликовым планетам или их спутникам. К этой группе относят астероиды, кометы и другие небольшие объекты, в том числе многие тела за орбитой Нептуна. Такое общее название нужно, чтобы не смешивать разные типы объектов и обсуждать их вместе.

Астероид — малое тело Солнечной системы, состоящее преимущественно из каменистого или металлического вещества. Основная часть известных астероидов сосредоточена в поясе между орбитами Марса и Юпитера, хотя отдельные тела движутся и в других областях. По составу и поведению астероиды обычно отличаются от богатых льдом комет.

Комета — малое тело, в составе которого есть лёд и пыль. При сближении с Солнцем лёд нагревается и выделяет газ и пылевые частицы; вокруг ядра возникает кома, а затем могут формироваться хвосты. Это определение объясняет, почему комета становится заметнее вблизи Солнца, хотя её ядро само по себе обычно невелико.

Как это устроено

Международный астрономический союз разделяет планеты и карликовые планеты по нескольким признакам. И те и другие обращаются вокруг Солнца, а их собственная гравитация придаёт им почти шарообразную форму; спутником карликовая планета быть не должна. Решающее различие — очистка окрестности орбиты: планета стала главным телом в своей области, поглотив, рассеяв или подчинив движению большую часть сопоставимых объектов, а карликовая планета делит пространство с другими телами.

Гравитация тянет вещество небесного тела к его центру во всех направлениях. Если масса достаточно велика, это воздействие преодолевает прочность материала и сглаживает крупные неровности, формируя почти шарообразное тело. У небольшого астероида гравитации часто не хватает, чтобы изменить прочную каменистую структуру, поэтому он сохраняет неправильную форму. Значит, шарообразность показывает влияние гравитации, но сама по себе не определяет класс объекта.

Карликовые планеты и малые тела встречаются в разных областях Солнечной системы. Между Марсом и Юпитером расположен пояс астероидов, где находится основная часть известных астероидов. За орбитой Нептуна простирается пояс Койпера с множеством ледяных тел и некоторыми карликовыми планетами, включая Плутон; такие тела называют транснептуновыми. Ещё дальше предполагается облако Оорта — очень удалённая область ледяных тел, откуда, вероятно, приходят некоторые кометы.

Состав и орбиты этих объектов связаны с условиями, в которых они формировались. В более тёплых областях вещества, легко превращающиеся в газ, было труднее сохранить в виде льда, поэтому астероиды чаще состоят из камня и металлов. В холодных внешних областях могли сохраняться водяной и другие льды, характерные для комет и транснептуновых объектов. Однако объекты перемещались под действием гравитации планет, поэтому сегодня орбита не всегда точно указывает место рождения тела.

При сближении кометы с Солнцем поверхность её ядра нагревается. Лёд переходит в газ, а вырывающиеся потоки уносят пыль; вокруг ядра образуется разреженная оболочка — кома. Солнечное излучение и солнечный ветер воздействуют на газ и пыль и вытягивают их в хвосты, направленные преимущественно от Солнца. Поэтому хвост не является следом, который просто остаётся позади движущейся кометы: его направление зависит прежде всего от воздействия Солнца.

Карликовые планеты и основные группы малых тел Солнечной системы

Сравнивайте группы сразу по нескольким столбцам: состав, область распространения и отличительный признак дополняют друг друга. Области могут перекрываться, а некоторые транснептуновые объекты одновременно относятся к карликовым планетам. Поэтому место нахождения само по себе не всегда позволяет определить класс.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Объект обращается вокруг Солнца, имеет почти шарообразную форму, но не очистил окрестность своей орбиты. Нужно определить, планета ли это, карликовая планета или малое тело. Проверим признаки последовательно, не будем делать вывод только по форме.

1. Объект обращается вокруг Солнца, значит, он подходит под один из основных критериев планеты или карликовой планеты. Это ещё не позволяет выбрать между ними.
2. Почти шарообразная форма показывает, что гравитация тела достаточно велика, чтобы преодолеть прочность его вещества. Но такой признак встречается и у планет, и у карликовых планет.
3. Окрестность орбиты не очищена, поэтому объект не удовлетворяет критерию обычной планеты. Если он также не является спутником, то по заданным признакам относится к карликовым планетам, а не к малым телам.

Ответ. Это карликовая планета, если объект не является спутником. Для полного вывода нужно проверить все условия определения: обращение вокруг Солнца, почти шарообразную форму, неочищенную орбитальную окрестность и отсутствие статуса спутника. Одна только округлая форма не заменяет эту проверку.

