小惑星の初発見。 天文学者はさらに2つの双曲小惑星を発見した

PAN-STARRSプロジェクトの天文学者らは、2019年9月に木星と土星の軌道の間を飛行し、太陽に最接近する史上2番目の星間天体を発見した。 これは有名な天文学者ロン・バールケによって報告されました。
「この天体が本物の星間小惑星ではない可能性は十分にあります。木星との重力相互作用の結果、同じような軌道にたどり着いた可能性があります。一方で、これらの相互作用が起こった場合、それが軌道を変えた可能性が最も高いです」近い将来、境界太陽系を離れるであろう星間天体に到達するだろう」と、ハワイ（米国）のジェミニ天文台の惑星科学者ミーガン・シュワンブ氏は今回の発見についてコメントした。
昨年10月中旬、自動望遠鏡Pan-STARRS1が最初の「星間」天体を発見した。 この天体は従来「彗星」と呼ばれ、暫定名「C/2017 U1」が与えられていた。 数十台の地上望遠鏡と軌道望遠鏡がそれを監視し始めました。
「彗星」が地球近傍空間を離れる前に、科学者たちは多くの写真を撮りました。 その物理的特性を研究することも可能でした。 後者は、この物体が彗星というよりも小惑星であることを示しました。 1I/2017 U1 と改名され、後にハワイ先住民の言語で「スカウト」を意味する「オウムアムア」という名前が付けられました。
「疑わしい」軌道を持つ新天体
バールケ氏がマイクロブログで述べているように、ほぼ同時に、プロジェクト参加者は「疑わしい」軌道を持つ別の天体を観察し始めた。 彼には一時的な名前 A/2017 U7 が与えられました。 オウムアムアの場合と同様、この小惑星は異常な移動軌道により天文学者の注目を集めました。その軌道は太陽系の他の部分の「パンケーキ」に対して大きく傾いています。 これにより、自動望遠鏡からの視認性が高くなりました。
この小惑星は2019年9月10日に太陽に接近する予定です。 専門家によると、この日、この物体は木星と土星の軌道の間を通過し、その後太陽系を離れる予定だという。 しかし、すべての科学者が A/2017 U7 が星間天体であると信じているわけではありません。 一部の天文学者は、これがオールトの雲の「居住者」であると示唆しています。 私たちは、太陽系のはるか郊外にある宇宙「建築資材」の集積場について話しています。 おそらく、その物体は近隣の惑星や巨大惑星との重力相互作用の結果、そこから投げ出されたのでしょう。
さらに、彼は太陽系を離れるのではなく、太陽への帰還の旅を始める可能性があります。 科学者の中には、恒星から1万8000～20000天文単位離れた後にこれが起こる可能性があると考えている人もいる。 これは星と地球の間の平均距離であり、オールトの雲の境界に正確に対応します。 このバージョンは、小惑星の異常な速度と飛行方向によっても裏付けられています。
2月上旬、天文学者らは別の同様の天体、小惑星A/2018 C2を発見した。 同様の軌道を移動しますが、その「いとこ」である A/2017 U7 よりも太陽と地球に近づくことになります。 2018年6月には火星に接近し、世界中の科学者が観測する予定だ。

物理学の観点から見ると、小惑星、または小惑星とも呼ばれる小惑星は、星空の写真では星と区別がつかないほど密度が高く丈夫な天体です (大きな惑星には目立つ円盤があります)。 組成と特性に基づいて、石、鉄石、鉄の 3 つのグループに分類できます。 小惑星は冷たい天体です。 しかし、月と同じように太陽光を反射するため、星型の物体の形で観察することができます。 これが、ギリシャ語で星型を意味する「小惑星」という名前の由来です。 小惑星は太陽の周りを移動するため、星に対する小惑星の位置は常に、そして非常に急速に変化します。 この最初の兆候に基づいて、観測者は小惑星を発見します。

小惑星の発見

19世紀の最初の夜（1801年1月1日）、パレルモのピアッツィは星の位置のカタログを編纂するために、星の座標の系統的な測定を熱心に行っていました。 次の夜、ピアッツィは確認のための観測を繰り返しながら、観測した暗い星の 1 つ (7 等) が、前日に記録したのと同じ座標を持っていないことに気づきました。 ３日目の夜、間違いはなかったが、この星はゆっくりと動いていることが判明した。 ピアッツィは新しい彗星を発見したと判断した。 ピアッツィ自身は、病気で倒れて観察が中断されるまで、6週間にわたり自分の発光体を注意深く監視していましたが、ピアッツィ自身も宇宙で発見した発光体の軌道を推測することができませんでした。 病気の後、ピアッツィは再び夜に望遠鏡の前に座るようになりましたが、もはや自分の発光体を見つけることができませんでした。 ピアッツィは発見を完了することができなかったが、他の天文学者に自分の観測内容を説明し、発見して行方不明になった著名人を探すよう依頼する手紙を送ることを余儀なくされた。 観察者たちは数学者のガウスの協力を得ました。 ガウスはすぐに計算に取り掛かり、11月に惑星の軌道の要素と、将来、地球から惑星が見えるはずの空の位置を発表した。 ガウスの計算により、ピアッツィが発見したのは彗星ではなく、火星と木星のちょうど間で太陽の周りを周回する惑星であることが判明した。 新しく発見された惑星ファミリーのメンバーを何と呼ぶべきかという問題について、ピアッツィではないにしても最初に発言したのは誰でしょうか? そしてピアッツィは彼女にローマ時代のシチリア島の守護女神ケレスと名付けたいと考えました。 これにより、ピアッツィは科学的研究を成功裏に遂行したこの地域に敬意を表し、同時に「そのスタイルを維持した」と述べた。というのは、ピアッツィはこの惑星の名前をローマ神話の神々と同じホストから取ったからである。他の惑星の名前は古代に描かれました。 (小惑星には最初ローマ神話とギリシャ神話の英雄の名前が与えられ、その後発見者は自分の名前であっても何でも呼ぶ権利を与えられました。最初は女性の名前だけが与えられました。異常な軌道を持つ小惑星だけが男性の名前を与えられました) (例: 水星よりも太陽に近づくイカロス) その後、この規則は観察されなくなりました。すべての小惑星に名前が付けられるわけではありませんが、多かれ少なかれ信頼性の高い計算された軌道があるもののみです。小惑星には発見から数十年後に名前が付けられ、軌道が計算されるまで、その小惑星には発見日を反映したシリアル番号 (例: DA 1950) が割り当てられます。 最初の文字は小惑星が発見された年の三日月の番号なので全部で24個あり、この例では2月後半です。 2 番目の文字は、指定された三日月内の小惑星のシリアル番号を示します。この例では、小惑星が最初に発見されました。 三日月が 24 個、文字が 26 個あるため、I と Z の文字は使用されません。文字 I は単位と類似しているため使用されません。 三日月中に発見された小惑星の数が 24 を超えた場合、それらは再びアルファベットの先頭に戻り、次の戻り時にインデックス 2 を 2 番目の文字に割り当てます - 3 など。 小惑星は年間に数百個発見されることもあります。 明るい小惑星とその観測条件については天文暦で調べることができます。）

ケレスは常に注目を集めており、天文学者はその経路を観察することで、この経路の近くにある暗い星の位置をよく研究してきました。 1802 年 3 月 28 日、星々の中にケレスが最近見られた場所からそれほど遠くない場所で、オルバースは新しい星に気づき、2 時間以内にその星が隣の星と相対的に移動していることを確信しました。 それは別の惑星の発見のような匂いがしました、そしてガウスはこれが実際に当てはまることを再び示しました。 特に驚くべきことは、2番目のかすかに光る惑星の軌道がケレスの軌道に非常に近いことが判明したことである。 2番目の惑星はパラス（ギリシャ人の戦争、勝利、知恵、科学の女神アテナの別名）と呼ばれました。 小惑星の発見はこれで終わりではありません。 オルバース氏はよく考えた結果、一部の人がたった 1 つの惑星のために提供した太陽系の場所は、実際にはかつて単一の惑星によって占められていたという大胆な考えを表明しました。 オルバース氏によると、ここで発見されたもののうち 2 つは、かつて何らかの大災害によって形成されたその破片だという。 これらの断片はおそらく 2 つもありませんが、多数あるため、残りを探すのは理にかなっています。 かつて火星と木星の間に位置していた惑星が粉々に引き裂かれた場合、その結果生じたすべての破片の軌道は爆発が起こった空間上の点を通過する必要があります。 これはよく知られた力学法則であり、ここでも当てはまります。 もしそうなら、新しい惑星を探して空の広い範囲を歩き回るよりも、ケレスとパラスの軌道が交差する地点を通過するときに横になって待ち構えるほうが簡単です。 オルバース自身も3年間、おとめ座の新しい惑星を辛抱強く待ち続けた。そこではケレスとパラスの軌道の交点が地球から見える。 彼の研究は 1807 年にベスタの発見によって報われました。 しかし、1804 年にハーディングは、くじら座に軌道の 2 番目の交点が位置するジュノーと呼ばれる惑星を発見しました。 このように、発見された4つの破片の軌道はほぼ同じ点で交差していることが判明した。

