С глубокой древности людям были известны пять планет (не считая Земли): Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. Эта пятерка так въелась в массовое сознание ученых, что никто и не помышлял о том, что вокруг Солнца могут обращаться и другие планеты. Но 13 марта 1781 года Гершель открыл планету Уран, каковую тоже поначалу не признал планетой, решив, что открыл комету, – и великим свойственна слепая вера в старые штампы! Однако недоразумение скоро разъяснилось, и в Солнечной системе стало шесть общепризнанных планет. Но коли так, то почему их только шесть? Может, больше? В конечном счете именно открытие Урана подвигло астрономов на поиски новых планет.

Где их искать – было примерно ясно. Во-первых, на «задворках» Солнечной системы, за орбитой Урана. Во-вторых, астрономов давно интриговала «дыра» между орбитами Марса и Юпитера. Казалось, на весьма значительном расстоянии между ними вполне могла поместиться орбита еще одной планеты. Но почему же она не наблюдалась? Возможно, потому что имеет малые размеры и/или низкое альбедо?

Если дело в малых размерах, то как тогда открыть эту неизвестную планету? Ответ очевиден: воспользоваться буквальным переводом с греческого языка слова «планета», что значит «блуждающая» или попросту «бродяга». Как бы ни мала была планета, на небе она все равно будет выглядеть звездочкой, пусть слабой. Надо только следить за положением слабых звезд в некоторой полосе вблизи эклиптики, и если отыщется звезда, чье смещение на небе резко – на порядки – превышает смещение звезд из-за собственного движения, то кандидат в планеты найден.

Казалось бы, просто. На деле это чрезвычайно долгая, кропотливая и нудная работа, связанная с точным измерением местоположения многих сотен слабых звезд, повторным измерением их местоположения спустя некоторое время и сравнением результатов. Право, на свете есть куда более интересная работа, в том числе и в астрономии. С другой стороны, кому не хочется увековечить свое имя, открыв новую планету?

Еще до открытия Урана немецкий астроном И. Тициус эмпирически нашел, а другой немецкий астроном И. Боде широко распропагандировал правило, связывающее порядковый номер планеты с расстоянием ее от Солнца: R_n = 4 + 3 × 2ⁿ, где R_n – средний радиус орбиты в астрономических единицах, а п = о для Венеры, 1 для Земли, 2 для Марса и т. д. (Для Меркурия п равен минус бесконечности.) Действительность как будто подтверждала правило Тициуса – Боде: максимальное отличие среднего радиуса орбиты от реального едва превышало 5 % (для Марса). Орбита открытого Гершелем Урана также хорошо вписывалась в правило Тициуса – Боде. Лишь орбита Нептуна резко не согласуется с правилом Тициуса – Боде, но Нептун был открыт лишь в 1846 году, так что правило, оказавшееся впоследствии ошибочным, в конце XVIII столетия принималось многими за истину. Имелась только одна странность: отсутствовала планета с п = 3.

Бытовавшие с глубокой древности представления о «гармонии сфер» и о том, что «природа не терпит пустоты», побуждали астрономов верить: неизвестная планета между Марсом и Юпитером действительно существует, вопрос лишь в том, как найти ее. Пусть планета мала, пусть темна – это чисто наблюдательная задача. В распоряжении астрономов уже имелись достаточно крупные телескопы, чтобы решить ее. И вот барон Франц Ксавер фон Цах, бывший в то время главным астрономом Австрийской империи, начал методические поиски недостающей планеты. Увы – для одного астронома эта задача оказалась непосильной. Представьте себе, сколько звездочек ярче, скажем, 9-й звездной величины находится в полосе плюс-минус 10° от эклиптики, и вы поймете всю громоздкость задачи, а если вы когда-нибудь смотрели на небо в телескоп, то не только поймете, но и ужаснетесь. Ведь необходимо было дважды тщательно измерить координаты каждой звездочки! Тогда Цах понял, что для поисков новой планеты необходимы скоординированные усилия многих астрономов.

В 1800 году Цах разделил зодиакальную область неба на 24 зоны и намеревался предложить 24 астрономам заняться поисками планеты. Нашлись и единомышленники, правда, в меньшем количестве, чем нужно. Времена стояли непростые: уже начались наполеоновские войны, в Европе было неспокойно. И все же Цах надеялся на успех. Но прежде чем были разосланы карты и работа развернулась, в первый день XIX столетия, 1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци случайно открыл новую планету между Марсом и Юпитером.

Пиацци не участвовал в программе Цаха – ему только еще собирались предложить это. Будучи профессором астрономии Палермского университета (Сицилия), он занимался рутинной работой по определению положения звезд для каталога. Одно светило 8-й звездной величины привлекло его внимание быстрым движением среди звезд. Пиацци решил, что открыл новую комету – правда, без туманной оболочки, не говоря уже о хвосте, но мало ли во Вселенной всяких «уродцев», не вписывающихся в общие правила! По виду объект был неотличим от звезды, из чего Пиацци сделал правильный вывод, что если это все-таки планета, то очень маленькая.

Шесть недель Пиацци следил за открытым им светилом, пока болезнь не прервала его работу, а по выздоровлении Пиацци не смог найти на небе открытый им объект – так сильно он переместился. Тогда Пиацци разослал письма другим астрономам с сообщением об открытии и просьбой искать «утерянное» светило. Какова его орбита, Пиацци не знал – он не смог вычислить элементы орбиты из своих наблюдений.