Задача 2

Условие. Комета приближается к Солнцу. Нужно описать изменения её ядра и объяснить, почему хвост нельзя считать следом, оставленным позади по орбите. Здесь важно связать наблюдаемое свечение с нагреванием, а направление хвоста — с воздействием Солнца.

1. Сначала солнечное тепло нагревает поверхность ядра, содержащего лёд и пыль. Часть льда превращается в газ, и потоки газа выносят пылевые частицы в пространство.
2. Газ и пыль образуют вокруг ядра кому. Под действием солнечного излучения и солнечного ветра часть вещества вытягивается в один или несколько хвостов.
3. Хвост ориентируется преимущественно от Солнца, а не обязательно против направления движения кометы. Комета продолжает двигаться по орбите, поэтому её хвост может быть направлен в сторону, которая не совпадает с «позади» по траектории.

Ответ. Ядро нагревается, теряет газ и пыль, вокруг него возникают кома и хвосты. Хвост направлен преимущественно от Солнца под действием солнечного ветра и излучения, поэтому его нельзя представлять как неизменный след за кометой. При дальнейшем движении ориентация хвоста меняется вместе с положением кометы относительно Солнца.

Задача 3

Условие. Нужно сопоставить астероид и комету по составу, области распространения и поведению при сближении с Солнцем, а затем объяснить, почему расположения недостаточно для классификации. Для надёжного сравнения используем не один, а несколько признаков.

1. Астероид обычно состоит преимущественно из каменистого или металлического вещества; комета содержит лёд и пыль. Это типичное различие, связанное в том числе с условиями формирования тел.
2. Большинство известных астероидов находится в поясе между Марсом и Юпитером. Источники комет связывают с холодными внешними областями, такими как пояс Койпера и облако Оорта, но комета может обращаться по вытянутой орбите и приближаться к Солнцу.
3. У кометы при нагревании выделяются газ и пыль, появляются кома и хвост. У астероида такое кометное поведение обычно не наблюдается, хотя отдельные объекты могут иметь необычные свойства.
4. Орбиты и области распространения тел могут перекрываться, а гравитационные взаимодействия способны менять траектории. Поэтому классификацию нельзя уверенно установить только по текущему положению: нужно учитывать состав и поведение объекта.

Ответ. Астероиды чаще каменистые или металлические и в основном сосредоточены в главном поясе; кометы богаты льдом и пылью и при нагревании могут образовать кому и хвост. Области распространения не являются абсолютно раздельными, а орбиты тел со временем меняются. Следовательно, для определения группы необходимо сопоставлять несколько характеристик.

Типичные ошибки

Ошибка — считать карликовую планету просто небольшой планетой. Такое представление возникает из-за слова «карликовая», которое кажется указанием только на размер. Но решающий критерий — неочищенная окрестность орбиты; проверьте, способен ли объект быть главным телом в своей орбитальной области.

Ошибка — заключать, что любое круглое небесное тело является планетой. Круглая форма показывает действие гравитации, но не говорит, очистило ли тело свою орбиту и обращается ли оно вокруг Солнца, а не является спутником. Чтобы проверить себя, примените каждый критерий определения отдельно, а не делайте вывод по одному признаку.

Ошибка — считать, что хвост кометы всегда направлен позади неё. Так думают, представляя хвост следом, который комета оставляет при движении. На деле газ и пыль испытывают воздействие солнечного ветра и излучения, поэтому хвост направлен преимущественно от Солнца; сопоставьте его направление именно с положением Солнца.

Ошибка — называть все малые тела астероидами. Это упрощение удобно, когда вспоминают только пояс между Марсом и Юпитером, но к малым телам относятся разные группы, включая кометы и транснептуновые объекты. Проверьте, есть ли у объекта лёд и кометная активность, и не подменяйте общую категорию названием одной её группы.

Связь с другими темами

Для изучения классификации объектов нужно знать строение Солнечной системы, различать планеты и их спутники и понимать роль гравитации. Эти знания позволяют объяснить, почему крупное тело становится почти шарообразным и почему планета может очистить окрестность своей орбиты. Сведения о малых телах пригодятся при изучении происхождения и эволюции Солнечной системы, столкновений небесных тел и астероидно-кометной опасности. Орбиты таких объектов помогают оценивать вероятность их сближения с Землёй.

Что запомнить

• Карликовая планета обращается вокруг Солнца и не является спутником.
• Карликовая планета почти шарообразна, но не очистила окрестность своей орбиты.
• Малые тела Солнечной системы не относятся к планетам и карликовым планетам.
• Основная часть астероидов сосредоточена в поясе между Марсом и Юпитером.
• Лёд и пыль в составе кометы при нагревании Солнцем образуют кому и хвост.
• Хвост кометы направлен преимущественно от Солнца.