Вулканоид
Вулканоиды , — это гипотетическая популяция астероидов вращающихся вокруг Солнца в динамически стабильной зоне внутри орбиты планеты Меркурий . Они названы в честь гипотетической планеты Вулкан , которая была предложена на основе неравномерностей орбиты Меркурия, которые позже были объяснены общей теорией относительности . Пока что вулканоидов не обнаружено, и пока неясно, существуют ли они.
Если бы они действительно существовали, вулканоиды могли бы легко избежать обнаружения, поскольку они были бы очень маленькими и находились вблизи яркого сияния Солнца. Из-за близости к Солнцу поиски с земли можно проводить только во время сумерек или солнечных затмений. Любые вулканоиды должны иметь диаметр от 100 метров (330 футов) до 6 километров (3,7 миль) и, вероятно, расположены на почти круговых орбитах недалеко от внешнего края гравитационно-стабильной зоны между Солнцем и Меркурием. Их следует отличать от астероидов Атиры , которые могут иметь перигелии в пределах орбиты Меркурия, но чьи афелии простираются до орбит Венеры или в пределах орбитального пути Земли. Поскольку они пересекают орбиту Меркурия, эти тела не классифицируются как вулканоиды.
Вулканоиды, если они будут обнаружены, могут предоставить ученым материал о первом периоде формирования планет , а также дать представление об условиях, преобладающих в ранней Солнечной системе . Хотя было обнаружено, что любая другая гравитационно-стабильная область Солнечной системы содержит объекты, негравитационные силы (такие как эффект Ярковского ) или влияние мигрирующей планеты на ранних стадиях развития Солнечной системы могли истощить эту область. любые астероиды, которые могли там быть.
История и наблюдения
[ редактировать ]Небесные тела внутри орбиты Меркурия выдвигались и искались на протяжении веков. Немецкий астроном Кристоф Шайнер думал, что видел небольшие тела, проходящие перед Солнцем в 1611 году, но позже выяснилось, что это солнечные пятна . [1] В 1850-х годах Урбен Леверье планеты провел детальные расчеты орбиты Меркурия и обнаружил небольшое несоответствие прецессии перигелия предсказанным значениям. Он предположил, что отклонение может быть объяснено гравитационным влиянием небольшой планеты или кольца астероидов на орбите Меркурия. Вскоре после этого астроном-любитель по имени Эдмон Лескарбо заявил, что видел, как планета, предложенная Леверье, прошла мимо Солнца. Новую планету быстро назвали Вулкан , но больше ее никогда не видели, а аномальное поведение орбиты Меркурия было объяснено Эйнштейна общей теорией относительности в 1915 году. Вулканоиды получили свое название от этой гипотетической планеты. [2] То, что увидел Лескарбо, вероятно, было еще одним солнечным пятном. [3]
Вулканоиды, если бы они существовали, было бы трудно обнаружить из-за сильного яркого света ближайшего Солнца. [4] а наземные поиски можно проводить только в сумерках или во время солнечных затмений . [5] Несколько поисков во время затмений проводились в начале 1900-х годов. [6] которые не выявили вулканоидов, а наблюдения во время затмений остаются распространенным методом поиска. [7] Обычные телескопы нельзя использовать для их поиска, поскольку близлежащее Солнце может повредить их оптику. [8]
В 1998 году астрономы проанализировали данные SOHO космического корабля прибора LASCO , который представляет собой набор из трёх коронографов . Данные, полученные в период с января по май того же года, не выявили вулканоидов с магнитудой более 7. Это соответствует диаметру около 60 километров (37 миль), если предположить, что астероиды имеют альбедо, подобное альбедо Меркурия. В частности, был исключен крупный планетоид на расстоянии 0,18 а.е., предсказанный теорией масштабной относительности . [9]
Более поздние попытки обнаружить вулканоиды включали перенос астрономического оборудования над помехами земной атмосферы на высоты, где сумеречное небо темнее и яснее, чем на земле. [10] В 2000 году планетолог Алан Стерн провел исследование зоны вулканоидов с помощью самолета-шпиона Lockheed U-2 . Полеты проводились на высоте 21 300 метров (69 900 футов) в сумерках. [11] В 2002 году он и Дэн Дурда провели аналогичные наблюдения на F-18 истребителе . Они совершили три полета над пустыней Мохаве на высоте 15 000 метров (49 000 футов) и провели наблюдения с помощью Юго-западной универсальной системы визуализации с воздуха (SWUIS-A). [12]
Даже на этих высотах атмосфера все еще присутствует и может помешать поискам вулканоидов. В 2004 году была предпринята попытка суборбитального космического полета с целью поднять камеру над атмосферой Земли. Ракета Black Brant была запущена из Уайт-Сэндс, штат Нью-Мексико , с мощной камерой под названием VulCam. 16 января [13] на десятиминутном полете. [4] Этот полет достиг высоты 274 000 метров (899 000 футов). [13] и сделал более 50 000 изображений. Ни на одном из изображений не было обнаружено вулканоидов, но возникли технические проблемы. [4]
НАСА Поиск данных двух космических аппаратов STEREO не выявил ни одного вулканоидного астероида. [14] Сомнительно, что существуют вулканоиды диаметром более 5,7 километров (3,5 миль). [14]
« Мессенджер» Космический зонд сделал несколько изображений внешних областей вулканоидной зоны; однако его возможности были ограничены, поскольку его инструменты нужно было всегда направлять от Солнца, чтобы избежать повреждений. [15] [16] Однако до своей гибели в 2015 году аппарат не смог предоставить существенных доказательств существования вулканоидов.
