Переглядів: 3890
У 1876 р., коли було відомо всього близько 150 астероїдів, Д. Кірквуд намагався розібратися в"хаосі" астероїдних орбіт і знайшов близько 10 груп астероїдів, кожна з яких складалася всього з 2-3 членів, що рухалися подібним орбітах. Серед них виявилися, наприклад, 3 Юнона і 97 Клота.
Здавалося, що такі групи можна розглядати, як пов'язані спільністю походження і що члени груп - уламки більш великих тел. Спроби Кирквуда продовжив Ф. Тиссеран, склав у 1891 р. свій список з 417 астероїдів. Число груп зростала по мірі зростання числа відкритих астероїдів.
По суті, це був варіант гіпотези Ольберса, тільки спорідненість поширювалася не на всі астероїди, а на деякі групи. Але справа виявилася зовсім не таким простим, а спорідненість у групах сумнівним. Це стало ясно, коли японський астроном К. Хіраяма в 1918-1919 рр. звернув увагу на те, що схожість орбіт астероїдів зовсім не означає, що ці астероїди в минулому були частинами одного, більш великого тіла. При великому числі астероїдів не виключено об'єднання астероїдів в групи з-за випадкового подібності їх орбіт. Але головна помилка полягала в тому, що в пошуках "родичів" порівнювалися сучасні орбіти астероїдів. Між тим обурення з боку планет, накопичуючись з плином часу, могли поступово до невпізнання і по-різному змінити орбіти тих астероїдів, які дійсно були уламками одного і того ж тіла і справді рухалися в минулому за схожих орбітах. З іншого боку, схожість сучасних орбіт ще не означає, що і в далекому минулому астероїди рухалися по подібним орбітах. Тому, використовуючи методику Кирквуда, якщо і можна виявити реальні групи "родичів", то лише утворилися зовсім недавно, скажімо, 1000 років тому.
Хіраяма поставив питання: чи можна виявити групи астероїдів, пов'язаних давнім корінням, тобто сімейства астероїдів (як він їх назвав), і як це зробити?
Теорія руху супутників планет з урахуванням збурень, розроблена ще раніше Лангражем, вказувала, що эксцентриситеты і нахили орбіт супутників залишаються майже незмінними на великих проміжках часу, в той час як довготи перицентра і вузла орбіти безперервно змінюються. Це призвело Хираяму до ідеї "інваріантних" (незмінних) елементів астероїдних орбіт, які теж не змінювалися б (або змінювалися повільно) під дією планетних збурень. Такі елементи можна було використовувати для пошуків сімейства астероїдів. Хіраяма знайшов такі інваріантні елементи і назвав їх власними елементами орбіти, тобто успадкованими астероїдами від їх "батьків". Звичайно, при дробленні астероїдів їх уламки, отримавши різні, про малі добавки до орбітальної швидкості, рухаються по різних орбітах зі злегка різними власними елементами. Проте ці відмінності не настільки великі, щоб перешкодити дізнатися члени сімейства.
Взагалі кажучи, власні елементи являють собою кеплеровы елементи орбіт астероїдів, виправлені за вікові збурення. У типових орбіт власні нахили і эксцентриситеты майже не схильні до вікових змін, і можна вважати, що вони залишалися незмінними протягом мільярда років. Що стосується довготи перигелію і довготи вузла, то вони змінюються значно швидше. Власна довгота перигелію дуже повільно (зі швидкістю від десятків секунд до десятків хвилин дуги на рік), але безперервно зростає, а власна довгота вузла зменшується з тією ж швидкістю. для тіл в кільці астероїдів періоди обертання перигелію і висхідного вузла орбіти навколо Сонця порядку декількох тисяч років. Вони зростають зі зменшенням розмірів орбіт.
Таким чином, астероїди довго "пам'ятають" лише нахил орбіти і її ексцентриситет, але швидко "забувають" свій вузол і перигелій.
