3. Малые тела Солнечной системы

Определения и обозначения

Астероид — небольшое каменное или металлическое тело, обращающееся вокруг Солнца. В отличие от планеты, он значительно меньше и не обладает сопоставимыми с планетами размерами и массой. Большинство астероидов находится в главном поясе между орбитами Марса и Юпитера; это помогает понять, где расположена основная группа таких тел.

Комета — малое тело, состоящее преимущественно из льда, пыли и каменных частиц. Далеко от Солнца она обычно выглядит как небольшое ядро, но при сближении с Солнцем может получить видимые кому и хвост. Эти признаки позволяют отличать активную комету от астероида.

Метеорное тело — небольшое твёрдое тело, движущееся в межпланетном пространстве. Когда оно входит в атмосферу Земли и становится видимым благодаря свечению, наблюдатель видит метеор. Различие между телом и явлением важно, чтобы точно описывать наблюдения.

Метеорит — часть метеорного тела, которая не разрушилась полностью в атмосфере и достигла поверхности Земли. Метеор — вспышка или светящаяся полоса в небе, а метеорит — материальный фрагмент, который можно обнаружить на земле. Поэтому по одному наблюдению метеора нельзя утверждать, что метеорит упал.

Как это устроено

Малые тела, подобно планетам, движутся вокруг Солнца из-за его гравитационного притяжения — силы, которая заставляет тела притягиваться друг к другу. Их небольшие размеры и разнообразный состав отличают их от планет, а форма орбит может быть более вытянутой или наклонённой. Изучение этих тел помогает узнавать о веществе, оставшемся со времени формирования Солнечной системы.

Основная часть астероидов сосредоточена между орбитами Марса и Юпитера, потому что в этой области сохранились многочисленные небольшие тела. Сильное гравитационное влияние Юпитера мешало им собраться в одну крупную планету. Однако астероиды есть и на других орбитах: гравитационные воздействия могут менять их движение, а некоторые орбиты проходят близко к орбите Земли.

Кометное ядро содержит лёд, который при удалении от Солнца остаётся замёрзшим. При сближении солнечное излучение нагревает ядро, и часть льда превращается в газ, увлекая с собой пыль. Газ и пыль образуют вокруг ядра разреженное облако — кому, а воздействие излучения и потока частиц от Солнца вытягивает вещество в хвост.

Когда метеорное тело сближается с Землёй и входит в атмосферу, оно быстро движется сквозь воздух. Взаимодействие с атмосферой нагревает тело и окружающий газ, поэтому возникает свечение — метеор. Тело тормозится и может разрушиться; если фрагмент переживёт это прохождение, он продолжит падение и достигнет поверхности как метеорит.

Астероид и комета — небесные тела, а метеорное тело — небольшой объект в межпланетном пространстве; все они различаются прежде всего составом и поведением. У кометы активность связана с нагревом льда, тогда как метеор возникает при прохождении тела через атмосферу. Поэтому метеор, в отличие от астероида и кометы, — не самостоятельное небесное тело, а световое явление.

Основные малые тела Солнечной системы и связанные с ними явления

Сначала определите, говорится ли о материальном теле или о световом явлении. Затем сравните состав и условия наблюдения: например, кома и хвост связаны с нагревом кометы, а метеор — с прохождением тела через атмосферу. Такая проверка помогает не путать названия и описывать объект точнее.

Разбор задач

Яркая вспышка в ночном небе

Условие. Ученик увидел яркую вспышку и хочет назвать её метеоритом. Нужно установить, что именно он наблюдал и достаточно ли этого, чтобы утверждать, что фрагмент достиг поверхности. Рассуждаем по последовательности событий: тело движется в космосе, входит в атмосферу, а затем может полностью разрушиться или частично уцелеть.

1. Вспышка — это видимое свечение при прохождении тела через атмосферу, то есть метеор. Саму вспышку нельзя назвать метеоритом, потому что она не является упавшим материальным фрагментом.

2. Чтобы выяснить, достигла ли часть тела поверхности, одного наблюдения вспышки недостаточно. Нужны дополнительные сведения: например, обнаружен ли фрагмент после падения и подтверждено ли его происхождение.

3. Если уцелевшая часть действительно упала на Землю, её называют метеоритом. Если тело разрушилось или испарилось в атмосфере, метеорита на поверхности от этого события не останется.