その後に発見された惑星（木星と火星の間のすべて同じ場所にある）は、最初に発見された 4 つの惑星の軌道が交差した場所を通過しません。 オルバースの仮定が正しかったという最初の印象は、偶然の一致に基づいていることが判明しました...しかし、これらすべてが明らかになったのは、オルバースが第 4 惑星を発見したよりもずっと後でした。 これらの惑星の発見に参加した全員がすでに死亡したとき、5番目の惑星はまだ観察者に発見されませんでした。 ほぼ 40 年後の 1845 年にようやくオープンしました。 これを開設したのは元郵便職員のゲンケさんで、その忍耐力には本当に驚かされます。 15年間という長い間、夕方から夕方まで、彼はセレスとその仲間たちの旅人を探しましたが、毎晩失望をもたらしても、彼の熱意は衰えませんでした。 最初の成功から 2 年後、彼は別の惑星を発見し、その後すぐに同様の惑星の発見が継続的に行われるようになりました。 火星と木星の軌道の間に発見されたすべての惑星は、ギリシャ語で「星のような」を意味する小惑星または小惑星と総称されます。 実際、最も強力な望遠鏡でも、これらの惑星は星のように見えますが、非常に小さいのです。

最大のケレスは直径約 1000 km で、月が地球より小さいのと同じくらい体積が月よりも小さいです。 パラスの直径は約600km、ジュノーの直径は約250km、ベスタの直径は約540kmです。 それらを使用し、さらに世界最高の屈折装置の助けを借りてのみ、人は小さな円盤に気づくことができます。 直径は測定できますが、詳細は確認できません。

小惑星のサイズが小さく、明るさが低いほど、その数は多くなることが判明するため、時間の経過とともに、明るさの低い小惑星はますます少なくなります。 たとえば、1930 年に発見された小惑星の最大数は 14 等で、1938 年には 15 等に近づきました。

小惑星の大きさと質量は、その明るさ（地球と太陽から同じ距離の条件に換算すると）にある程度比例するため、小惑星の分布は、彼らが言うところの「絶対明るさ」に応じて決まります。 （つまり、地球および太陽から 1 天文単位の距離にある小惑星の明るさ）は、その質量による分布を特徴付けます（反射率が同じと仮定して）。

科学者たちは、小惑星を研究することで、惑星が形成された物質についてさらに知りたいと考えています。 すべての天体の中で、地球に影響を与え、地球を災害の脅威にさらすことができるのは、小惑星と彗星だけです。 しかし、そのようなことが実際に起こる可能性は非常に低いです。 人類のかなりの部分が、地震、火山の噴火、病気、飢餓によってはるかに大きな危険にさらされています。

ネイサン・アイスモント
物理・数理科学候補者、主任研究員（ロシア科学アカデミー宇宙研究所）
アントン・レドコフ
研究員（宇宙研究所RAS）
『科学といのち』2015年1号、2015年2号

太陽系は通常、8 つの惑星 (衛星を含む惑星) が回転する空の空間として認識されています。 冥王星が最近割り当てられたいくつかの小さな惑星、小惑星帯、時々地球に落ちる隕石、そして時々空を飾る彗星を覚えている人もいるでしょう。 この考えは非常に公平です。多数の宇宙船はいずれも、小惑星や彗星との衝突によって損傷を受けませんでした。宇宙は非常に広いのです。

しかし、太陽系の膨大な体積には、数十万個や数千万個ではなく、さまざまなサイズと質量の宇宙体が 1,000 兆個 (1 の後に 0 が 15 個続く) 含まれています。 それらはすべて物理法則と天体力学に従って動き、相互作用します。 それらの中には、宇宙のごく初期に形成され、その原始物質で構成されているものもあり、天体物理学研究の最も興味深い対象です。 しかし、非常に危険な天体も存在します。それは、地球との衝突により地球上の生命が滅ぼされる可能性がある大きな小惑星です。 小惑星の危険を追跡し排除することも、天体物理学者にとって同様に重要で刺激的な研究分野です。

小惑星発見の歴史

最初の小惑星は 1801 年にパレルモ (シチリア) の天文台所長ジュゼッペ ピアジによって発見されました。 彼はそれをケレスと名付け、最初は小さな惑星だと考えました。 古代ギリシャ語で「星のような」と訳された「小惑星」という用語は、天文学者ウィリアム・ハーシェルによって提案されました（『サイエンス・アンド・ライフ』2012年第7号、記事「宇宙を2倍にした音楽家ウィリアム・ハーシェルの物語」を参照） ）。 その後 6 年間に発見されたケレスと同様の天体 (パラス、ジュノー、ベスタ) は、惑星の場合には円盤としてではなく、点として見えました。 同時に、恒星とは異なり、惑星のように動きました。 これらの小惑星の発見につながった観測は、「行方不明の」惑星を発見する目的で意図的に行われたことに留意すべきである。 実際のところ、すでに発見されている惑星は、ボードの法則に相当する距離で太陽から離れた軌道上に位置していました。 それによると、火星と木星の間に惑星が存在するはずだった。 知られているように、そのような軌道では惑星は発見されませんでしたが、後に主小惑星帯と呼ばれる小惑星帯がほぼこの領域で発見されました。 さらに、ボードの法則には物理的な根拠はなく、現在は単にある種のランダムな数値の組み合わせであると考えられています。 さらに、その後 (1848 年) に発見された海王星は、海王星と矛盾する軌道上にあることがわかりました。

言及された 4 つの小惑星の発見後、8 年間さらに観測が行われましたが、成功には至りませんでした。 ナポレオン戦争により、天文学者や小惑星ハンターの会合が開催されていたブレーメン近郊のリリエンタールの町が焼失したため、それらは中止された。 観測は 1830 年に再開されましたが、成功は 1845 年に小惑星アストレアが発見されてからでした。 それ以来、小惑星は少なくとも年に 1 つの頻度で発見されるようになりました。 それらのほとんどは、火星と木星の間にある主要な小惑星帯に属しています。 1868 年までにすでに約 100 個の小惑星が発見され、1981 年までに 10,000 個、2000 年までに 100,000 個以上の小惑星が発見されました。

小惑星の化学組成、形、大きさ、軌道

太陽からの距離によって小惑星を分類すると、最初のグループにはバルカノイド (太陽と水星の間にある仮説上の小惑星の帯) が含まれます。 このベルトからの物体はまだ発見されておらず、水星の表面には小惑星の落下によって形成された多数の衝突クレーターが観察されていますが、これはこのベルトの存在の証拠にはなりません。 以前、彼らは水星の運動の異常性を小惑星の存在によって説明しようとしましたが、その後、相対論的効果を考慮することに基づいて説明されました。 したがって、ヴァルカノイドの存在の可能性に関する質問に対する最終的な答えはまだ得られていません。 次に、地球に近い小惑星が 4 つのグループに属します。

メインベルト小惑星火星と木星の軌道の間にある軌道、つまり太陽から 2.1 ～ 3.3 天文単位 (AU) の距離を移動します。 それらの軌道面は黄道の近くに位置し、黄道に対する傾斜は主に最大20度、一部のものでは最大35度に達し、離心率は0から0.35までです。 明らかに、最も大きく最も明るい小惑星が最初に発見されました。ケレス、パラス、ベスタの平均直径は、それぞれ 952、544、525 キロメートルです。 小惑星のサイズが小さいほど、その数は多くなります。平均直径が 120 キロメートルを超えるメインベルト小惑星は、100,000 個のうち 140 個だけです。 すべての小惑星の総質量は比較的小さく、月の質量のわずか約 4% にすぎません。 最大の小惑星であるケレスの質量は 946・10 15 トンです。 この値自体は非常に大きいように思えますが、月の質量（735・10 17 トン）の 1.3% にすぎません。 一次近似的に、小惑星の大きさはその明るさと太陽からの距離によって決まります。 しかし、小惑星の反射特性、つまりアルベドも考慮する必要があります。 小惑星の表面が暗い場合、その輝きは少なくなります。 これらの理由から、発見順に図に並べた 10 個の小惑星のリストで、3 番目に大きい小惑星であるハイギアが最下位になっています。