И тут очень кстати подоспело открытие, сделанное молодым, а впоследствии великим математиком Карлом Гауссом. Чуть ранее открытия Пиацци он разработал метод вычисления элементов орбит небесных тел. Всего этих элементов шесть. Два из них (большая полуось и эксцентриситет) определяют параметры эллипса, третий показывает ориентацию эллипса в своей плоскости, четвертый и пятый определяют положение орбитальной плоскости относительно основной координатной плоскости (в качестве которой чаще всего берется плоскость эклиптики), и, наконец, шестой элемент определяет положение объекта на орбите в некий начальный момент времени. Гаусс блистательно решил увлекшую его математическую задачу: определить, по скольким наблюдениям движущегося небесного тела можно вычислить все шесть элементов его орбиты. Он математически доказал, что необходимы всего три наблюдения.

Понятное дело, желательно, чтобы эти три наблюдения проводились с достаточно большой разницей во времени, иначе неизбежные погрешности в определении небесных координат объекта приведут к значительной ошибке в вычислении орбиты, – но как раз с этим у астрономов-наблюдателей дело не всегда обстоит хорошо. Впрочем, Пиацци следил за перемещением своей звездочки достаточно долго, чтобы можно было уверенно вычислить орбиту. Она оказалась не кометной, а планетной, правда, со значительным наклоном к эклиптике (более 10°), но зато с эксцентриситетом, равным 0,0789, что меньше, чем у орбиты Марса. При этом орбита нового тела находилась между орбитами Марса и Юпитера и очень хорошо соответствовала правилу Тициуса – Боде.

Почти весь 1801 год новую планету не удавалось найти – мешала погода. К величайшей досаде астрономов, на свете есть такие явления, как сплошная облачность, дождь и снег. Европа вообще не лучшее место для астрономических наблюдений, но в 1801 году погода просто-напросто издевалась над астрономами, испытывая их терпение на прочность. Лишь в последнюю ночь 1801 года небо расчистилось, и уже на следующую ночь утерянная планета была найдена Цахом и – независимо от него – немецким астрономом Генрихом Ольберсом примерно в том месте, где ей и полагалось быть согласно вычислениям по методу Гаусса. «Нет ничего практичнее хорошей теории» – эти слова могли быть сказаны уже в начале XIX века.

Ну что ж, планета была найдена, обе теории – истинная (Гаусса) и ложная (Тициуса – Боде) торжествовали. Пиацци как первооткрывателю была предоставлена честь дать новой планете имя. Верный традиции давать планетам имена античных богов, Пиацци назвал ее Церерой – богиней плодородия и покровительницей Сицилии в древнеримские времена. Казалось, в поисках планеты между Марсом и Юпитером можно поставить жирную точку.

Но! Астрономов все-таки смущали малые размеры планеты – около 960 на 932 км, по современным данным. Но еще важнее было то, что уже 28 марта 1802 года Ольберс открыл вторую планету между Марсом и Юпитером! Ее назвали Палладой. Имея почти такой же период обращения вокруг Солнца (4,613 и 4,619 года соответственно), Паллада удивила значительным углом наклона своей орбиты к эклиптике (34,84°) и орбитой, более эксцентричной, чем у Меркурия. Размеры Паллады оцениваются в настоящее время в 570 на 482 км. Но на этом сюрпризы не закончились. В 1804 году немецкий астроном Хардинг открыл Юнону (240 км), а в 1807 году все тот же Ольберс открыл еще одну малую планету – Весту (530 км). Удивительно, что Веста не была открыта раньше: эта планетка, во-первых, имеет небольшой наклон орбиты к эклиптике (7,135°), а во-вторых, в своем орбитальном движении время от времени подходит к Земле ближе, чем любая другая малая планета (из числа крупных), становясь видна даже невооруженным глазом как слабая звездочка примерно 5,7 звездной величины. Кроме того, поверхность Весты более светлая, и если Весту и Цереру поместить рядышком на одинаковом расстоянии от нас, то более скромная по размерам Веста окажется чуточку ярче Цереры. По идее именно Веста, а не Церера должна была стать первой из открытых малых планет. Хорошая иллюстрация к справедливому утверждению о том, что открытие почти всегда есть явление вероятностное. Открытие Весты в качестве первой малой планеты было вероятнее – но первой была открыта менее яркая Церера. Что ж, порой случаются и менее вероятные события.

Новонайденные тела были названы (Гершелем) астероидами, то есть звездоподобными. На тот момент времени никакой, даже самый мощный телескоп не мог позволить различить у них диск, и даже при максимальных увеличениях эти планетки все равно выглядели звездами. Название прижилось, хотя и название «малые планеты» также осталось. Впрочем, теперь, говоря о малых планетах, обычно имеют в виду лишь крупнейшие из этого класса небесных тел.

Итак, вместо одной ожидаемой планеты внезапно объявились четыре. Правило Тициуса – Боде подверглось «испытанию на прочность», но пока устояло. Спас его Ольберс, предположив, что некогда между Марсом и Юпитером действительно находилась планета с орбитой, соответствующей правилу Тициуса – Боде, однако в результате какого-то древнего катаклизма она была раздроблена на куски, наиболее крупными из которых и являются четыре новооткрытых объекта. А коли так, то наверняка есть и другие осколки, и следует их поискать.

