Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра

3.1. Историческое введение

В данной главе рассмотрены сведения об астероидах как об источнике астероидно-кометной опасности.

Наряду с кометами и метеороидами, астероиды, или малые планеты, относят к малым телам Солнечной системы. В отличие от больших планет, известных с глубокой древности, история их открытия и изучения едва превышает двести лет. Иоганн Кеплер, открывший законы движения планет, в самом конце XV в. обратил внимание на непропорционально большое расстояние между орбитами Марса и Юпитера по сравнению с расстояниями между орбитами других известных в то время планет. Он заподозрил существование в этом месте неизвестной планеты. В середине XVIII в. сначала И. Тициус, а затем И. Боде сформулировали правило планетных расстояний, согласно которому расстояния от планет до Солнца возрастают в определенной закономерности. В соответствии с ней в промежутке между Марсом и Юпитером на расстоянии 2,8 а.е. от Солнца должна была существовать планета. После открытия в 1781 г. У. Гершелем ранее неизвестной планеты Уран, расположенной за Сатурном на расстоянии от Солнца, соответствующем правилу Тициуса – Боде, уже мало кто сомневался в его справедливости. Убежденность была столь велика, что осенью 1800 г. решено было организовать отряд «небесной полиции» для поимки неизвестной планеты.

Но реальные события опередили планы. В ночь на 1 января 1801 г. сицилианский астроном Дж. Пиацци, до которого известие о его включении в состав «небесной полиции» еще не успело дойти, обнаружил на небе новое небесное тело, которое не значилось в выверяемом им звездном каталоге. Перемещение тела относительно звезд указывало на его принадлежность к Солнечной системе, и Пиацци решил, что он открыл новую комету. Но дальнейшие наблюдения показали, что «комета» не обнаруживает характерной для этого типа тел туманной оболочки (комы). Пиацци стал догадываться, что он открыл нечто более значительное. Он продолжал наблюдения за новым телом до 10 февраля, после чего прекратил их по причине болезни. Посланные им сообщения другим астрономам о новом открытии достигли их с опозданием из-за военных действий в Италии. Время было упущено, и тело уже стало невозможно наблюдать из-за того, что оно приблизилось к Солнцу до малого углового расстояния.

Между тем, первые же попытки определить орбиту нового тела по наблюдениям Пиацци показали, что оно движется на среднем расстоянии от Солнца около 2,8 а.е., что в точности соответствовало значению большой полуоси для неизвестной планеты согласно правилу Тициуса – Боде. Недостающая планета была открыта и тут же потеряна! Предстояло вновь охотиться за ней после того, как она станет доступной для наблюдений уже по другую сторону Солнца. Задача предвычисления положения планеты по наблюдениям Пиацци была блестяще решена молодым математиком и астрономом К. Ф. Гауссом, который разработал с этой целью метод определения орбиты по трем положениям небесного тела. По вычисленной Гауссом эфемериде потерянная планета была вновь найдена, спустя ровно год после ее открытия.

Пиацци назвал открытую им планету Ceres Ferdinandea (Церера Фердинандова) в честь древнеримской богини, небесной покровительницы Сицилии Цереры и короля Неаполитанского и Сицилии Фердинанда, но исторически за новой планетой закрепилась только первая часть имени.

Сопоставляя блеск Цереры и расстояние до нее с этими величинами для других планет, можно было заключить, что ее размеры много меньше, чем у прочих известных планет. Но закон планетных расстояний не накладывал ограничений на их размеры. Главное, что «пропущенная» планета была найдена и порядок в Солнечной системе восторжествовал. Но уже через три месяца после повторного обнаружения Цереры немецкий астроном Г. Ольберс открыл еще одну планету, названную Палладой, которая, по вычислениям Гаусса, двигалась по орбите на расстоянии от Солнца, очень близком к орбите Цереры, но имела большой наклон орбиты к эклиптике. Ольберс высказал догадку, что обе планеты являются обломками одной некогда существовавшей планеты, распавшейся на части по какой-то причине. Это предположение, казалось, получило подтверждение, когда в 1804 г. немецкий астроном К. Гардинг, а в 1807 г. сам Ольберс открыли еще две небольшие по размеру планеты – Юнону и Весту, орбиты которых также располагались между Марсом и Юпитером.

По предложению Гершеля, вновь открытые тела стали называть астероидами, то есть звездоподобными, поскольку в телескопы невозможно было рассмотреть у них характерные для планет диски, но наряду с этим в научной литературе для нового класса тел Солнечной системы продолжали использовать термин «малые планеты».

Только через 38 лет была открыта следующая по счету малая планета – Астрея. Но после нее новые малые планеты стали открывать практически ежегодно. Этому способствовало появление новых более точных и более подробных звездных карт. К 1850 г. было открыто уже 13 малых планет, движущихся в той же области пространства между Марсом и Юпитером. Открытие новых планет привлекало много внимания астрономов и широкой публики, их тщательно и подолгу наблюдали, орбиты вычислялись по большому числу наблюдений. Открытые планеты сразу получали имена. Но уже с середины XIX в. новым планетам стали присваивать сначала порядковые номера, а затем уже названия. По мере того как число открытий росло, следить за малыми планетами становилось все труднее. В 1869 г. открытая малая планета впервые оказалась потерянной, так как для нее не сумели вычислить орбиту из-за недостаточного количества наблюдений. Впоследствии такие случаи стали повторяться все чаще и чаще. Особенно они участились после 1891 г., когда для наблюдений малых планет стал применяться фотографический метод. Количество обнаруживаемых новых тел вследствие этого резко возросло и следить за всеми оказалось практически невозможно. Ввиду этого вновь открытым телам стали присваивать сначала лишь предварительные обозначения и лишь потом, если удавалось продолжить наблюдения и определить орбиту, планета получала номер.