主要な小惑星帯の写真では通常、多くの岩石が互いに非常に接近して移動していることがわかります。 実際、この図は現実とはかけ離れています。一般的に言えば、ベルトの小さな総質量がその大きな体積に分散され、そのため空間はまったく空っぽになっているからです。 これまでに木星の軌道を越えて打ち上げられたすべての宇宙船は、小惑星と衝突する重大な危険もなく小惑星帯を通過しました。 しかし、天文学的な時間の基準に照らせば、小惑星同士や惑星との衝突は、その表面のクレーターの数から判断できるように、もはやそれほどありそうもないことではありません。

トロイの木馬- 惑星の軌道に沿って移動する小惑星。1906 年にドイツの天文学者マックス ウルフによって最初に発見されました。 小惑星は、木星の軌道上で太陽の周りを平均 60 度先行して移動します。 次に、木星の前方を移動する天体のグループ全体が発見されました。

当初、彼らはトロイを包囲するギリシャ人の側で戦ったトロイ戦争の伝説の英雄に敬意を表して名前を付けられました。 木星の前方にある小惑星に加えて、木星の後ろにほぼ同じ角度だけ遅れている小惑星のグループがあります。 彼らはトロイの擁護者にちなんでトロイの木馬と名付けられました。 現在、両グループの小惑星はトロヤ群と呼ばれており、三体問題の安定運動点であるラグランジュ点 L 4 および L 5 付近を移動している。 近くに落ちた天体は、あまり遠くに行かなくても振動運動をします。 理由はまだ説明されていませんが、木星の前方にある小惑星は、遅れている小惑星よりも約 40% 多く存在します。 これは、赤外線範囲で動作する検出器を備えた40センチメートル望遠鏡を使用して、アメリカのNEOWISE衛星によって最近行われた測定によって確認されました。 赤外線範囲での測定は、可視光による測定と比較して、小惑星研究の可能性を大幅に広げます。 その有効性は、NEOWISE を使用してカタログ化された太陽系の小惑星と彗星の数によって判断できます。 その数は 158,000 を超えており、この装置の使命は今も続いています。 興味深いことに、トロヤ群は主要なベルト小惑星のほとんどとは著しく異なっています。 マットな表面、赤褐色をしており、主にいわゆる D クラスに属します。 これらの小惑星はアルベドが非常に低い、つまり表面の反射が弱いです。 同様のものは主ベルトの外側領域でのみ見つかります。

トロイの木馬が存在するのは木星だけではありません。 地球を含む太陽系の他の惑星（金星と水星は除く）にもトロイの木馬が同行し、ラグランジュ点 L 4、L 5 の近くにグループ化しています。 地球のトロヤ群小惑星 2010 TK7 は、ごく最近、2010 年に NEOWISE 望遠鏡を使用して発見されました。 小惑星は地球に先んじて移動しますが、点 L 4 の周りでの振動の振幅は非常に大きくなります。小惑星は太陽の周りを移動する途中で地球の反対側の点に到達し、黄道面から異常に遠くに出ます。

このような大きな振動振幅により、最大2,000万キロメートルまで地球に接近する可能性があります。 しかし、少なくとも今後 20,000 年以内に地球に衝突する可能性は完全に排除されます。 地球のトロヤの動きは、それほど大きな角距離にあるラグランジュ点から離れない木星のトロヤの動きとは大きく異なります。 この運動の性質により、トロイの木馬の軌道が黄道面に対して大きく傾いているため、地球から小惑星に到達して着陸するには非常に高い固有速度が必要となり、したがって大量の燃料が必要になるため、宇宙船によるミッションは困難になっています。消費。

カイパーベルト海王星の軌道の外側にあり、最大 120 天文単位まで広がっています。 太陽から。 黄道面に近く、水の氷や凍ったガスなどの膨大な数の天体が存在し、いわゆる短周期彗星の発生源となっている。 この地域の最初の天体は 1992 年に発見され、現在までに 1,300 個以上の天体が発見されていますが、カイパーベルトの天体は太陽から非常に遠いところにあるため、その大きさを測定するのは困難です。 これは、それらが反射する光の明るさの測定に基づいて行われ、計算の精度は、それらのアルベドの値をどの程度知っているかに依存します。 赤外線範囲での測定は、物体自身の放射線のレベルを提供するため、より信頼性が高くなります。 このようなデータは、最大のカイパーベルト天体についてスピッツァー宇宙望遠鏡によって取得されました。

ベルトの最も興味深いオブジェクトの 1 つは、ハワイの豊饒と出産の女神にちなんで名付けられたハウメアです。 彼は衝突の結果として形成された家族の一員です。 この物体は明らかに半分の大きさの別の物体と衝突したようです。 この衝撃により大きな氷の塊が飛散し、ハウメアは約4時間の周期で回転した。 この素早い回転により、アメリカンフットボールやメロンのような形が生まれました。 ハウメアには、ヒイアカとナマカという2人の仲間が同行しています。

現在受け入れられている理論によると、カイパーベルト天体の約90％は、それらが形成された海王星の軌道を越えた遠方の円軌道を移動している。 このベルトの数十個の天体（太陽からの距離に応じて、小惑星または彗星のいずれかとして現れるため、ケンタウロスと呼ばれます）は、太陽に近い領域で形成され、その後、天王星と海王星の重力の影響が伝達された可能性があります。最大 200 天文単位の遠日点を持つ高楕円軌道に到達します。 そして大きな傾斜。 これらは厚さ 10 天文単位の円盤を形成しましたが、カイパー ベルトの実際の外縁はまだ定義されていません。 最近まで、太陽系外縁部の氷の世界にある最大の天体の例は冥王星とカロンだけだと考えられていました。 しかし、2005年に、別の天体であるエリス（ギリシャの不和の女神にちなんで名付けられた）が発見され、その直径は冥王星の直径よりわずかに小さい（当初は冥王星の直径が10％大きいと考えられていた）。 エリスは近日点が 38 天文単位の軌道上を移動します。 そして遠日点98天文単位。 彼女には小さな仲間、ディスノミアがいます。 当初、エリスは太陽系の10番目（冥王星の次）の惑星とみなされる予定だったが、代わりに国際天文学連合が冥王星を惑星のリストから除外し、冥王星、エリス、冥王星を含む準惑星と呼ばれる新しいクラスを形成した。セレス。 カイパーベルトには直径100キロメートルの数十万個の氷天体と少なくとも1兆個の彗星が存在すると考えられている。 ただし、これらの天体は直径 10 ～ 50 キロメートルと比較的小さく、あまり明るくありません。 太陽の周りの公転周期は数百年であるため、検出は非常に困難です。 直径が 100 キロメートルを超えるカイパーベルト天体は約 35,000 個だけであるという仮定を受け入れると、その総質量は、主要な小惑星帯にあるこのサイズの天体の質量の数百倍になります。 2006 年 8 月、中性子星さそり座 X-1 からの X 線放射の測定データのアーカイブで、小さな天体による日食が発見されたと報告されました。 これは、約 100 メートル以上のカイパー ベルト天体の数が約 10 兆個 (10 15) であると主張する根拠を与えました。 当初、太陽系の進化の初期段階では、カイパーベルト天体の質量は現在よりもはるかに大きく、地球質量の 10 ～ 50 倍でした。 現在、カイパーベルトにあるすべての天体の総質量と、太陽からさらに遠くに位置するオールトの雲は、月の質量よりもはるかに小さいです。 コンピュータモデリングが示すように、70天文単位を超える原始円盤のほぼ全質量。 海王星によって引き起こされた衝突により、ベルト状の物体が粉砕されて塵となり、太陽風によって星間空間に吹き飛ばされました。 これらの天体はすべて、太陽系の形成以来、元の形で保存されていると考えられているため、非常に興味深いものです。