Идея Ольберса показалась привлекательной многим астрономам. Гипотетическую бывшую планету, расколотую на части, стали называть «планетой Ольберса». Через полтора века московский астроном С.В. Орлов предложил назвать эту планету Фаэтоном – в честь мифологического персонажа, сына бога Гелиоса, который допустил однажды отпрыска к управлению солнечной колесницей, не приняв предварительно у него экзамен по вождению. В результате Зевсу пришлось срочно вмешаться и истратить одну молнию на самонадеянного юношу, едва не спалившего Землю.

Название понравилось и широко распространилось. Оно и сейчас в ходу у тех немногих, кто еще верит в то, что между Марсом и Юпитером существовала когда-то единая планета. Но подавляющее большинство ученых уже давно отказалось от гипотезы о «планете Ольберса», или Фаэтоне. По всей видимости, ее никогда не существовало.

А жаль! Всегда печально расставаться с романтическими представлениями, будь они хоть об истории Солнечной системы, хоть о жизни вообще…

Но как же ученые пришли к выводу о несуществовании Фаэтона, коль скоро возможность «пощупать» астероиды предоставилась им лишь в самые последние годы благодаря космическим программам НАСА?

На Землю достаточно часто падают метеориты. Большинство из них содержат железо. Разумеется, это не чистое железо, а природный сплав, содержащий никель, кобальт и ряд других элементов. Справедливо трактуя метеориты как обломки астероидов, ученые обратили внимание: по химическому и изотопному составу шести «ключевых» металлов метеориты достаточно четко делятся минимум на 36 групп (возможно, их несколько больше). Различие внутри группы незначительно, тогда как между группами – существенно. Невозможно предположить, чтобы такое распределение состава получилось при дроблении одного тела. Гораздо вероятнее, что между Марсом и Юпитером, причем на разных расстояниях от Солнца, первоначально образовалось не менее 36 планетоидов с характерным поперечником 1000 км. Формированию вместо них единой планеты наверняка помешало влияние тяготения Юпитера – больше нечему. Орбиты планетоидов пересекались, что отнюдь не полезно для целостности небесных тел. Сталкиваясь и дробясь, эти первичные планетоиды образовали то, что в наше время называется Главным поясом астероидов.

Однако в 1807 году ни о каком поясе речь еще не шла – были известны всего четыре малые планеты. Открытие пятой затянулось до 1845 года, когда немецкий астроном-любитель Генке, наблюдая в небольшой телескоп Весту, заметил рядом с ней звездочку 9,5 звездной величины и вскоре выявил ее астероидную сущность. Вообще надо сказать, что любители астрономии порой делали (и сейчас еще делают, но реже) замечательные открытия. Правда, следует сразу указать, что Генке достиг успеха лишь после 15-летнего упорного труда, вознаградившего его немецкую дотошность, так что тот, кто, наводя на небо телескоп, думает, что сразу откроет что-нибудь новое и замечательнее, серьезно заблуждается. Пятая малая планета получила имя Астрея. Генке не успокоился на достигнутом и в 1847 году открыл шестую малую планету – Гебу. После этого открытия новых астероидов пошли потоком, не прекратились до нашего времени, и нет никаких признаков того, что они когда-нибудь прекратятся.

Правда, открыть между Марсом и Юпитером тело размером хотя бы в 100 км – это уже из области нереального. Если лет 70 назад наибольшее число новооткрытых астероидов приходилось на 15-ю звездную величину, то в наше время шагнуло за 19-ю. Для того чтобы заметить глазом такую слабую звездочку, надо иметь достаточно солидный телескоп. Впрочем, никто сейчас не ищет астероиды прадедовским методом сравнения положений звезд на небе.

Еще в конце XIX века в обиход астрономов вошла фотография. Имея хорошую параллактическую монтировку с часовым механизмом и телескоп на ней (любопытно, что телескоп для астрофотографии – астрограф – может иметь несколько худшее качество оптики, чем телескоп для визуальных наблюдений), можно с помощью разных ухищрений заставить «неподвижные» звезды остаться точками на фотографии с экспозицией в несколько часов. Сейчас это просто, но еще 20 лет назад требовало неотлучного присутствия астронома, который все время должен был глядеть в окуляр вспомогательного телескопа-гида и подкручивать рукоятки тонких движений, чтобы монтировка «вела» небо с высочайшей точностью. Тем не менее в науке «сложно» всегда лучше, чем «невозможно», и астрономы честно мерзли холодными ночами, чтобы получить удовлетворительные кадры. Звезды на них оставались точками, но обладающий собственным движением астероид прочерчивал короткий трек. Таким методом удалось «выловить» множество астероидов.

И все же настал момент (уже в XX веке), когда фотоэмульсия уперлась в пределы своей чувствительности. Какими бы качественными ни были применяемые в астрономии фотопластинки, как бы ни улучшали химики фотоэмульсию, она уже не могла фиксировать еще более слабые движущиеся объекты – а достаточно ярких неоткрытых астероидов уже не осталось. Простейший (с виду) выход из такого положения – увеличение проницающей способности телескопа, а значит, увеличение диаметра его объектива, размеров и массы. А надо сказать, что стоимость больших телескопов пропорциональна примерно кубу диаметра объектива. Астрономия не ядерная физика – ради каких-то астероидов больших денег на нее государство не даст. В общем, что легко с виду, то сплошь и рядом совсем не просто на практике.