До 1925 г. не существовало общепринятой системы предварительных обозначений малых планет, что вносило путаницу при использовании наблюдений. В 1925 г. Э. Боуэр предложил систему предварительных обозначений малых планет, которая используется до наших дней. Остановимся на ней подробнее.

Обозначение астероидов. Предварительное обозначение состоит из номера года открытия малой планеты и двух букв латинского алфавита, которые могут сопровождаться однозначным или многозначным индексом. Первая буква соответствует номеру «полумесяца», в котором произошло открытие. Так, планеты, открытые с 1 по 15 января, имеют в предварительном обозначении первую букву A, планеты, открытые с 16 по 31 января, имеют первую букву B и т. д. Так как число полумесяцев в году равно 24, а в латинском алфавите 26 букв, то принято в предварительных обозначениях в качестве первой буквы не использовать буквы I и Z (табл. 3.1).

Вторая буква предварительного обозначения присваивается планете в порядке открытия в данном полумесяце (точнее говоря, в порядке поступления сообщения об ее открытии в центр, ведающий присвоением предварительных обозначений малым планетам). При этом исключается только буква I. Таким образом, 25-я малая планета, открытая во второй половине сентября 2004 г., получила предварительное обозначение 2004 SZ. Дальнейшие 25 открытий в данном полумесяце получили предварительные обозначения, в которых вторая буква cнова пробегает значения от A до Z (исключая I), но теперь она сопровождается индексом 1.

Если число открытий превышает 50, то вторая буква кода опять циклически меняется, но теперь она сопровождается индексом 2 и т. д. В настоящее время, когда в течение полумесяца предварительные обозначения могут получить несколько тысяч объектов, нередко встречаются предварительные обозначения, в которых вторая буква сопровождается трехзначными индексами, например 2002 T C₃₀₂ (часто пишут T C302).

Таблица 3.1. Кодировка предварительных обозначений малых планет в зависимости от времени их открытия

Наблюдение астероидов. Периодом, наиболее удобным для наблюдения обычной малой планеты, орбита которой располагается между орбитами Марса и Юпитера, является ближайшая по времени окрестность ее оппозиции с Солнцем, когда геоцентрические долготы планеты и Солнца различаются на 180°. В окрестности оппозиции малая планета оказывается на минимальном в данном году расстоянии от Земли и потому ее блеск максимален. Угол фазы (угол между направлением из центра планеты на Солнце и на Землю) при этом близок к минимальному, и планета кульминирует около полуночи. По мере увеличения углового расстояния планеты от точки оппозиции в обе стороны условия для наблюдений постепенно ухудшаются вплоть до полной невозможности продолжения наблюдений. В зависимости от среднего движения малой планеты и эксцентриситета орбиты ее оппозиции следуют одна за другой в среднем с интервалами 14–17 месяцев. В настоящее время в силу широкого использования экваториальных координат для малых планет термин «оппозиция» понимается в смысле «оппозиция по прямому восхождению», но сказанного выше это практически не затрагивает.

Для того чтобы иметь возможность наблюдать малую планету в последующих после ее открытия оппозициях, необходимо заранее предвычислить ее положения на небе для ряда моментов времени, т. е. вычислить ее эфемериду. Эфемерида вычисляется на основе элементов орбиты, найденных по имеющимся наблюдениям. Знание элементов орбиты никогда не бывает абсолютно точным, поскольку элементы определяются по наблюдениям, обремененным случайными и систематическими ошибками. Ошибки элементов орбит возникают также из-за недостаточного учета возмущений, оказывающих влияние на движение малой планеты. В результате эфемерида не вполне точно предсказывает реальные положения тела, которое в силу этого может быть не найдено или неправильно отождествлено. Но даже если тело будет найдено, орбита его может нуждаться в исправлении с учетом

разностей между наблюденными и предвычисленными положениями. Слежение за большим числом открытых малых планет, а их число к началу XX в. приблизилось к 500, являлось, таким образом, весьма трудоемкой задачей, требующей определенной международной организации и разделения труда. Возникла необходимость создать международную службу малых планет, в задачи которой входили бы сбор и публикация наблюдений малых планет, присвоение вновь открываемым телам предварительных обозначений, а затем постоянных номеров и названий, если их орбиты определены достаточно надежно, регулярное исправление элементов орбит на основе новых наблюдений, вычисление эфемерид малых планет на предстоящие оппозиции и их публикация. Во втором десятилетии XX в. такая служба была создана на базе Вычислительного института в Берлине, который и ранее активно работал в этой области. Начиная с 1915 г. Вычислительный институт стал издавать ежегодник «Kleine Planeten», в котором публиковались эфемериды всех занумерованных малых планет, имеющих оппозицию в очередном году, а также элементы орбит занумерованных планет и их названия. Работа по уточнению орбит и вычислению эфемерид была организована на кооперативных началах. В этой работе активное участие принимал созданный в 1919 г. в Петрограде Вычислительный институт, который позже был преобразован в Астрономический институт.