13 августа 2021 года был обнаружен астероид 2021 PH 27 с перигелием в пределах орбиты Меркурия. При минимальном расстоянии от Солнца 0,1331 а.е. он приближается к Солнцу более чем в два раза ближе, чем перигелий Меркурия на расстоянии 0,307499 а.е. Это означает, что его ближайший подход находится внутри предполагаемой зоны вулканоидов.
Орбита
[ редактировать ]Вулканоид — это астероид, находящийся на стабильной орбите с большой полуосью меньшей, чем у Меркурия (т. е. 0,387 а.е. ). [7] [17] Сюда не входят такие объекты, как кометы, скользящие по солнцу , которые, хотя и имеют перигелии внутри орбиты Меркурия, имеют гораздо большие полуоси. [7]
Считается, что вулканоиды существуют в гравитационно-стабильной зоне внутри орбиты Меркурия, на расстоянии 0,06–0,21 а.е. от Солнца . [18] все другие столь же стабильные регионы Солнечной системы содержат объекты, Было обнаружено, что [8] хотя негравитационные силы, такие как радиационное давление , [9] Перетаскивание Пойнтинга-Робертсона [18] и эффект Ярковского [5] возможно, истощил область вулканоида от ее первоначального содержимого. Осталось не более 300–900 вулканоидов радиусом более 1 километра (0,62 мили), если таковые имеются. [19] Исследование 2020 года показало, что эффект Ярковского – О'Кифа – Радзиевского – Падака достаточно силен, чтобы разрушить гипотетические вулканоиды радиусом до 100 км в сроки, намного меньшие, чем возраст Солнечной системы; Было обнаружено, что потенциальные вулканоидные астероиды постепенно раскручиваются под действием эффекта YORP до тех пор, пока они вращательно не разделятся на более мелкие тела, что происходит неоднократно, пока обломки не станут достаточно маленькими, чтобы их можно было вытолкнуть из области вулканоида эффектом Ярковского; это могло бы объяснить, почему вулканоидов не наблюдалось. [20] Гравитационная устойчивость зоны вулканоидов частично обусловлена тем, что соседствует только одна планета. В этом отношении его можно сравнить с поясом Койпера . [18]
Внешний край вулканоидной зоны находится примерно в 0,21 а.е. от Солнца. Объекты, более удаленные от этого, нестабильны из-за взаимодействия с Меркурием и могут выйти на орбиты пересечения Меркурия в масштабах времени порядка 100 миллионов лет. [18] (Тем не менее, некоторые определения включают такие нестабильные объекты, как вулканоиды, если их орбиты лежат полностью внутри орбиты Меркурия.) [21] Внутренний край не выражен четко: объекты на расстоянии ближе 0,06 а.е. особенно подвержены сопротивлению Пойнтинга-Робертсона и эффекту Ярковского. [18] и даже до 0,09 а.е. вулканоиды будут иметь температуру 1000 К и более, что достаточно жарко, чтобы испарение горных пород стало ограничивающим фактором их жизни. [22]
Максимально возможный объём зоны вулканоидов очень мал по сравнению с объёмом пояса астероидов . [22] Столкновения между объектами в зоне вулканоидов будут частыми и очень энергичными, что приведет к разрушению объектов. Наиболее благоприятное место для вулканоидов, вероятно, находится на круговых орбитах вблизи внешнего края зоны вулканоидов. [23] Вулканоиды вряд ли будут иметь наклон более 10° к эклиптике . [7] [18] Меркурия трояны Меркурия . , астероиды, запертые в точках Лагранжа Также возможны [24]
Физические характеристики
[ редактировать ]Любые существующие вулканоиды должны быть относительно небольшими. Предыдущие поиски, в частности с помощью космического корабля STEREO , исключали наличие астероидов диаметром более 6 километров (3,7 мили). [14] Минимальный размер составляет около 100 метров (330 футов); [18] частицы размером менее 0,2 мкм сильно отталкиваются давлением излучения, а объекты размером менее 70 м будут притягиваться к Солнцу за счет сопротивления Пойнтинга – Робертсона . [9] Считается, что между этими верхним и нижним пределами возможно существование популяции астероидов диаметром от 1 километра (0,62 мили) до 6 километров (3,7 мили). [10] Они были бы достаточно горячими, чтобы раскаляться докрасна. [17]