Действовать стали иначе. Снимали один и тот же участок неба с разницей в несколько часов и помещали две фотопластинки в блинк-компаратор – прибор, быстро переключающий изображение с одного кадра на другой и обратно. Обычные звезды при этом оставались на месте, но если какая-нибудь мелкая звездочка начинала «прыгать», то были все основания присмотреться к ней повнимательнее. Почти наверняка она оказывалась астероидом. Применение ПЗС-матриц (ПЗС – прибор с зарядовой связью), способных накапливать световой сигнал, и компьютеров более или менее решило проблему чувствительности. Теперь два кадра снимаются «на цифру», а простенькая программка превращает заурядный персональный компьютер в блинк-компаратор. Астероид «выдает себя с головой».

Обнаружив на небе астероид, необходимо убедиться, не открыт ли он уже кем-нибудь другим. На это существуют электронные базы данных со специальными поисковыми программами. Конечно, чаще всего речь идет об уже известном астероиде. Если астероид все же новый, приходится, как встарь, следить за его движением среди звезд. Как мы помним, по трем наблюдениям можно получить элементы орбиты.

По мере накопления позиционных измерений нового астероида его орбита вычисляется со все более высокой точностью. Астероиду присваивается предварительный номер, выглядящий, например, так: 2011 FA. Этим цифро-буквенным индексом был обозначен первый астероид, открытый в первой половине марта 2011 года. Вообще система предварительной нумерации астероидов выглядит следующим образом: берется год открытия, затем добавляется латинская буква А для первой половины января, В для второй половины января, С для первой половины февраля и т. д. Буква I не используется, всего, следовательно,

25 букв. Вторая буква означает просто порядковый номер астероида во временном интервале, заданном первой буквой. Если же в какой-то половине месяца открыто более 25 астероидов, то счет начинается снова с А, но присваивается цифровой индекс: А_1? В₁…., Z₁, А₂ и т. д. Например, обозначение 2015 СА₂ будет соответствовать 51-му астероиду, открытому в первой половине февраля 2015 года.

Но вот наконец наступает момент, когда выясняется: открыт действительно новый астероид (а не переоткрыт уже известный, изменивший свою орбиту). Астероиду присваивается порядковый номер, а первооткрыватель астероида имеет право предложить ему имя. Не назвать, а только предложить! Это имя выносится на рассмотрение специальной Комиссии № 20 MAC, состоящей из и профессиональных астрономов из разных стран (в том числе России). Лишь эта комиссия выносит окончательный вердикт – принять предложенное имя или отвергнуть его.

Мы помним, что первые малые планеты получили традиционные мифологические имена. Но как бы ни была богата фантазия древних греков и римлян, количество мифологических персонажей (а уж тем более богов) все же ограничено. Астероидов гораздо больше. Казалось бы, достаточно открыть Мифологический словарь и бегло просмотреть мифы других народов, чтобы понять: этот источник далеко еще не исчерпан. Но имена иных (не греко-римских) богов стали давать лишь в последнее время телам пояса Койпера. Что же до названий астероидов Главного пояса, то тут еще в XIX веке стал наблюдаться полнейший разнобой. Астероиды называли в честь себя, политических деятелей, любимых женщин и чуть ли не собачек – словом, кто во что горазд. Комиссия № 20 старается не допускать, чтобы на небо попали имена одиозных деятелей и плоские шутки. Комиссия, однако, может снизойти к просьбе известного «ловца астероидов». Так, например, один из многих астероидов, открытых российским любителем астрономии Тимуром Крячко, получил имя

Буре в честь известного хоккеиста. Но все же комиссия отдает предпочтение именам, хоть каким-нибудь боком связанным с астрономией.

У астрономов Советского Союза была традиция давать астероидам женские имена, при необходимости производя их от мужских. Так, например, появились астероиды Владилена, Морозовия (в честь знаменитого шлиссельбуржского узника), Глазенапия (в честь одного из организаторов Русского астрономического общества С.П. Глазенапа), Стругацкия и др. Очень много астероидов было открыто в Симеизской обсерватории (ныне она является частью Крымской астрофизической обсерватории). Естественным образом возникла мысль как-то увековечить поселок Симеиз, назвав его именем астероид. Но как же традиция давать малым планетам женские имена? Очень просто: астероид получил имя «Симеиза», а не «Симеиз». Другой астероид, зарегистрированный под номером 951, получил имя Гаспра в честь еще одного курортного поселка в Крыму. К этому астероиду мы вернемся чуть ниже, а пока лишь отметим, что поселок Гаспра никак не связан с астрономией, если не считать его географической близости к Симеизу.

Впрочем, традиция давать астероидам женские имена начала «хромать» еще в СССР, а в нынешней России она уже не считается обязательным. Астероид Байконур – яркий тому пример.

Выше отмечалось, что, будучи в 2006 году «разжалованным» в астероиды, Плутон получил порядковый номер 134 340. В настоящее время число пронумерованных астероидов превышает триста тысяч. Правда, далеко не все пронумерованные астероиды получили имена, поскольку имя дается космическому телу с хорошо известной орбитой, для чего желательно пронаблюдать астероид хотя бы в течение одного орбитального периода. Многие причины (малый блеск планетки, непогода и др.) приводят к утере обнаруженного астероида. К настоящему времени собственные имена получили немногим более 10 тыс. астероидов, так что большинство этих крошечных планеток так и путешествует в космосе без имени, с одним лишь номером, а то и вовсе с цифро-буквенным индексом.