Хіраяма вирішив скористатися власним нахилом і ексцентриситетом орбіт для пошуків сімейств. Спочатку, щоб спростити розрахунки, він враховував тільки обурення від Юпітера, нехтуючи більш слабким впливом Сатурна та інших планет. Йому вдалося виявити три родини (родини Феміди, Еос і Меніппа, названі по одному з членів родин), а потім ще чотири і менш упевнено, ще шість. Але скоро Хираяме стало ясно, що враховувати вплив Сатурна та інших планет, все ж необхідно. Сатурн, наприклад, робив помітний вплив на астероїди з малим середнім добовим рухом. Зробивши це, Хіраяма прийшов до висновку про існування п'яти родин - Феміди, Еос, Меніппа, Марії і Флори. До цих сімейств він у 1923 р. відніс десятки відомих астероїдів. Надалі вони були поповнені астероїдами, відкритими пізніше.
Найчисленнішим виявилося сімейство Флори. Д. Бауер, на підставі уточненої їм теорії збурень, розділив його на чотири окремих сімейства - I, II, III і IV.
До 70-х років стало ясно, що "сімейність" широко поширена серед астероїдів : 1697 нумерованих до цього часу астероїдів 712 (або 42 %) були віднесені до 37 родин. Вони ще "пам'ятають" орбіту батьківського тіла. Аналогічною виявилася ситуація у більш дрібних астероїдів Паломар-Лейденського огляду: 980 нових астероїдів 389 (40 %) увійшли в те чи інше сімейство, вже відоме або нове.
Сімейство виявляє себе як область підвищеної концентрації точок на розподілах власних елементів орбіт. Межі сімейств проводяться не завжди впевнено, і віднесення астероїда до того чи іншого сімейства іноді залишається сумнівним. До того ж, коли різні дослідники враховують обурення від планет з різним ступенем точності і відбирають члени родини, користуючись злегка різними критеріями, вони отримують трохи різні результати. Проте ці відмінності не принципові і не дозволяють сумніватися в самому існуванні сімейності у астероїдів. Японський дослідник В. Козаи до кінця 70-х років серед 2125 нумерованих астероїдів близько 3/4 відніс до 72 родин. Американські дослідники Дж. Градье, К. Чепмен і Дж. Вільямс вважають, що число сімейств перевищує 100. Однак доводиться бути уважним, щоб не прийняти за сімейство випадкову групу точок. Довгий час вважали, що існує сімейство Угорщини (a=1,8 a.e. ) і Фокен (a=2,4 a. e. ) на орбітах великого нахилу (власне нахил 20-25O). Проте насправді це лише групи випадкових астероїдів, ізольовані від решти частини кільця порожніми зонами вікових резонансів. Астероїди в них не пов'язані спільністю походження точно так само, як члени груп Гильды, Аполлона, Амура або Атона. Вони мають лише подібну динамічну еволюцію орбіт.
Поки не ясно, чи існує сімейство Паллади, або ми знову, як у випадку з Угорщиною і Фокеей, маємо справу з групою астероїдів, ізольованою віковими резонансами.
Багато колекції налічують десятки і сотні відомих членів. Припускають, що справжнє число членів родин на один - два порядки більше.
В кінці 60-х років астрофізик Х.Альвен спробував виявити в кільці астероїдів (точніше, вже відомих родинах) соколики недавнього походження. Для цього він виділив орбіти, схожі не з двох, а з чотирьох власним елементів (не рахуючи великої півосі), у тому числі з власної довготою перигелію і власної довготі сайту. У колекції Флори I Альвен знайшов 13 таких астероїдів (із 23), а в родинах Флори II, III і IV він виявив ще дві групи, що складаються з 20 і 28 астероїдів. Аналогічні групи були виявлені і в інших родинах. Альвен назвав їх струминними потоками, або просто струменями, або потоками.