オールトの雲太陽系の最も遠い天体が含まれています。 それは 5 から 100,000 天文単位の距離に広がる球状の領域です。 太陽から放出され、太陽系の内部領域に到達する長周期彗星の発生源と考えられています。 雲自体は 2003 年まで機器によって観測されませんでした。 2004 年 3 月、天文学者のチームは、記録的な距離で太陽の周りを周回している惑星のような物体が発見されたと発表しました。

北極海の深海の住民に命を与えるエスキモーの女神にちなんでセドナと名付けられたこの天体 (2003VB12) は、非常に短時間太陽に近づき、周期 10,500 年の非常に細長い楕円軌道に沿って移動します。 しかし、セドナは太陽に近づいている間でも、高度 55 天文単位にあるカイパーベルトの外側限界には到達しません。 太陽から: その軌道は 76 (近日点) から 1000 (遠日点) 天文単位の範囲にあります。 これにより、セドナの発見者は、セドナがカイパーベルトの外側に恒久的に位置するオールトの雲から最初に観測された天体であると考えることができました。

スペクトル特性に従って、最も単純な分類では、小惑星は 3 つのグループに分類されます。
C - 炭素 (75% 既知)、
S - シリコン (17% 既知)、
U - 最初の 2 つのグループには含まれません。

現在、上記の分類は、新しいグループを含め、ますます拡大および詳細化されています。 2002 年までに、その数は 24 に増加しました。新しいグループの例として、主に金属性小惑星からなる M クラスを挙げることができます。 ただし、小惑星の表面のスペクトル特性に従って小惑星を分類することは非常に困難な作業であることを考慮する必要があります。 同じクラスの小惑星でも、必ずしも同じ化学組成を持つとは限りません。

小惑星への宇宙ミッション

小惑星は小さすぎるため、地上の望遠鏡を使用して詳細に研究することはできません。 レーダーを使用して画像を取得できますが、そのためには地球に十分近くまで飛行する必要があります。 小惑星のサイズを決定するためのかなり興味深い方法は、地球の表面上の直線の星 - 小惑星 - 点に沿った経路に沿ったいくつかの点から小惑星による星食を観察することです。 この方法は、小惑星の既知の軌道を使用して星と小惑星の方向と地球との交点を計算することから構成され、望遠鏡は小惑星の推定サイズによって決定されるこの軌道から一定の距離に設置され、軌道を追跡します。星。 ある時点で、小惑星は星を覆い隠し、観測者の前から消え、そして再び現れます。 シェーディング時間の継続時間と小惑星の既知の速度に基づいてその直径が決定され、十分な数の観測者がいれば小惑星のシルエットを取得できます。 現在、アマチュア天文学者の組織化されたコミュニティがあり、調整された測定を成功裏に実施しています。

小惑星への宇宙船の飛行は、彼らの研究に比類のないほど多くの機会をもたらします。 小惑星 (951 ガスプラ) は、1991 年に木星へ向かう途中のガリレオ宇宙船によって初めて撮影され、その後 1993 年に小惑星 243 アイダとその衛星ダクチルが撮影されました。 しかし、これはいわば偶然に行われたものです。

小惑星研究用に特別に設計された最初の車両は NEAR Shoemaker で、小惑星 253 Matilda を撮影した後、2001 年にエロス 433 の周りの軌道に入り、表面に着陸しました。 着陸は当初計画されていなかったと言わなければなりませんが、衛星の軌道からこの小惑星の探査に成功した後、軟着陸を試みることにしました。 この装置には着陸のための装置が装備されておらず、その制御システムもそのような操作を提供していませんでしたが、地球からの指令に従って装置を着陸させることは可能であり、そのシステムは地上で機能し続けました。 さらに、マチルダのフライバイにより、一連の画像を取得できるだけでなく、軌道の乱れから小惑星の質量を決定することも可能になりました。

副次的課題として (主な課題を実行しながら)、ディープ スペース探査機は 1999 年に小惑星 9969 ブライユを探査し、スターダスト探査機は小惑星 5535 アンナフランを探査しました。

2010年6月、日本の装置はやぶさ（「鷹」と訳される）の助けにより、地球近傍小惑星（アポロ）に属する小惑星25 143 イトカワの表面から土壌サンプルを地球に持ち帰ることができた。スペクトルクラスS（シリコン）。 この小惑星の写真には、多くの岩や丸石が存在する険しい地形が示されており、そのうちの1,000個以上は直径5メートルを超え、中には最大50メートルの大きさのものもあります。 次回はこのイトカワの特徴に戻ります。

2004年に欧州宇宙機関がチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星に向けて打ち上げたロゼッタ宇宙船は、2014年11月12日にフィラエモジュールを無事に核に着陸させた。 その途中で、この装置は 2008 年に小惑星 2867 シュタインズ、2010 年に小惑星 21 ルテティアのフライバイを実行しました。 この装置の名前は、エジプトのナポレオン軍兵士がナイル川フィラエ島の古代都市ロゼッタ近くで発見した石 (ロゼッタ) に由来し、着陸モジュールの名前の由来となっています。 石には古代エジプト語と古代ギリシャ語の 2 つの言語で文字が刻まれており、象形文字の解読という古代エジプト文明の秘密を解く鍵となった。 歴史的な名前を選択することで、プロジェクト開発者は、太陽系の起源と進化の秘密を明らかにするというミッションの目標を強調しました。

フィラエモジュールが彗星の核の表面に着陸したとき、それは太陽から遠く離れていたため活動していなかったので、このミッションは興味深いものです。 太陽に近づくにつれて、核の表面が加熱され、ガスや塵の放出が始まります。 これらすべてのプロセスの発展は、イベントの中心で観察できます。

NASA プログラムの下で実施されている進行中のドーン ミッションは非常に興味深いものです。 この装置は2007年に打ち上げられ、2011年7月に小惑星ベスタに到着し、その後衛星軌道に移されて2012年9月までそこで研究が行われた。 現在、この装置は最大の小惑星であるケレスへ向かっています。 低推力電気ロケットイオンエンジンを搭載しています。 作動流体 (キセノン) の流量によって決まるその効率は、従来の化学エンジンの効率よりもほぼ 1 桁高いです (「サイエンス アンド ライフ」1999 年第 9 号、記事「宇宙電気機関車」を参照) 。 これにより、ある小惑星の衛星の軌道から別の小惑星の衛星の軌道まで飛行することが可能になりました。 小惑星ベスタとケレスは、主小惑星帯のかなり近い軌道を移動し、小惑星帯内で最大のものですが、それらの物理的特徴は大きく異なります。 ベスタが「乾燥した」小惑星だとすれば、地上での観測によれば、ケレスでは水、季節限定の水氷の極冠、さらには非常に薄い大気の層さえも発見されている。

中国は嫦娥宇宙船を小惑星4179タウタティスに送り込み、小惑星研究にも貢献している。 彼はその表面の一連の写真を撮りましたが、最短飛行距離はわずか 3.2 キロメートルでした。 ただし、最高の写真は 47 キロメートル離れた場所で撮影されました。 画像は、この小惑星が長さ4.6キロメートル、直径2.1キロメートルという不規則な細長い形をしていることを示している。 小惑星の質量は 500 億トンですが、その非常に興味深い特徴は密度が非常に不均一であることです。 小惑星の体積の一部の密度は 1.95 g/cm 3 で、もう 1 つの部分は 2.25 g/cm 3 です。 この点に関して、タウタティスは 2 つの小惑星の結合の結果として形成されたことが示唆されています。

近い将来の小惑星ミッションプロジェクトに関しては、日本の航空宇宙庁が出発点となる。同庁は、小惑星1999 JU3の土壌サンプルを地球に持ち帰るために、2015年のはやぶさ2探査機の打ち上げに向けて研究プログラムを継続する予定である。 2020年に。 この小惑星はスペクトルクラス C に属し、地球の軌道と交差する軌道上にあり、その遠日点は火星の軌道にほぼ達しています。

1 年後、つまり 2016 年に NASA オシリス・レックス プロジェクトが開始されます。その目標は、最近ベンヌと名付けられスペクトル クラス C に割り当てられた、地球近傍小惑星 1999 RQ36 の表面から土壌を持ち帰ることです。この装置は2018年に小惑星に到達し、2023年にはその石59グラムを地球に届ける予定だという。