Одна из причин потери вроде бы уже хорошо известных астероидов – изменение их орбит. Эти изменения обычно не носят периодического характера, как, например, медленный дрейф перигелия земной орбиты. В лучшем случае здесь можно говорить о квазипериодичности.

Причину орбитальных изменений искать недолго – это гравитационные возмущения со стороны планет и других астероидов. Особенно, конечно, влияет притяжение со стороны Юпитера. Мало того что эта планета-гигант – самая массивная в Солнечной системе, так еще и афелии орбит очень многих астероидов находятся достаточно близко от орбиты Юпитера, чтобы влияние тяготения планеты-гиганта стало существенным. Но и притяжением астероидов, как бы мало оно ни было, тоже не следует пренебрегать. В ряде случаев учет этого влияния совершенно необходим.

Например, уже давно было известно взаимное гравитационное влияние Цереры и Паллады. Имея довольно близкие орбиты (если не считать значительной разницы в углах их наклона к эклиптике), они производят взаимные возмущения – конечно, малые по сравнению с притяжением планет, но все же нуждающиеся в учете при решении ряда задач небесной механики. Известно также возмущающее влияние Весты на другую малую планету – Арету. Между прочим, по этим возмущениям удалось вычислить массы Цереры и Паллады, а по движению Ареты, каждые 18 лет приближающейся к Весте на расстояние всего-навсего в 4–5 млн км, оценить массу Весты.

И все же гигант Юпитер здесь доминирует. Юнона может подходить к нему в афелии на 1,9 а.е., а Паллада – на 2 а.е. При этом сила притяжения этих астероидов к Юпитеру всего лишь раз в 300 меньше силы их притяжения к Солнцу. Это много! Притяжение Юпитера корежит орбиты многих астероидов, добавляя головной боли астрономам, пытающимся вести учет орбит. А ведь астероидов открывается все больше и больше! Нет ничего удивительного в том, что многие из них теряются после открытия, затем вновь находятся и вновь теряются…

Все же орбиты 97 % астероидов, расположенных между Марсом и Юпитером, находятся в пределах от 2,17 до 3,64 а.е. Это и есть Главный пояс. Более 100 астероидов имеют поперечник 100 км и более. Среднее расстояние астероидов Главного пояса от Солнца равно 2,75 а.е., а средний период обращения – 4,7 года. Нельзя, однако, сказать, что орбиты астероидов распределены в указанных пределах равномерно (или, что более логично, по гауссиане). Если построить гистограмму распределения астероидов по периодам обращения, то окажется, что в ней есть ряд глубоких минимумов («пробелы Кирквуда»). Астероидов с соответствующими им периодами обращения очень мало, а сами эти периоды относятся к периоду обращения Юпитера как 1:2, 1:3, 2:5, 3:7, 5:11 и т. д. Орбиты с такими периодами неустойчивы, и астероиды недолго (по астрономическим меркам, конечно) задерживаются на них. Рано или поздно гравитация Юпитера стаскивает их с «неудобных» орбит, вынуждая двигаться либо по большим, либо по меньшим орбитам.

Однако есть две группы астероидов, чьи периоды обращения относятся к периоду Юпитера как 2:3 и 1:1. Вспомните, что мы говорили о резонансных явлениях. При некоторых условиях периодическое сближение с крупным космическим телом не нарушает орбиту малого тела, а наоборот, стабилизирует ее. Особенно интересна группа астероидов, обращающаяся вокруг Солнца с периодом, равным периоду обращения Юпитера.

Строго говоря, это две группы. Члены одной из них движутся примерно по орбите Юпитера, опережая планету-гигант на 60°; члены другой – отстают от Юпитера на 60°. Говоря более научным языком, эти астероиды находятся в лагранжевых точках L₄ и L₅. Орбита тела в этих точках отличается особой устойчивостью; не зря в системе Земля – Луна там находятся облака космической пыли. Существует традиция давать этим астероидам имена героев Троянской войны: Ахиллес, Диомед, Агамемнон, Одиссей, Аякс, Приам, Эней, Троил и т. д. Поэтому всю эту группу (точнее, две группы) астероидов чохом называют «троянцами». Известно более 1000 «троянцев». Ничем особо примечательным, кроме орбиты, они вроде бы не отличаются.

Не следует, однако, думать, что «троянцы» движутся строго в лагранжевых точках. Будь так, они просто «легли» бы друг на друга и под действием собственной гравитации постепенно слепились в единое тело – точнее, в два тела, расположенных в точках L₄ и L₅. На самом деле орбиты «троянцев» заставляют эти тела то приближаться к указанным точкам, то удаляться от них, и столкновения между этими телами пока не отмечены.

Есть и еще одна группа астероидов, не входящих в Главный пояс: «кентавры». Их орбиты расположены между орбитами Сатурна и Урана, то есть столь далеко от Главного пояса, что вряд ли можно предположить генетическую связь между этими двумя группами тел. По-видимому, «кентавры» состоят из силикатов и льдов. Свое название они получили от первого открытого (в 1977 году) астероида из этой группы – Хирона (так звали мудрого кентавра, воспитателя Ахиллеса). Период обращения Хирона около 50 лет. Это весьма крупный астероид, его поперечник оценивается в 600 км.

Есть, наконец, тела пояса Койпера и облака Оорта. Но вернемся к Главному поясу и поговорим об «уродцах», так или иначе выбивающихся из общего правила.