Як би тісно не виявилися розташованими вузли орбіт в момент утворення осколків при дробленні батьківського тіла сімейства, з-за невеликих відмінностей у розмірах орбіт через кілька сотень тисяч років осколки все одно розподіляться більш або менш рівномірно по всьому долготам. Тому струменеві потоки можна розглядати як молоді освіти, свідчать про недавні дроблення, сталися вже в епоху існування на Землі людини. Правда, сам Альвен дотримується іншої думки: він вважає, що струминні потоки являють собою структурні утворення тіл, що знаходяться на шляху до акумуляції (об'єднання).
Спроби виділити струменеві потоки робили й інші дослідники. Користуючись злегка різними критеріями відбору, вони отримували досить суперечливі результати: і самі потоки, і їх члени виявлялися різними. Це дає привід сумніватися в можливості виявлення, так і в самому існуванні багатьох з них.
Радянський астрофізик Б.Ю.Левин показав, що значна частина родин і струменів містить лише один досить великий астероїд, різко виділяється серед інших більш дрібних членів сімейства або струменя. З 54 розглянутих ним сімейств і струменів у 14 (26%) найбільший член перевершує інші по масі на порядок і більше. У чотирьох випадках (7%) розбіжності за масою виявляються просто колосальним - у 1000 разів і більше. Це означає, що глава сімейства має поперечник більш, ніж в 10 разів перевершує поперечники інших астероїдів. Головами подібних сімейств є Церера і Веста.
Виникнення подібного сімейства або струминного потоку може бути пов'язано із зіткненням астероїдів, сильно розрізняються за масою, коли більший астероїд не розвалюється націло, а лише втрачає у вигляді осколків значну частину маси, а також з косими, майже дотичними зіткненнями астероїдів з порівнянними масами. в останньому випадку можливе утворення родин із двома великими членами. Таким сімейством є що містить 19 Фортуну і 21 Лютецію.
Але більшість сімейств утвориввісь, мабуть, при катастрофічних руйнування астероїдів, що дали початок цим родинам, і не містить подібних астероїдів - велетнів.
Уламки, що утворилися при дробленні астероїда, через злегка різних у них гелиоцентрических швидкостей обганяють один одного, залишаючись в околицях орбіти батьківського тіла. Протягом кількох років або десятків років вони розтягуються вздовж всієї орбіти, утворюючи рой. Забавно, що вцілілі "батьки" сімейств не терплять своїх "дітей". Батьківські астероїди вичерпують їх з роя, причому із-за малої відносної швидкості (десятки або сотні метрів в секунду) зустріч астероїда зі своїм уламком не призводить до подальшого дроблення: осколок просто заривається в реголіт своїх батьків (під реголитом розуміється поверхневий шар, перемелений падіннями численних дрібних астероїдних осколків). Втім, така доля осягає дуже небагатьох. Крім того, шляхом гравітаційного впливу батьки виганяють свої уламки на периферію виник роя, знижуючи просторову густину тіл у рої. Аналогічну дію надають на рой і планетні обурення.
Однак з утворенням сімейств при дробленні астероїдів справа йде зовсім не так просто, як може здатися. Коли в 1982 році співробітники Технологічного інституту в Пасадені (США) Д.Дэвис, К.Чепмен, Р.Гринберг і С.Вайденшиллинг спеціально досліджували питання про утворення сімейства Еос, то виявилося, що батьківський астероїд, розміри якого перевищували, мабуть, 180 км, перш ніж випробувати катастрофічне зіткнення з досить великим об'єктом (в результаті чого і повинно було б утворитися сімейство), повинен був зіткнутися принаймні з десятком більш дрібних тел. Під дією ударів батьківський астероїд повинен був "розвалитися" на блоки з характерними розмірами порядку 10 км, які утримувалися один біля одного тільки силами тяжіння. Між тим, зберігся об'єкт поперечником в 98 км (це сам Еос). Можна припустити, що це зберігся 20-відсотковий залишок маси, що складається з не розлетілися осколків. Але тоді, як вважають дослідники, наступне за величиною тіло повинно було б мати поперечник всього 5 км. Між тим другий за величиною член родини має поперечник 80 км. Лише за допомогою серії вельми штучних припущень вдається обійти ці труднощі.