これらすべてのプロジェクトを列挙すると、2013 年 2 月 15 日にチェリャビンスク近郊に落下した重さ約 13,000 トンの小惑星に触れないわけにはいきません。まるで、小惑星問題に関する有名なアメリカの専門家ドナルド・ヨーマンズの次の発言を裏付けるかのようです。小惑星に飛んではいけません、そうしたら彼らは私たちに飛んで来ます。」 これは、小惑星研究の別の側面、つまり小惑星の危険性と、小惑星が地球に衝突する可能性に関連する問題の解決の重要性を強調しました。

小惑星を研究するための非常に予想外の方法が、小惑星リダイレクトミッション、またはケックプロジェクトによって提案されました。 この概念は、パサデナ (カリフォルニア州) にあるケック宇宙研究所によって開発されました。 ウィリアム・マイロン・ケックは、1954 年に米国の科学研究を支援する財団を設立した有名なアメリカの慈善家です。 このプロジェクトでは、小惑星探査という課題が人間の参加によって解決されること、つまり小惑星へのミッションは有人であることが初期条件であった。 しかしこの場合、地球に帰還するまでの全飛行期間は必然的に少なくとも数か月かかることになる。 そして、有人遠征にとって最も不快なことは、緊急事態が発生した場合に、この時間を許容可能な限度まで短縮できないことです。 そこで、小惑星に飛行する代わりに、その逆、無人機を使って小惑星を地球に届けることが提案された。 ただし、チェリャビンスク小惑星で自然に起こったように表面ではなく、月に似た軌道に到達し、接近した小惑星に有人宇宙船を送ります。 この船はそれに接近して捕獲し、宇宙飛行士がそれを研究し、岩石のサンプルを採取して地球に届けることになります。 そして緊急事態が発生した場合、宇宙飛行士は1週間以内に地球に帰還できるようになる。 NASAはすでに、このように移動する小惑星の役割の主な候補として、アムール諸島の一員である地球近傍小惑星2011 MDを選択している。 その直径は7〜15メートル、密度は1 g / cm 3、つまり、重さ約500トンの砕石のゆるやかな山のように見えることがあります。 その軌道は地球の軌道に非常に近く、黄道に対して2.5度傾いており、周期は396.5日で、これは長半径1.056天文単位に相当します。 興味深いのは、この小惑星が2011年6月22日に発見され、6月27日に地球に非常に近い距離、つまりわずか12,000キロメートルを飛行したことです。

小惑星を地球の衛星軌道に取り込むミッションは、2020年代初頭に計画されている。 この宇宙船は、小惑星を捕捉して新しい軌道に移すように設計されており、キセノンで作動する低推力電気ロケットエンジンを搭載する予定である。 小惑星の軌道を変更する作戦には、月付近での重力操作も含まれる。 この作戦の本質は、電気ロケット エンジンの助けを借りて動きを制御し、月付近の通過を確実にすることです。 同時に、その重力場の影響により、小惑星の速度は最初の双曲速度 (つまり、地球の重力場からの離脱につながる) から地球の衛星の速度に変化します。

小惑星の形成と進化

小惑星の発見の歴史に関するセクションですでに述べたように、小惑星の最初のものは、ボーデの法則 (現在は誤りであると認められています) によれば、火星と火星の間の軌道上にあるはずだった仮想惑星の探索中に発見されました。そしてジュピター。 未発見の惑星の軌道近くに小惑星帯があることが判明した。 これは、このベルトが破壊の結果として形成されたという仮説を構築するための基礎として役立ちました。

この惑星は、古代ギリシャの太陽神ヘリオスの息子にちなんでフェートンと名付けられました。 フェートン星の破壊過程をシミュレートした計算では、木星や火星の重力による惑星の破壊から別の天体との衝突に至るまで、あらゆる種類のこの仮説が確認されたわけではありません。

小惑星の形成と進化は、太陽系全体の出現過程の一部としてのみ考えることができます。 現在、一般的に受け入れられている理論は、太陽系が原始のガスと塵の蓄積から生じたと示唆しています。 この星団から円盤が形成され、その不均一性が太陽系の惑星や小天体の出現につながりました。 この仮説は、若い星の惑星系の発達を初期段階で検出できるようになった現代の天文観測によって裏付けられています。 コンピューターモデリングもそれを裏付けており、発達の特定の段階にある惑星系の写真に非常によく似た写真を構築します。

惑星形成の初期段階では、重力の影響で塵が付着した惑星の「胚」、いわゆる微惑星が発生しました。 このような惑星形成の初期段階の例として、彼らは小惑星ルテティアを挙げています。 このやや大きな小惑星は直径 130 キロメートルに達し、固体部分と付着した厚い（最大 1 キロメートル）塵の層、および表面に点在する岩で構成されています。 原始惑星の質量が増加すると、引力が増加し、その結果、形成される天体の圧縮力が増加しました。 物質は加熱されて溶け、その物質の密度に応じて原始惑星が層化し、天体が球形に移行した。 ほとんどの研究者は、太陽系の進化の初期段階で、今日観察されている惑星や小さな天体よりもはるかに多くの原始惑星が形成されたという仮説に傾いています。 そのとき、その結果として生じた巨大ガス惑星、木星と土星が太陽系の近くに移動しました。 これにより、太陽系の新興天体の運動に重大な混乱が導入され、重爆撃期と呼ばれる過程が発生しました。 主に木星からの共鳴の影響の結果、結果として生じた天体の一部は系の外側に投げ飛ばされ、一部は太陽に投げ込まれました。 このプロセスは 41 億年から 38 億年前に起こりました。 重爆撃の後期段階と呼ばれるこの時代の痕跡は、月と水星に多数の衝突クレーターの形で残されました。 火星と木星の間で天体が形成される際にも同じことが起こりました。火星と木星の衝突頻度は非常に高かったため、今日私たちが見ているものよりも大きく、より規則的な形状の物体に変化することはありませんでした。 その中には、進化の特定の段階を経て衝突時に分裂した天体の破片や、より大きな天体の一部になる時間がなかった物体が含まれており、より古代の地層の例を表していると考えられています。 。 上で述べたように、小惑星ルテシアはその例です。 これは、2010年7月の接近飛行中の写真撮影を含む、ロゼッタ宇宙船によって実施された小惑星の研究によって確認されました。

したがって、木星は主要な小惑星帯の進化において重要な役割を果たしています。 その重力の影響により、現在観測されているメインベルト内の小惑星の分布の画像が得られました。 カイパーベルトに関しては、木星の役割に海王星の影響が加わり、太陽系のこの遠い領域への天体の放出につながります。 巨大惑星の影響はさらに遠くにあるオールトの雲にも及んでいると考えられているが、オールトの雲は現在よりも太陽に近いところで形成されていた。 巨大惑星への接近の進化の初期段階では、原始天体（微惑星）は自然な動きでいわゆる重力操作を実行し、オールトの雲による空間を補充しました。 太陽から非常に遠いところにあるため、私たちの銀河系の星である天の川の影響にもさらされており、それが太陽周縁空間の近い領域に戻る軌道で混沌とした移行をもたらします。 私たちはこれらの微惑星を長周期彗星として観測します。 一例として、20 世紀で最も明るい彗星、1995 年 7 月 23 日に発見され、1997 年に近日点に達したヘール・ボップ彗星を挙げることができます。 太陽の周りの公転周期は 2534 年で、遠日点までの距離は 185 天文単位です。 太陽から。

小惑星・彗星の危険性

月、水星、その他の太陽系の天体の表面にある多数のクレーターは、地球に対する小惑星彗星の危険性のレベルを示すものとしてよく言及されます。 しかし、これらのクレーターの圧倒的多数は「激しい爆撃期間」に形成されたものであるため、そのような言及は完全に正しいわけではありません。 それにもかかわらず、地球の表面では、衛星画像の分析などの最新技術の助けを借りて、太陽系の進化のずっと後の時期に遡る、小惑星との衝突の痕跡を検出することが可能です。 既知の最大かつ最古のクレーター、フレデフォートは南アフリカにあります。 直径は約250キロメートル、年齢は20億年と推定されています。