Таких астероидов достаточно много уже потому, что астероидов очень много вообще. Если «в семье не без урода», то в очень большой семье уроды могут быть представлены в большом количестве и ассортименте. Начнем со странных орбит.

Орбита астероида Гидальго лежит так, что в перигелии он приближается к Солнцу ближе Марса, зато в афелии удаляется значительно дальше Юпитера, почти до орбиты Сатурна. Орбита Гидальго больше похожа на кометную, чем на астероидную. Маленький (не более 1 км) астероид Икар едва заходит в афелии за орбиту Марса, зато в перигелии приближается к Солнцу до расстояния в 28 млн км, то есть ближе Меркурия, и разогревается так, что даже начинает слегка испускать собственное (а не отраженное) излучение в оптическом диапазоне. Астероид Бетулия имеет замечательно большое наклонение плоскости орбиты к эклиптике: 52°. Опять-таки у Икара эксцентриситет орбиты очень велик: 0,83, тогда как его среднее значение для астероидов всего 0,15.

Многие астероиды обнаруживают колебания блеска с периодом порядка нескольких часов. Они наблюдаются у Цереры, Юноны, Гебы, Астреи, Ирис и многих других. Сравнительно небольшие колебания могут свидетельствовать, например, о том, что поверхность астероида имеет неодинаковое альбедо, проще говоря, покрыта кое-где темными или светлыми пятнами. Но некоторые небольшие астероиды, среди которых выделяется Эрос, обнаруживают значительные колебания блеска. У Эроса они доходят до полутора звездных величин, что как-никак означает разницу в 4 раза! Впрочем, это не слишком удивительно: астероиды вращаются (обычно в ту же сторону, в какую движутся по орбите), а малые тела не способны принять форму гидродинамического равновесия. Следовательно, астероиды, кроме самых крупных, представляют собой довольно бесформенные обломки. Их образовалось предостаточно, когда первые 36 планетоидов были раздроблены при взаимных столкновениях. Среди малых астероидов просто по теории вероятностей должны быть тела с очень неправильной формой, каковая и проявляется для земного наблюдателя в виде более или менее периодических изменений блеска.

Эрос – одно из таких тел. Этот небольшой астероид был открыт в 1898 году. Еще до космической эры астрономы определили его приблизительные размеры и форму: грушевидная, 38 на 16 км. Более точные сведения мог принести или значительный по апертуре космический телескоп, не зависящий от капризов атмосферы, или посылка к Эросу космического аппарата. Второе, конечно, предпочтительнее: если «увидеть во сто раз лучше, чем услышать», то увидеть с близкого расстояния – еще лучше, а уж «пощупать» – наверняка во сто раз лучше, чем увидеть. Эту задачу триумфально выполнил космический зонд NEAR.

Рис. 63. Астероид Матильда

По пути к Эросу зонд сфотографировал астероид Матильда (рис. 63), отличающийся аномально малой плотностью (лишь чуть выше плотности воды) и состоящий, по-видимому, из пористых пород, а вот с приближением к Эросу поначалу вышла неувязка: из-за сбоев в системе ориентации зонд прошел в 3000 км от цели. Казалось, что программа NEAR если и не потерпела полный крах, то во всяком случае принесла гораздо меньше пользы, чем предполагалось. Однако вскоре было найдено решение: потратить часть топлива, предназначенного для маневров возле астероида, на то, чтобы пустить зонд по новой траектории и вновь сблизить его с Эросом. Попытка удалась, и спустя 13 месяцев, 14 февраля 2000 года, NEAR вышел на орбиту вокруг астероида (рис. 64).

Эрос оказался продолговатым телом сложной формы размером 33 × 13 × 13 км. Зонд передал на Землю громадный – в 10 раз больше запланированного – объем информации. Отчасти это было связано с дерзким, почти авантюрным решением: истратить остатки топлива, чтобы мягко посадить аппарат на поверхность астероида. Надо заметить, что зонд совершенно не предназначался для посадки…

Рис. 64. Астероид Эрос

Однако удача улыбнулась специалистам из НАСА. 13 февраля 2001 года зонд коснулся поверхности Эроса на скорости 1,5 м/с и остался цел. Гамма-спектрограф зонда начал собирать данные прямо с поверхности, что на порядок точнее, чем с орбиты. Кроме того, были получены снимки поверхности Эроса с разных высот – последний был сделан с высоты 120 м. Посадка и затевалась, собственно, ради получения снимков высокого разрешения (рис. 65), а уж выдержит ли аппарат посадку, нет ли – не знал никто.

Рис. 65. Поверхность Эроса

К счастью, все обошлось благополучно, и копилка человеческих знаний о Солнечной системе несколько пополнилась.

Удивительна сглаженная форма астероида – явного обломка. Странны образования, названные «прудами», – плоские участки на дне кратеров, образованные рыхлым материалом. Реголит в «прудах» ведет себя подобно жидкости: его поверхность всегда строго перпендикулярна вектору силы тяжести в данном месте. Текучесть реголита на небольшом астероиде оказалась большим сюрпризом.