Считается, что вулканоиды будут очень богаты элементами с высокой температурой плавления , такими как железо и никель . Маловероятно, что они обладают реголитом, поскольку такой фрагментированный материал нагревается и охлаждается быстрее и сильнее подвержен эффекту Ярковского , чем твердая порода. [5] Вулканоиды, вероятно, похожи на Меркурий по цвету и альбедо. [7] и может содержать материал, оставшийся с самых ранних этапов формирования Солнечной системы. [12]
Есть свидетельства того, что Меркурий столкнулся с крупным объектом относительно поздно в своем развитии. [5] столкновение, уничтожившее большую часть коры и мантии Меркурия. [16] и объяснение тонкости мантии Меркурия по сравнению с мантией других планет земной группы . Если бы такое столкновение произошло, большая часть образовавшегося мусора все еще могла бы вращаться вокруг Солнца в зоне вулканоидов. [13]
Значение
[ редактировать ]Вулканоиды, будучи совершенно новым классом небесных тел, были бы интересны сами по себе. [24] но обнаружение того, существуют они или нет, позволило бы лучше понять формирование и эволюцию Солнечной системы . Если они существуют, они могут содержать материал, оставшийся с самого раннего периода формирования планет. [12] и помочь определить условия, при которых сформировались планеты земной группы , особенно Меркурий. [24] В частности, если бы вулканоиды существовали или существовали в прошлом, они представляли бы собой дополнительную популяцию ударников, которая не затронула ни одну другую планету, кроме Меркурия. [16] из-за чего поверхность этой планеты кажется старше, чем она есть на самом деле. [24] Если окажется, что вулканоидов не существует, это наложит другие ограничения на формирование планет. [24] и предполагают, что во внутренней части Солнечной системы действовали и другие процессы, такие как миграция планет, очищающая эту территорию. [18]
См. также
[ редактировать ]- 594913 ꞌAylóꞌchaxnim (единственный известный астероид, всегда находящийся на орбите Венеры)
- 2021 PH 27 — астероид группы Атира с самой маленькой большой полуосью среди астероидов.
- Астероид Атира (астероиды всегда находятся на орбите Земли)
- Группы малых планет
- Крейц-солнечник
- Список гипотетических объектов Солнечной системы
- Список малых планет, пересекающих Меркурий
- Вулкан (гипотетическая планета)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дробышевский, Е.М. (1992). «Ударный лавинный выброс силикатов из Меркурия и эволюция системы Меркурий/Венера». Советская Астр . 36 (4): 436–443. Бибкод : 1992СвА....36..436Д .
- ^ Стэндадж, Том (2000). Файл Нептуна . Хармондсворт, Миддлсекс, Англия: Аллен Лейн, The Penguin Press. стр. 144–149. ISBN 0-7139-9472-Х .
- ^ Миллер, Рон (2002). Внесолнечные планеты . Книги двадцать первого века. п. 14. ISBN 978-0-7613-2354-9 .
- ^ Перейти обратно: а б с «Вулканоиды» . Планетарное общество. Архивировано из оригинала 8 января 2009 г. Проверено 25 декабря 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Роуч, Джон (2002). «Истребитель охотится за астероидами-вулканоидами» . Национальные географические новости. Архивировано из оригинала 8 мая 2002 года . Проверено 24 декабря 2008 г.
- ^ Кэмпбелл, WW; Трамплер, Р. (1923). «Поиск внутриртутных объектов». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 35 (206): 214. Бибкод : 1923PASP...35..214C . дои : 10.1086/123310 . S2CID 122872992 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Часто задаваемые вопросы: астероиды-вулканоиды» . vulcanoid.org. 2005. Архивировано из оригинала 24 июля 2008 года . Проверено 27 декабря 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б Бритт, Роберт Рой (2004). «Поиски вулканоидов достигают новых высот» . Space.com . Проверено 25 декабря 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Шумахер, Г.; Гей, Дж. (2001). «Попытка обнаружить вулканоиды с помощью изображений SOHO/LASCO» . Астрономия и астрофизика . 368 (3): 1108–1114. Бибкод : 2001A&A...368.1108S . дои : 10.1051/0004-6361:20000356 .