メキシコのユカタン半島の海岸にあるチクシュルーブ クレーターは、6,500 万年前の小惑星の衝突によって形成されました。これは、TNT の 100 テラトン (10 12 トン) の爆発エネルギーに相当します。 現在、恐竜の絶滅は、津波、地震、火山噴火、そして太陽を隠す大気中の塵の層の形成による気候変動を引き起こしたこの大惨事の結果であると考えられています。 最も新しいクレーターの 1 つであるバリンジャー クレーターは、米国アリゾナ州の砂漠にあります。 直径は1200メートル、深さは175メートルです。 5万年前、直径約50メートル、質量数十万トンの鉄隕石の衝突により発生した。

天体の落下によって形成された衝突クレーターは現在、合計約 170 個あります。 最も注目を集めた出来事はチェリャビンスク近郊で、2013年2月15日に小惑星がこの地域の大気圏に突入したときで、その大きさは約17メートル、質量は1万3000トンと推定されていた。 高度20キロの空中で爆発し、重さ600キロの最大部分はチェバルクル湖に落下した。

落下による死傷者は出ず、破壊は目立ったが、壊滅的なものではなかった。かなり広い範囲でガラスが割れ、チェリャビンスクの亜鉛工場の屋根が崩壊し、ガラスの破片で約1,500人が負傷した。 この災害は幸運の要素によって起こったものではないと考えられています。隕石の落下の軌道は緩やかでした。そうでなければ、結果はさらに深刻になっていたでしょう。 その爆発エネルギーはTNT火薬0.5メガトンに相当し、広島に投下された爆弾30発に相当します。 チェリャビンスク小惑星は、1908 年 6 月 17 日 (30) のツングースカ隕石の爆発後、この規模のイベントとして最も詳細に記述された出来事となった。 現代の推定によると、チェリャビンスクのような天体の落下は、およそ100年に1回世界中で発生します。 ツングースカ事件に関しては、高度 18 キロメートルで 10 ～ 15 メガトンの TNT のエネルギーによる爆発により、直径 50 キロメートルの地域で木々が焼かれ、伐採されましたが、このような災害はおよそ 1 年に 1 回発生します。 300年。 しかし、前述した天体よりも小さな天体が頻繁に地球に衝突し、顕著な被害を引き起こしたケースがあります。 その一例は、1947 年 2 月 12 日にウラジオストク北東のシホーテ・アリンに落下した直径 4 メートルの小惑星です。 この小惑星は小さいものの、ほぼすべてが鉄で構成されており、これまで地球表面で観測された鉄隕石としては最大のものであることが判明した。 高度５キロで爆発し、その閃光は太陽よりも明るかった。 爆発の震源地（地表への投影）の範囲には無人地帯があったが、直径2キロメートルの範囲で森林が被害を受け、直径最大26メートルのクレーターが100個以上形成された。 。 もしそのような物体が大都市に落ちたら、何百人、何千人もの人が死ぬでしょう。

同時に、小惑星の落下によって特定の人が死亡する可能性が非常に低いことは明らかです。 これは、重大な死傷者がいないまま数百年が経過し、その後、大型小惑星の落下によって数百万人が死亡する可能性を排除するものではありません。 テーブル内 表 1 は、小惑星の落下の確率を他の事象による死亡率と相関させて示しています。

次の小惑星衝突がいつ起こるかは不明で、その影響はチェリャビンスク事象と同等か、それ以上に深刻です。 20年後、あるいは数世紀後には崩壊するかもしれないが、明日には崩壊するかもしれない。 チェリャビンスクのような事態について早期に警告を受け取ることは望ましいだけではなく、たとえば 50 メートルを超える潜在的に危険な物体を効果的にそらす必要もあります。 より小さな小惑星の地球への衝突に関しては、これらの出来事は私たちが考えているよりも頻繁に発生しており、およそ 2 週間に 1 回です。 これは、NASA が作成した、過去 20 年間にわたる 1 メートル以上の小惑星の衝突を示す次の地図で示されています。

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潜在的に危険な地球近傍の物体の向きを変える方法

2004 年に小惑星アポフィスが発見され、2036 年に地球に衝突する確率は非常に高いと考えられ、小惑星彗星保護の問題への関心が大幅に高まりました。 危険な天体を検出してカタログ化するための作業が開始され、地球との衝突を防ぐという問題を解決するための研究プログラムが開始されました。 その結果、発見される小惑星や彗星の数は急激に増加し、現在ではプログラムの作業開始前に知られていたよりも多くの小惑星や彗星が発見されている。 小惑星を地球への衝突軌道からそらすためのさまざまな方法も提案されており、その中には非常に風変わりなものも含まれています。 たとえば、危険な小惑星の表面を塗料で覆うと、その反射特性が変化し、太陽光の圧力により小惑星の軌道が必然的に逸脱することになります。 宇宙船を危険な物体に衝突させてその軌道を変える方法について研究が続けられました。 後者の方法は非常に有望であるように思われ、現代のロケットや宇宙技術の能力を超える技術を使用する必要はありません。 ただし、その有効性は誘導宇宙船の質量によって制限されます。 ロシアの最も強力な空母プロトン M の場合、重量は 5 ～ 6 トンを超えることはできません。

たとえば、質量約 4,000 万トンのアポフィスの速度変化を推定してみましょう。相対速度 10 km/s で重さ 5 トンの宇宙船がアポフィスに衝突すると、秒速 1.25 ミリメートルになります。 予想される衝突のかなり前に攻撃が行われた場合、必要な逸脱を生み出すことは可能ですが、この「長い時間」には何十年もかかります。 現在のところ、小惑星の軌道を許容できる精度で予測することは、特に衝突力学のパラメータを知ること、したがって小惑星の速度ベクトルの予想される変化を評価することにおいて不確実性があることを考慮すると、不可能である。 したがって、危険な小惑星が地球に衝突するのを避けるためには、より巨大な飛翔体を小惑星に向ける機会を見つける必要がある。 したがって、宇宙船の質量よりも大幅に大きい、たとえば 1500 トンの質量を持つ別の小惑星を提案できます。 しかし、そのような小惑星の動きを制御するには、このアイデアを実行するには多すぎる燃料が必要になる。 したがって、小惑星発射体の必要な軌道変更には、それ自体燃料消費を必要としない、いわゆる重力操作を使用することが提案された。

重力操作とは、地球、金星、太陽系の他の惑星、およびそれらの衛星など、かなり巨大な物体の宇宙物体 (この場合は小惑星の発射体) のフライバイを意味します。 操縦の意味は、飛行中の物体に対する軌道のパラメータ (高度、初期位置、速度ベクトル) を選択することです。これにより、重力の影響により物体の軌道を変更できるようになります (私たちの場合)。 、小惑星）が衝突軌道上になるように太陽の周りを回ります。 言い換えれば、ロケット エンジンを使用して制御対象に速度衝撃を与えるのではなく、惑星の重力 (スリング効果とも呼ばれます) によってこの速度衝撃を受け取ります。 さらに、衝撃の大きさは 5 km/s 以上になる可能性があります。 標準的なロケットエンジンでこれを作成するには、装置の質量の3.5倍の量の燃料を費やす必要があります。 また、重力操縦法の場合、燃料は車両を計算された操縦軌道に乗せる場合にのみ必要となるため、燃料消費量が 2 桁削減されます。 宇宙船の軌道を変更するこの方法は新しいものではないことに注意してください。この方法は、前世紀の 30 年代初頭に、ソ連のロケット工学の先駆者である F.A. によって提案されました。 ザンダー。 現在、この技術は宇宙飛行の実践で広く使用されています。 たとえば、ヨーロッパの宇宙船ロゼッタについてもう一度言及するだけで十分です。ミッションの実施中、10 年以上にわたって地球付近で 3 回、火星付近で 1 回の重力操作を実行しました。 初めてハレー彗星の周りを飛行したソ連の宇宙船ベガ 1 号とベガ 2 号を思い出すことができます。ハレー彗星に向かう途中、金星の重力場を利用した重力操縦を行いました。 2015 年に冥王星に到達するために、NASA の探査機ニュー ホライズンズは木星の領域で操縦を行いました。 重力アシストを使用するミッションのリストは、これらの例だけでは決して尽きません。

地球に近い比較的小さな小惑星を、地球との衝突軌道から逸らすために、危険な天体に向かって誘導する重力操作の使用が、ロシア科学アカデミー宇宙研究所の職員らによって国際会議で提案された。 2009年にマルタで組織された小惑星の危険性の問題。 そして翌年、この概念とその理論的根拠を概説するジャーナル出版物が出版されました。

