"Физика (базовый уровень)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.
Малые тела Солнечной системы — астероиды, кометы и их фрагменты — обращаются вокруг Солнца и хранят сведения о веществе, из которого формировались планеты. Астероиды состоят главным образом из камня и металла, кометы — из льда и пыли. При приближении кометы к Солнцу появляются кома и хвост, а метеороид, входящий в атмосферу, может стать метеором и оставить метеорит. Изучение орбит и состава этих объектов помогает понять историю Солнечной системы и оценить риск столкновений.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Астероид — каменное или металлическое малое тело, обращающееся вокруг Солнца. Размеры и формы астероидов различны: многие из них намного меньше планет и не имеют округлой формы. Понятие помогает отличать такие тела от комет, для которых характерны лёд и образование хвоста.
Комета — малое тело, состоящее преимущественно из льда, пыли и каменных частиц, которое при приближении к Солнцу образует кому и хвост. Кома — окружающая ядро оболочка из газа и пыли. По составу и видимым изменениям можно распознать комету и понять, почему она становится заметнее рядом с Солнцем.
Метеороид — небольшое твёрдое тело или фрагмент астероида либо кометы, движущийся в межпланетном пространстве. Такие частицы могут быть выброшены при столкновениях или отделиться от кометного ядра. Термин указывает именно на объект, пока он находится в космосе.
Метеорит — часть метеороида, достигшая поверхности планеты после прохождения через атмосферу. Не всякий метеороид сохраняется целиком: многие разрушаются или испаряются в воздухе. Это определение нужно, чтобы не путать небесный фрагмент с метеором — световым явлением.
Малые тела считают остатками исходного вещества, потому что они не стали крупными планетами и не прошли столь глубоких изменений. Планеты росли за счёт столкновений и притяжения вещества, нагревались и разделялись на слои, тогда как многие небольшие объекты сохранили более древний состав. Сравнивая их с планетами, учёные получают сведения о ранних этапах формирования Солнечной системы.
Большинство известных астероидов движется в поясе между Марсом и Юпитером. В этой области притяжение массивного Юпитера заметно влияет на движение астероидов: периодические возмущения могут менять их орбиты и мешать некоторым телам собраться в крупную планету. Поэтому астероиды распределены по орбитам не равномерно, а в отдельных областях их орбиты особенно редки.
Кометное ядро содержит лёд, который при удалении от Солнца остаётся замёрзшим. При сближении солнечное излучение нагревает поверхность, и часть льда переходит в газ, увлекая за собой пыль. Газ и пыль формируют кому, а затем вытягиваются в хвост; чем активнее выделение вещества, тем заметнее могут быть эти части.
Хвост кометы не обязан располагаться позади неё по направлению движения, потому что на газ и пыль действуют не только скорость кометы, но и факторы со стороны Солнца. Давление солнечного излучения отталкивает пылевые частицы, а солнечный ветер — поток заряженных частиц — уносит газ. В результате хвост направлен преимущественно от Солнца, даже если комета движется в другую сторону.
В космосе небольшой фрагмент называется метеороидом; при входе в атмосферу он создаёт метеор, то есть вспышку или светящийся след. Вещество и окружающий воздух сильно нагреваются из-за быстрого движения и взаимодействия с атмосферой, поэтому метеороид может разрушаться и испаряться. Если часть тела выдерживает прохождение и падает на поверхность, её называют метеоритом.
| Объект | Состав | Где и как движется | Наблюдаемое проявление | Итог при встрече с атмосферой или поверхностью |
|---|---|---|---|---|
| Астероид | Камень, металл | По орбите вокруг Солнца | Видимое малое тело, отражающее солнечный свет | Может войти в атмосферу и столкнуться с поверхностью |
| Комета | Лёд, пыль, каменные частицы | По орбите вокруг Солнца, часто вытянутой | При сближении с Солнцем появляются кома и хвост | Отделившиеся частицы могут войти в атмосферу |
| Метеороид | Твёрдый фрагмент астероида или кометы | Движется в межпланетном пространстве | До входа в атмосферу обычно наблюдается как небольшой объект | Может сгореть, разрушиться или достичь поверхности |
| Метеор | Не отдельное тело, а световое явление | Возникает при движении метеороида в атмосфере | Вспышка или светящийся след | Явление прекращается; уцелевший фрагмент может стать метеоритом |
| Метеорит | Уцелевшее вещество метеороида | Достигает поверхности планеты | Может быть найден как упавший фрагмент | Остаётся на поверхности или образует кратер |
Чтобы определить объект, сначала выясните, где он находится: в космосе, в атмосфере или уже на поверхности. Затем сравните его состав и наблюдаемое проявление с соответствующими строками. Метеор — единственная строка, обозначающая явление, а не самостоятельное тело.