Впрочем, ни Эрос, ни Матильда не были первым астероидом, сфотографированным с близкого расстояния. Первым стал астероид Гаспра, сфотографированный 29 октября 1991 года автоматической межпланетной станцией «Галилео» с расстояния 16 тыс. км (рис. 66). Разрешение на фото – порядка 60-100 м. Хорошо видно, что Гаспра является неправильным телом (с наибольшим поперечником около 16 км), несущим на себе следы ударов мелких астероидов и также сглаженным. Тот же «Галилео» 28 августа 1993 года прошел мимо Иды – более крупного астероида размером 53 на 28 км (рис. 67, 68). Ида преподнесла сюрприз: у нее оказался маленький (1,5 км) спутник Дактиль. Вообще говоря, наличие у некоторых астероидов спутников предполагалась уже давно, так как колебания блеска некоторых астероидов очень уж напоминали колебания блеска затменно-переменных звезд. В 1978 году был косвенно открыт спутник астероида Геркулина. Позднее были открыты спутники у астероидов Сильвия и Камилла. Но до миссии «Галилео» Ида ни в чем подобном не подозревалась…

Кстати уж. Наблюдения последних лет показали, что встречаются – в виде исключения, конечно, – не только астероиды со спутниками или пары близко расположенных астероидов примерно равного размера, обращающиеся вокруг общего центра массы, но и контактно-двойные астероиды. Эти тела попросту лежат друг на друге; происхождение таких пар – пока еще загадка. К ним, по-видимому, относится, например, периодически сближающийся с Землей астероид Тоутатис.

Рис. 66. Астероид Гаспра

Рис. 67. Астероид Ида со спутником Дактиль

Рис. 68. Сравнительные размеры Матильды, Иды, Эроса и Гаспры

Вообще с внешним видом небольших астероидов получается нечто странное. Они представляют собой отнюдь не ощетинившиеся скалами-бивнями тела сложной формы, как в голливудском фильме «Армагеддон», а этакие картофелины со сглаженными выступами. Невозможно предположить, чтобы в результате соударений и дробления более крупных тел получались не угловатые, а «окатанные» обломки. Не менее трудно предположить, что острые углы постепенно сгладились под действием собственной, весьма слабой гравитации небольших астероидов. Создается впечатление, что «шлифующие» соударения происходили при очень малых относительных скоростях, но как такое могло быть – не вполне понятно. Практически все гипотезы, предложенные для объяснения этого феномена, весьма уязвимы для критики.

16 июля 2011 года на орбиту вокруг Весты вышел космический аппарат Dawn («Утренняя заря»). Переданные им снимки (рис. 69) подтвердили сделанный ранее вывод о том, что Веста, во-первых, не вполне шарообразна (578 на 560 на 458 км), а во-вторых, вращается с периодом 5,342 часа.

Рис. 69. Астероид Веста

На поверхности Весты обнаружены кратеры до 150 км диаметром и до 7 км глубиной и борозды. Самый же крупный кратер, получивший имя Рея Сильвия, попросту чудовищен: 460 км в поперечнике, то есть практически равен поперечнику планеты! Неясно, как Веста смогла уцелеть после удара, оставившего такой кратер. Возможно, этим ударом и объясняется не вполне шарообразная форма Весты. Однако, несмотря на форму, нет сомнений в том, что благодаря гравитационной дифференциации Веста имеет железо-никелевое ядро, окруженное мантией из горных пород.

В 2015 году Dawn должен долететь до Цереры и заняться ее изучением. Будем ждать…

Недавно выяснилось, что ни Веста, ни Церера не одиноки на своих орбитах: по тем же примерно траекториям обращается вокруг Солнца целое сообщество: 51 астероид на орбите Цереры и 44 на орбите Весты. Вероятно, не все из этих тел еще выявлены. Моделирование показывает, что эти тела могут оставаться на данных орбитах миллиарды лет. Вспомните, что говорилось выше о резонансах.

Говоря об астероидах, трудно обойти молчанием фильмы, подобные «Армагеддону», сколь занимательные по сюжету, столь же и вопиющие в смысле научной недостоверности. Конечно, показанный в фильме астероид может существовать лишь в чьем-то воспаленном воображении. Но может ли астероид упасть на Землю?

Еще как может. В геологической истории Земли остались следы падения довольно крупных космических тел. Что до метеоритов (о них мы поговорим в следующей главе), являющихся обломками астероидов, то они падают на Землю довольно часто. Но, оставив пока в покое сталкивающуюся с Землей космическую мелочь, поговорим о более крупных телах.

Всякий, кто видел в телескоп или мощный бинокль лунные кратеры, может убедиться в том, что наш естественный спутник буквально избит метеоритами. Полезно еще раз напомнить: диаметр метеоритного кратера как минимум на порядок больше размера метеорита, породившего кратер. Если выстрелить пулей в какую-нибудь ровную рыхлую поверхность (например, песчаную), то в результате всегда получится более или менее круглая ямка, под каким бы углом пуля ни вошла в песок. И, естественно, диаметр ямки всегда намного больше калибра пули. Стокилометровый кратер может получиться от падения десятикилометрового астероида – или даже еще меньшего, если столкновение произошло на большей скорости. Размеры кратера определяются прежде всего кинетической энергией врезавшегося в поверхность тела (зависящей, как мы помним из школьной физики, от квадрата скорости) и – в меньшей степени – минеральным составом тела и характеристиками пород, принявших на себя удар. Какие же скорости относительно Земли могут иметь астероиды?

Скорость движения Земли по орбите составляет, грубо говоря, 30 км/с. Скорость тела, падающего на Солнце из бесконечно удаленной точки, равна у орбиты Земли, опять-таки грубо говоря, 42 км/с. Если тело движется вокруг Солнца в плоскости земной орбиты по очень сильно вытянутому эллипсу с эксцентриситетом, близким к единице, и проходит перигелий где-то внутри земной орбиты, то его скорость в перигелии не будет сильно отличаться от 42 км/с. Примем это значение.