この概念の実現可能性を確認するために、危険な天体の例として小惑星アポフィスが選ばれました。

当初、彼らは小惑星の危険性が地球との衝突が予想される約10年前に確立されるという条件を受け入れた。 そこで、小惑星が通過する軌道から外れるシナリオが構築された。 まず、軌道が既知である地球近傍小惑星のリストから 1 つが選択され、その小惑星が遅くとも 20 日までにアポフィスに衝突するように、重力操作を実行するのに適した軌道に地球の近くに移送されます。 2035年。 選択基準として、小惑星をそのような軌道に移すために小惑星に与えなければならない速度衝撃の大きさを採用しました。 最大許容推力は 20 m/s と考えられました。 次に、小惑星をアポフィスに向けるために考えられる操作の数値解析が、次の飛行シナリオに従って実行されました。

Proton-M 打ち上げロケットのヘッドユニットが Briz-M 上段を使用して低地球軌道に打ち上げられた後、宇宙船は発射体小惑星への飛行経路に移され、その後その表面に着陸します。 この装置は表面に固定されており、エンジンをオンにする地点まで小惑星と一緒に移動し、小惑星に衝撃を与え、重力操作の計算された軌道、すなわち地球を周回する軌道に小惑星を伝達する。 移動中に、ターゲット小惑星と発射小惑星の両方の移動パラメータを決定するために必要な測定が行われます。 計測結果に基づいて弾道を計算し、補正を行います。 装置の推進システムの助けを借りて、小惑星には、ターゲットに向かう移動軌道のパラメータの誤差を修正する速度インパルスが与えられます。 同じ操作が、飛翔体小惑星への車両の飛行経路でも実行されます。 シナリオの開発と最適化における重要なパラメーターは、発射体小惑星に与える必要がある速度衝撃です。 この役割の候補者のために、インパルスメッセージの日付、小惑星の地球への到着、危険物体との衝突の日付が決定されます。 これらのパラメータは、発射体小惑星に与えられる衝撃の大きさが最小限になるように選択されます。 研究の過程で、軌道パラメータが現在知られている小惑星のリスト全体が候補として分析されました（そのうち約 11,000 個）。

計算の結果、5 つの小惑星が見つかり、その大きさなどの特徴を表に示します。 2.最大許容質量に相当する値を大幅に超える小惑星が衝突しました：1500〜2000トン。 この点に関して、2 つの注意が必要です。 第一に、解析では、地球近傍の小惑星の完全なリスト（11,000）とは程遠いものを使用したが、現代の推定によれば、その数は少なくとも10万個あるとされている 第二に、小惑星全体を発射体として使用するわけではないが、実際には小惑星を使用する可能性がある。たとえば、その表面には岩石があり、その質量は指定された制限内にあります（イトカワ小惑星を思い出すことができます）。 これはまさに、小型小惑星を月周回軌道に運ぶアメリカのプロジェクトにおいて現実的であると評価されているアプローチであることに注意してください。 テーブルから 図 2 から、小惑星 2006 XV4 が発射体として使用される場合、最小の速度インパルス (わずか 2.38 m/s) が必要であることがわかります。 確かに、それ自体が大きすぎて、推定制限の1,500トンを超えています。 しかし、そのような質量（もしあれば）の破片または岩を表面で使用すると、示された推力によりガス排出速度が3200 m / sの標準的なロケットエンジンが生成され、1.2トンの燃料が消費されます。 計算によると、総質量が 4.5 トンを超える装置をこの小惑星の表面に着陸させることができるため、燃料の供給に問題は生じません。 また、電気ロケットエンジンの使用により、燃料消費量（正確には作動流体）が 110 キログラムまで削減されます。

ただし、表に示されている必要な速度パルスに関するデータは、速度ベクトルの必要な変更が完全に正確に実行される場合の理想的なケースを参照していることを考慮する必要があります。 実際にはそうではなく、すでに述べたように、軌道修正用の作動流体の供給が必要です。 これまでに達成された精度では、補正には合計最大 30 m/s が必要になる可能性があり、これは危険物を阻止するという問題を解決するための速度変化の公称値を超えています。

私たちの場合、制御対象の質量が 3 桁大きい場合、別の解決策が必要になります。 それは存在します - これは電気ロケットエンジンの使用であり、同じ修正推力で作動流体の消費量を10分の1に減らすことができます。 また、誘導の精度を高めるために、危険な小惑星の表面に送受信機を備えた小型装置を予め設置し、主装置に付随する２機の副衛星からなるナビゲーションシステムを利用することが提案されている。 トランシーバーは、デバイス間の距離と相対速度を測定するために使用されます。 このようなシステムにより、ターゲットへの接近の最終段階で数十キログラムの推力を持つ小型化学エンジンが使用される場合、小惑星の発射体を50メートル以内の偏差でターゲットに確実に命中させることが可能になる。速度衝撃は 2 m/s 以内。

危険な物体をそらすために小さな小惑星を使用するという概念の実現可能性を議論するときに生じる疑問の中で、最も重要な疑問は、重力操作の軌道に移された小惑星が地球に衝突するリスクである。 テーブル内 図 2 は、重力操作を実行するときの近地点での地球の中心から小惑星の距離を示しています。 4 つの場合、それらは 15,000 キロメートルを超え、小惑星 1994 の場合、GV は 7427.54 キロメートルです (地球の平均半径は 6371 キロメートル)。 この距離は安全に見えますが、小惑星が大気圏で燃え尽きることなく地表に到達できる大きさである場合、危険がまったくないことを保証することは依然として不可能です。 小惑星が鉄でない場合、直径 8 ～ 10 メートルが最大許容サイズと考えられます。 この問題を解決する根本的な方法は、火星または金星を操縦に使用することです。

研究のために小惑星を捕獲する

小惑星リダイレクトミッション（ARM）プロジェクトの基本的なアイデアは、人間が直接参加して研究を行うのにより便利な、小惑星を別の軌道に移すことです。 そのため、月の軌道に近い軌道が提案されました。 小惑星の軌道を変更するための別の選択肢として、IKI RAS は、小さな小惑星を地球近傍の危険な物体に向けるために開発されたものと同様の、地球近くの重力操作を使用して小惑星の動きを制御する方法を検討しました。

このような操作の目標は、地球の公転運動、特に小惑星と地球の周期が 1:1 の比率で共鳴する軌道に小惑星を移すことです。 地球近傍の小惑星の中には、指定された比率で近地点半径の許容下限である 6700 キロメートルで共鳴軌道に移すことができる小惑星が 13 個あります。 これを行うには、それらのいずれかが 20 m/s を超えない速度インパルスを提供するだけで十分です。 そのリストを表に示します。 図3は、小惑星を地球近くの重力操作の軌道に移動させる速度衝撃の大きさを示しており、その結果、小惑星の公転周期は地球の周期、つまり1年と等しくなります。 操作によって達成可能な太陽中心運動における小惑星の最大速度と最小速度もそこに示されています。 興味深いのは、最高速度が非常に速くなり、小惑星を太陽からかなり遠くまで飛ばす操作が可能になることです。 たとえば、小惑星 2012 VE77 は、土星の軌道の距離にある遠日点、および火星の軌道を超えた残りの距離にある軌道に送ることができます。

共鳴小惑星の利点は、毎年地球の近くに戻ってくることです。 これにより、少なくとも毎年、宇宙船を小惑星に着陸させ、土壌サンプルを地球に届けることが可能になり、降下船を地球に戻すのに燃料はほとんど必要ありません。 この点において、ケックプロジェクトで計画されているように、共鳴軌道にある小惑星は、帰還するのにかなりの燃料消費を必要とするため、月に似た軌道にある小惑星よりも有利である。 無人ミッションの場合、これは決定的なものになる可能性がありますが、有人飛行の場合、緊急時にデバイスをできるだけ早く地球に戻す必要がある場合（1週間以内、あるいはそれよりも短い場合）、利点は機体側にあるかもしれません。 ARMプロジェクト。