Ответ. Увиденное — метеор, а не метеорит. Чтобы установить падение метеорита, нужны свидетельства того, что фрагмент достиг поверхности и был обнаружен.

Комета приближается к Солнцу

Условие. Нужно предсказать, как изменится внешний вид кометы при приближении к Солнцу и куда будет направлен хвост. Для ответа следует связать наблюдаемые признаки с нагревом льда и воздействием Солнца на выделившееся вещество. Направление движения кометы само по себе не задаёт направление хвоста.

1. По мере приближения солнечное излучение сильнее нагревает ядро. Лёд превращается в газ, а выходящий газ поднимает частицы пыли.

2. Газ и пыль образуют окружающее ядро облако — кому. Часть вещества вытягивается в хвост под действием солнечного излучения и потока частиц от Солнца.

3. Хвост направлен преимущественно от Солнца. Поэтому он может не тянуться за кометой, как шлейф за движущимся предметом: ориентироваться нужно на положение Солнца.

Ответ. При приближении кометы к Солнцу она может стать активнее, а её кома и хвост — заметнее. Хвост направлен преимущественно от Солнца, а не обязательно против движения кометы.

Энергия метеорного тела

Условие. Метеорное тело массой 0,20 кг вошло в атмосферу со скоростью 20 км/с. Требуется оценить его кинетическую энергию до торможения и объяснить, почему вычисление не позволяет заранее определить, упадёт ли фрагмент на Землю. Используем формулу Eₖ = mv²/2, где m — масса, а v — скорость.

1. Переводим скорость в единицы СИ: 20 км/с = 20 000 м/с. Перевод нужен, потому что масса дана в килограммах, а энергия в джоулях получается при скорости в метрах в секунду.

2. Подставляем данные: Eₖ = 0,20 × (20 000)² / 2. Квадрат скорости равен 400 000 000 м²/с², поэтому Eₖ = 40 000 000 Дж = 4,0 × 10⁷ Дж.

3. Это оценка энергии тела до существенного торможения в атмосфере. Во время движения часть энергии расходуется на нагрев и разрушение тела, а результат зависит также от его размера, состава и условий прохождения атмосферы.

Ответ. Начальная кинетическая энергия равна 4,0 × 10⁷ Дж. По одной этой величине нельзя установить, долетит ли тело до поверхности: оно может потерять энергию, разрушиться или частично уцелеть.

Типичные ошибки

Называть метеоритом светящуюся полосу в небе — ошибка: полосой выглядит метеор, а метеорит представляет собой вещество, достигшее земли. Путаница возникает потому, что оба названия связаны с одним событием. Проверь себя вопросом: речь идёт о свете в атмосфере или о найденном после падения фрагменте?

Считать, что хвост кометы всегда тянется за ней, неверно: его направление прежде всего связано с воздействием Солнца. Ошибка появляется, если воображать хвост обычным следом движущегося предмета. Чтобы проверить себя, найди, где находится Солнце: хвост направлен преимущественно в противоположную сторону.

Утверждение, что все астероиды находятся в главном поясе, слишком широкое. Большинство сосредоточено между Марсом и Юпитером, но существуют и астероиды на других орбитах, в том числе сближающихся с Землёй. Проверь формулировку: слова «большинство» и «все» не взаимозаменяемы.

Нельзя считать, что любое метеорное тело полностью сгорает в атмосфере. При прохождении оно нагревается и может разрушиться, но часть вещества иногда уцеливает и падает на Землю. Проверь себя, разделив два возможных исхода: полное разрушение и выпадение фрагмента, который называют метеоритом.

Связь с другими темами

Для изучения малых тел нужно знать, что тела Солнечной системы движутся под действием гравитационного притяжения и обращаются вокруг Солнца. Поэтому тема связана с законом всемирного тяготения и движением небесных тел. Состав астероидов, комет и метеорных тел также помогает исследовать происхождение и эволюцию Солнечной системы. Расчёт энергии метеорного тела связывает тему с механикой и формулой кинетической энергии.

Что запомнить

• Малые тела Солнечной системы обращаются вокруг Солнца.
• Большинство астероидов главного пояса находится между орбитами Марса и Юпитера.
• Комета состоит преимущественно из льда, пыли и каменных частиц.
• При приближении кометы к Солнцу у неё могут образоваться кома и хвост.
• Метеор — световое явление при прохождении тела через атмосферу.
• Метеорит — фрагмент, достигший поверхности Земли.