- ^ Перейти обратно: а б Уайтхаус, Дэвид (27 июня 2002 г.). «Вулкан в Сумеречной зоне» . Новости Би-би-си . Проверено 25 декабря 2008 г.
- ^ Дэвид, Леонард (2000). «Астрономы наблюдают за «сумеречной зоной» в поисках вулканоидов» . Space.com . Архивировано из оригинала 24 июля 2008 года . Проверено 25 декабря 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «НАСА Драйден, Юго-Западный исследовательский институт в поисках вулканоидов» . НАСА. 2002. Архивировано из оригинала 03 мая 2019 г. Проверено 25 декабря 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Александр, Амир (2004). «Маленькие, слабые и неуловимые: поиск вулканоидов» . Планетарное общество. Архивировано из оригинала 11 октября 2008 г. Проверено 25 декабря 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Штеффл, Эй Джей; Каннингем, Нью-Джерси; Шинн, AB; Стерн, С.А. (2013). «Поиск вулканоидов с помощью СТЕРЕО-гелиосферного формирователя изображений». Икар . 233 (1): 48–56. arXiv : 1301.3804 . Бибкод : 2013Icar..223...48S . дои : 10.1016/j.icarus.2012.11.031 . S2CID 118612132 .
- ^ Чой, Чарльз К. (2008). «Непреходящие тайны Меркурия» . Space.com . Проверено 25 декабря 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Чепмен, ЧР; Мерлин, штат Вашингтон; Соломон, Южная Каролина; Руководитель JW III; Стром, Р.Г. (2008), Первые сведения MESSENGER относительно ранней истории кратеров Меркурия (PDF) , Институт Луны и планет , получено 26 декабря 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б Нолл, Лэндон Курт (2007). «Поиск вулканоидов во время солнечного затмения» . Проверено 24 декабря 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Эванс, Н. Вин; Табачник, Серж (1999). «Возможные долгоживущие пояса астероидов во внутренней Солнечной системе». Природа . 399 (6731): 41–43. arXiv : astro-ph/9905067 . Бибкод : 1999Natur.399...41E . дои : 10.1038/19919 . S2CID 4418335 .
- ^ Вокруглицкий, Давид; Фаринелла, Паоло; Боттке, Уильям Ф. младший (2000). «Истощение предполагаемой популяции вулканоидов из-за эффекта Ярковского». Икар . 148 (1): 147–152. Бибкод : 2000Icar..148..147V . дои : 10.1006/icar.2000.6468 . S2CID 55356387 .
- ^ Коллинз, доктор медицины (2020). «Эффект YORP может эффективно уничтожить 100-километровые планетезимали на внутренней границе Солнечной системы» . Тезисы докладов о заседании Американского астрономического общества № 235 . 235 : 277.01. Бибкод : 2020AAS...23527701C .
- ^ Гринстрит, Сара; Нго, Генри; Глэдман, Бретт (январь 2012 г.). «Орбитальное распределение околоземных объектов внутри орбиты Земли» (PDF) . Икар . 217 (1): 355–366. Бибкод : 2012Icar..217..355G . дои : 10.1016/j.icarus.2011.11.010 . HDL : 2429/37251 .
Таким образом, существование немалой популяции Ватир, отделенных от Венеры, ставит вопрос о том, достигают ли какие-либо объекты орбит, полностью внутренних по отношению к орбите Меркурия. Принятое соглашение, вероятно, будет называть такой объект вулканоидом, хотя этот термин обычно означает объект, который находился внутри Меркурия на протяжении всего существования Солнечной системы.
- ^ Перейти обратно: а б Льюис, Джон С. (2004). Физика и химия Солнечной системы . Академическая пресса. п. 409. ИСБН 978-0-12-446744-6 .
- ^ Стерн, SA; Дурда, Д.Д. (2000). «Коллизионная эволюция в регионе вулканоидов: последствия для современных ограничений численности населения». Икар . 143 (2): 360. arXiv : astro-ph/9911249 . Бибкод : 2000Icar..143..360S . дои : 10.1006/icar.1999.6263 . S2CID 11176435 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Кампинс, Х.; Дэвис, доктор медицинских наук; Вайденшиллинг, С.Дж.; Маги, М. (1996). «В поисках вулканоидов». Завершение инвентаризации Солнечной системы, Материалы конференции Астрономического общества Тихоокеанского общества . 107 : 85–96. Бибкод : 1996ASPC..107...85C .