一方、共鳴小惑星が毎年地球に帰還するため、重力操作を定期的に実行し、そのたびに軌道を変更して研究条件を最適化することが可能になります。 同時に、軌道は共鳴状態を維持する必要がありますが、これは複数の重力操作を実行することで簡単に達成できます。 このアプローチを使用すると、小惑星を地球と同じ軌道に移動させることができますが、その軌道はその平面に対してわずかに（黄道に向かって）傾いています。 その後、小惑星は年に2回地球に接近します。 一連の重力操作によって得られる軌道群には、その平面が黄道内にあるものの離心率が非常に大きく、小惑星 2012 VE77 のように火星の軌道に達する軌道が含まれています。

共鳴軌道の構築を含め、惑星周囲の重力操作技術をさらに発展させれば、月を利用するというアイデアが浮かび上がります。 実際のところ、純粋な形での惑星の近くでの重力操作では、物体を衛星の軌道に捕捉することはできません。これは、物体が惑星の周りを飛行するとき、その相対運動のエネルギーは変化しないためです。 同時に地球の自然の衛星（月）を周回すると、そのエネルギーは減少する可能性があります。 問題は、その減少が衛星の軌道に移行するのに十分でなければならないこと、つまり、惑星に対する初速度が小さくなければならないことです。 この要件が満たされない場合、その物体は永久に地球の近くを離れることになります。 しかし、結果として小惑星が共鳴軌道に留まるように複合操縦の形状を選択すれば、操縦は 1 年以内に繰り返すことができます。 したがって、月の共鳴状態と調整されたフライバイを維持しながら、地球近くで重力操作を使用して小惑星を地球の衛星の軌道に捕捉することが可能です。

重力操作を使用して小惑星の動きを制御するという概念を実装する可能性を確認する個々の例は、地球との衝突の恐れのある天体に対する小惑星・彗星の危険性の問題の解決を保証するものではないことは明らかです。 特定のケースでは、それに向けることができる適切な小惑星が存在しないことが起こります。 しかし、最も「最近」カタログ化された小惑星を考慮して実行された最新の計算結果が示すように、小惑星を惑星の近くに移動させるのに必要な最大許容速度インパルスが 40 m/s である場合、適切な小惑星は、金星、地球、火星のそれぞれ 29、193、72 です。 これらは、現代のロケットや宇宙技術によってその動きを制御できる天体のリストに含まれています。 リストは急速に増えており、1 日あたり平均 2 ～ 5 個の小惑星が発見されています。 したがって、2014 年 11 月 1 日から 11 月 21 日までの期間に、58 個の地球近傍小惑星が発見されました。 これまで自然天体の動きに影響を与えることはできませんでしたが、それが可能になることで文明の発展は新たな段階を迎えます。

記事の用語集

ボードの法則（ティティウス・ボーデ則、1766 年にドイツの数学者ヨハン・ティティウスによって確立され、1772 年にドイツの天文学者ヨハン・ボーデによって再定式化）は、太陽系の惑星の軌道と太陽の間の距離、および惑星と太陽の間の距離を記述します。その自然衛星の軌道。 その数学的公式の 1 つ: R i = (D i + 4)/10、ここで D i = 0、3、6、12 ... n、2n、R i は天文単位で表した惑星の軌道の平均半径です。 (a.e.)。

この経験則はほとんどの惑星に 3% の精度で当てはまりますが、物理的な意味はないようです。 しかし、太陽系形成の段階では、重力擾乱の結果、規則的な環構造の領域が生じ、その中で原始惑星の軌道が安定したという仮定がある。 太陽系に関するその後の研究では、一般的に言って、ボードの法則が常に満たされるわけではないことが示されました。たとえば、海王星と冥王星の軌道は、太陽が予測するよりもはるかに太陽に近いです (表を参照)。

(緯度からの L ポイント、またはリブレーション ポイント。 リブレーション- スイング) - 2 つの巨大な天体、たとえば太陽と惑星、または惑星とその自然衛星からなるシステム内の点。 著しく小さい質量の天体（小惑星や宇宙実験室）は、重力のみが作用する限り、ラグランジュ点のいずれかに留まり、小さな振幅の振動を行います。

ラグランジュ点は両方の天体の軌道面上にあり、1 から 5 の指数で指定されます。最初の 3 つは同一直線上にあり、巨大天体の中心を結ぶ直線上にあります。 点 L 1 は巨大な物体の間に位置し、L 2 - それほど質量のないものの背後、L 3 - より重いものの背後にあります。 これらの点での小惑星の位置は最も不安定です。 点 L 4 と L 5 - 三角形、またはトロイの木馬 - は、軌道上で、大きな質量の物体を結ぶ線の両側に、それらを結ぶ線 (太陽と地球など) から 60 ° の角度で位置します。

地球-月系のポイント L 1 は、宇宙飛行士が最小限の燃料消費で月に到達できるようにする有人軌道ステーションや、この時点では地球によって決して隠されることがない太陽を観察するための天文台を設置するのに便利な場所です。または月。

太陽-地球システムのポイント L 2 は、宇宙天文台や望遠鏡の建設に便利です。 この時点での物体は、地球と太陽に対する相対的な方向を無期限に保持します。 すでにプランク、ハーシェル、WMAP、ガイアなどのアメリカの研究所が入居している。

太陽の反対側の点 L 3 に、SF 作家は繰り返し特定の惑星、つまり遠くから到着したか、地球と同時に創造されたカウンターアースを配置しました。 現代の観察ではそれは発見されていません。

偏心(図 1) - 2 次曲線 (楕円、放物線、双曲線) の形状を特徴付ける数値。 数学的には、曲線上の任意の点からその焦点までの距離と、この点から準線と呼ばれる直線までの距離との比に等しくなります。 楕円 (小惑星やその他のほとんどの天体の軌道) には 2 つの準線があります。 それらの方程式は、x = ±(a/e) です。ここで、a は楕円の長半径です。 e - 離心率 - 任意の曲線に対して一定の値。 楕円の離心率は 1 未満です (放物線の場合は e = 1、双曲線の場合は e > 1)。 e > 0 の場合、楕円の形状は円に近づきます。e > 1 の場合、楕円はますます引き伸ばされて圧縮され、最終的にはセグメント (それ自体の長軸 2a) に縮退します。 楕円の離心率のもう 1 つの簡単で視覚的な定義は、焦点までの最大距離と最小距離の差とその合計との比、つまり楕円の長軸の長さです。 太陽周回軌道の場合、これは、遠日点と近日点における天体の太陽からの距離の差と、それらの合計 (軌道の長軸) の比です。

晴れた風- 太陽コロナからのプラズマ、つまり太陽から放射状に流れる荷電粒子（陽子、電子、ヘリウム原子核、酸素イオン、シリコン、鉄、硫黄）の一定の流れ。 それは少なくとも 100 天文単位の半径を持つ球状の体積を占めます。 つまり、体積の境界は、太陽風の動圧と星間ガスの圧力、銀河の磁場、銀河宇宙線の等しさによって決まります。

黄道(ギリシャ語より エクレイプシス- 日食）は、太陽の目に見える年周運動が起こる天球の大きな円です。 実際には、地球は太陽の周りを運動するので、黄道は地球の軌道面による天球の断面です。 黄道線は黄道帯の 12 星座を通っています。 そのギリシャ名は、古代から知られていたことに由来しています。日食と月食は、月がその軌道と黄道との交点の近くにあるときに発生します。

小惑星 A/2018 C2

ベルンハルト・ホイスラー

天文学者らは、双曲線軌道を持つ小惑星を一度に2つ発見したと発表した。科学者たちは現在、有名な小惑星を含む3つのそのような天体を知っている。 2人の「新参者」は太陽系の住人である可能性が最も高いが、太陽系から永久に飛び立っている。 A/2018 C2 および A/2017 U7 と呼ばれる天体の軌道に関するデータは、国際天文学連合の小惑星センターの Web サイトで公開されています。

彗星や小惑星を含む太陽系のすべての天体は、閉じた楕円軌道上を移動します。 これらの楕円の「伸び」の程度は、離心率の値によって決まります。円の場合、このパラメータは 0 で、楕円の場合、0 から 1 まで変化しますが、離心率が 1 以上の場合、これは次のことを意味します。軌道は「壊れている」、つまり放物線 (e =1) または双曲線 (e>1) です。 双曲線または放物線軌道を持つ天体は、太陽系に一度だけ訪れることができ、その後は恒星間空間に永久に飛び去ります。 たとえば、小惑星「オウムアムア」の軌道離心率は 1.1995 です。

セルゲイ・クズネツォフ