Небесное тело состоит из льда и пыли, движется по вытянутой орбите и при приближении к Солнцу окружено светящейся оболочкой. Нужно определить объект и назвать части его видимой структуры. Сопоставим признаки с особенностями малых тел.
Ответ: это комета; её видимая структура включает ядро, кому и хвост. Свечение оболочки связано с газом и пылью, выделившимися при нагревании.
Метеороид массой 0,01 кг входит в атмосферу со скоростью 20 км/с. Оценим кинетическую энергию и объясним, почему значительная её часть выделяется в воздухе. Используем E = mv²/2, предварительно переведя скорость в единицы СИ.
Ответ: кинетическая энергия составляет примерно 2 МДж. Она не обязательно целиком превращается в тепло тела: значительная доля уходит на нагрев воздуха и разрушение метеороида.
Диаметр астероида равен 500 м, плотность — 3000 кг/м³, скорость — 18 км/с. Считаем тело шаром и найдём его массу и кинетическую энергию. Для сравнения переведём результат в эквивалент тротила, помня, что это лишь оценка выделившейся энергии.
Ответ: масса астероида — около 2 × 10¹¹ кг, энергия движения — около 3,2 × 10¹⁹ Дж. Это намного больше энергии крупного взрыва и показывает, почему столкновение такого тела может иметь планетарные последствия.
Ошибка — считать метеор самостоятельным небесным телом. Так думают, потому что в обычной речи словом «метеор» называют яркий след на небе, но в физике это явление при входе метеороида в атмосферу. Проверьте себя: если речь идёт о частице, летящей в космосе, это метеороид, а не метеор.
Ошибка — называть любой метеороид метеоритом. Название метеорит относится только к фрагменту, который достиг поверхности, поэтому летящая в космосе частица ещё не метеорит. Уточните, где находится объект: до атмосферы — метеороид, после падения на поверхность — метеорит.
Ошибка — изображать хвост кометы строго позади неё по траектории. Это кажется естественным, если представлять хвост как след движения, но его направление задают также солнечное излучение и солнечный ветер. Сверьте направление хвоста с положением Солнца: он ориентирован преимущественно от него.
Ошибка — считать астероиды и кометы неподвижными или движущимися только по круговым орбитам. Орбиты подчиняются гравитации Солнца и планет, могут быть вытянутыми и меняться при сближениях. Чтобы проверить рассуждение, учитывайте действующие силы и не предполагайте, что орбита каждого малого тела одинакова.
Для изучения малых тел нужны закон всемирного тяготения, представление о движении по орбите, формула кинетической энергии и знания о строении Солнечной системы. Тема связывает механику с вопросом о происхождении планет и помогает оценивать последствия космических столкновений. Она пригодится при изучении космических полётов, метеоритных кратеров и астероидной опасности. В наблюдательной астрономии по орбитам и изменениям яркости судят о движении, размерах и составе малых тел.
Почему у астероида нет хвоста, а у кометы он появляется?
Астероид обычно состоит из камня и металла, поэтому солнечное тепло не вызывает у него мощного выделения газа и пыли. В комете много льда: при нагревании он испаряется, унося частицы пыли, и образует кому и хвост.
Чем метеор отличается от метеорита?
Метеор — это световое явление, возникающее, когда метеороид движется в атмосфере и нагревается. Метеорит — его фрагмент, который не разрушился полностью и достиг поверхности.
Почему кометный хвост направлен от Солнца?
Солнечное излучение и поток заряженных частиц от Солнца уносят газ и пыль от кометы. Поэтому хвост ориентирован преимущественно от Солнца, а не просто тянется за кометой по её траектории.
Все ли астероиды находятся между Марсом и Юпитером?
Нет, хотя большинство астероидов сосредоточено в поясе между орбитами этих планет. Некоторые движутся по другим орбитам, в том числе сближаются с Землёй или находятся дальше от Солнца.
Можно ли заранее узнать, столкнётся ли астероид с Землёй?
Астрономы наблюдают за астероидами, уточняют их орбиты и рассчитывают возможное сближение с Землёй. Чем дольше ведутся наблюдения и точнее измерения, тем надёжнее прогноз; далеко не каждое сближение означает столкновение.
4. Малые тела Солнечной системы