Стало быть, если такое тело догоняет Землю, то разница их орбитальных скоростей составит всего 12 км/с; если же тело летит строго навстречу, то соударение может произойти на скорости 72 км/с. Разница в энергии удара, как легко подсчитать, составит аж 36 раз. Но! Как мы знаем, астероиды обращаются вокруг Солнца в ту же сторону, что и Земля. Кроме того, астероиды в подавляющем большинстве не имеют сильно эксцентричных орбит, их афелии расположены не на бесконечности, а что касается «кентавров», то они не залетают во внутренние области Солнечной системы. Поэтому мы будем правы, если примем, что скорость удара астероида о Землю не превысит 30 км/с.

Тоже, согласитесь, немало. К тому же распределение астероидов по размерам чисто максвелловское: чем они мельче, тем их больше. Нет никаких сомнений в том, что число астероидов с поперечником свыше 1 км значительно превышает 100 тыс.

Еще меньших тел – многие миллионы. Это естественно. Распределение Максвелла вообще чрезвычайно характерно как для природы, так и для человеческого общества: например, ему подчиняется статистика банковских вкладов, численность вида животных в зависимости от среднего размера особи и т. д. Словом, у нас гораздо больше шансов столкнуться с малым астероидом, нежели с большим.

Тут обычно вспоминают Тунгусский метеорит. О нем написано столько всего, в том числе ненаучных фантазий, что приличность самой темы выглядит несколько сомнительной в порядочном обществе. Однако факт есть факт: произошел мощнейший взрыв. Если он действительно был вызван метеоритом, то, согласно расчетам, данный метеорит представлял собой каменное тело поперечником примерно 50 метров. Такое тело уже можно назвать астероидом. По всей видимости, в Солнечной системе миллиарды подобных тел. Результаты столкновения Тунгусского метеорита с Землей 30 июня 1908 года широко известны: воздушный взрыв, вывал леса на расстоянии до нескольких десятков километров от эпицентра (рис. 70), разрушения в небольшом поселке, отстоящем от места взрыва на 60 км, явственные следы термического воздействия на стволы деревьев, 20-километровый столб дыма и т. д. Однако экспедиция Л. А. Кулика обнаружила лишь несколько небольших, заполненных водой кратеров в болотистой почве, а также тектиты (остывшие капли расплавленного песка) и следы никелистого железа. Никаких осколков метеорита не было найдено. Они не найдены и по сию пору, несмотря на почти ежегодные экспедиции, в связи с чем возникает вопрос: а было ли тунгусское тело вообще астероидом? Ответа пока нет.

Как бы то ни было, Тунгусский метеорит ясно показал, что бывает, когда с Землей сталкивается космическое тело размером с многоэтажный дом. Остается только радоваться, что это тело «догадалось» упасть в глухой «ненаселенке», где не наделало больших бед. Были люди, сбитые с ног взрывной волной и получившие ушибы, один эвенк сломал при падении руку, погибло много оленей, но жертв среди людей вроде бы не было – хотя кто может поручиться за каких-нибудь таежных охотников-аборигенов? Кто в те годы считал беспаспортных детей природы?

Рис. 70. Вывал леса вблизи места взрыва Тунгусского метеорита

Вернемся к телам, которые наверняка были астероидами и которые оставили заметные следы на теле Земли. Широко известен Аризонский метеоритный кратер, известный также как Овраг Дьявола (рис. 71). Эту почти круглую воронку диаметром 1200 и глубиной до 180 м выбил в пластах известняка и песчаника железо-никелевый метеорит поперечником около 60 м, столкнувшийся с Землей на скорости порядка 20 км/с. Такое тело мы тоже можем считать маленьким астероидом. Его падение произошло около 50 тыс. лет назад. Удивительно, однако, что у индейцев навахо существовала легенда о том, что некогда в тех местах спустился с неба бог на огненной колеснице. Казалось бы, в те времена никаких людей на территории Северной Америки еще не было. И тут одно из трех: либо мы недооцениваем способность наших предков совершать далекие путешествия, либо оценка возраста кратера неверна, либо (что скорее всего) пресловутая огненная повозка – просто деталь мифа, выдуманная для пущего воздействия на слушателей и случайно совпавшая с тем, что имело место на самом деле: огненный шар с дымным хвостом, грохот, дрожь земли и т. д.

Рис. 70. Аризонский метеоритный кратер

Овраг Дьявола был открыт белыми людьми лишь в 1891 году, а в 1906 году было доказано его метеоритное (а не вулканическое или карстовое) происхождение. Кратер окружен валом высотой до 45 м. Вал состоит из мощных каменных пластов известняка и песчаника, разломанных и местами поставленных торчком. Дно кратера заполнено обломками и «горной мукой» – тончайшей пылью из раздробленных пород. В самом кратере, на его валу и на расстоянии до нескольких километров были найдены тысячи кусков ржавого метеоритного железа. Проведенное в 1927 году бурение показало, что основное тело метеорита лежит под южным валом кратера на глубине свыше 400 м. Были проекты его разработки как железо-никелевого месторождения, но оказалось, что в коммерческом плане игра не стоит свеч: не столь уж велика эта масса никелистого железа…