В Вулканоиды являются гипотетическая популяция астероидов , что орбита Солнца в динамически устойчивой зоне внутри орбиты планеты Меркурий . Они названы в честь гипотетической планеты Вулкан , которая была предложена на основе неоднородностей орбиты Меркурия, которые, как позже выяснилось, объясняются общей теорией относительности . Пока никаких вулканоидов не обнаружено, и пока не ясно, существуют ли они.
Если они действительно существуют, вулканоиды могли бы легко ускользнуть от обнаружения, потому что они были бы очень маленькими и находились рядом с яркими бликами Солнца. Из-за их 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 мили) и, вероятно, располагаться на почти круговых орбитах около внешнего края гравитационно-стабильной зоны между Солнцем и Меркурием.
Вулканоиды, если они будут обнаружены, могут предоставить ученым материал из первого периода формирования планет , а также понимание условий, преобладающих в ранней Солнечной системе . Хотя было обнаружено, что каждая другая гравитационно-стабильная область в Солнечной системе содержит объекты, негравитационные силы (такие как эффект Ярковского ) или влияние мигрирующей планеты на ранних стадиях развития Солнечной системы, возможно, истощили эту область. любые астероиды, которые могли там быть.
История и наблюдения
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 провел подробные расчеты орбиты Меркурия и обнаружил небольшое расхождение в прецессии перигелия планеты с предсказанными значениями. Он предположил, что гравитационное влияние небольшой планеты или кольца астероидов в пределах орбиты Меркурия могло бы объяснить отклонение. Вскоре после этого, астроном - любитель по имени Эдмон Лекарболь утверждал, что видел предложенную планету Леверье в транзит Солнца Новая планета была названа быстро Vulcan , но никогда не видели, и аномальное поведение орбиты Меркурия объясняется Эйнштейн «с общей теорией относительности в 1915 годе Вулканоиды берут свое имя от этой гипотетической планеты. [2] То, что увидел Лескарбо, вероятно, было еще одним пятном. [3]
Вулканоиды, если они существуют, было бы трудно обнаружить из-за сильной яркости ближайшего Солнца [4], а наземные поиски можно проводить только во время сумерек или во время солнечных затмений . [5] В начале 1900-х годов было проведено несколько поисков во время затмений, [6] которые не выявили никаких вулканоидов, и наблюдения во время затмений остаются распространенным методом поиска. [7] Обычные телескопы не могут быть использованы для их поиска, потому что близлежащее Солнце может повредить их оптику. [8]
В 1998 году астрономы проанализировали данные прибора LASCO космического корабля SOHO , который представляет собой набор из трех коронографов . Данные, полученные в период с января по май того года, не показали никаких вулканоидов ярче 7-й величины . Это соответствует диаметру около 60 километров (37 миль), если предположить, что астероиды имеют альбедо, подобное альбедо Меркурия. В частности, был исключен большой планетоид на расстоянии 0,18 а.е., предсказанный теорией относительности масштабов . [9]
Более поздние попытки обнаружить вулканоиды включали перенос астрономического оборудования над помехами атмосферы Земли на высоты, где сумеречное небо темнее и яснее, чем на земле. [10] В 2000 году планетолог Алан Стерн провел исследования зоны вулканоидов с помощью самолета- разведчика 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 истребителе F-18 . Они совершили три полета над пустыней Мохаве на высоте 15 000 метров (49 000 футов) и провели наблюдения с помощью Southwest Universal Imaging System - Airborne (SWUIS-A). [12]
Даже на этих высотах атмосфера все еще присутствует и может мешать поиску вулканоидов. В 2004 году была предпринята попытка суборбитального космического полета , чтобы получить камеру над атмосферой Земли. Черная Брант ракета была запущена с White Sands, Нью - Мексико , 16 января, неся мощную камеру с именем VulCam, [13] на десять минут полета. [4] Этот полет достиг высоты 274 000 метров (899 000 футов) [13] и сделал более 50 000 снимков. Ни на одном из изображений не было обнаружено вулканоидов, но были технические проблемы. [4]
Поиски данных двух космических аппаратов STEREO НАСА не обнаружили никаких вулканоидных астероидов. [14] Сомнительно, что существуют вулканоиды диаметром более 5,7 км (3,5 мили). [14]
MESSENGER космический зонд сделал несколько изображений из внешних областей Вулканоиды зоны; однако его возможности были ограничены, потому что его инструменты нужно было постоянно направлять от Солнца, чтобы избежать повреждений. [15] [16] Однако до своей кончины в 2015 году аппарат не смог предоставить существенных доказательств наличия вулканоидов.
Орбита
Вулканоид - это астероид, находящийся на стабильной орбите с большой полуосью меньше, чем у Меркурия (т.е. 0,387 а.е. ). [7] [17] Сюда не входят такие объекты, как солнечные кометы , которые, хотя и имеют перигелии внутри орбиты Меркурия, имеют гораздо большие полуоси. [7]
Считается, что вулканоиды существуют в гравитационно стабильной полосе внутри орбиты Меркурия на расстояниях 0,06–0,21 а.е. от Солнца . [18] Все другие столь же стабильные области в Солнечной системе , как было обнаружено, содержат объекты, [8] хотя негравитационные силы, такие как радиационное давление , [9] сопротивление Пойнтинга-Робертсона [18] и эффект Ярковского [5] могут истощили область вулканоидов от исходного содержимого. Может остаться не более 300–900 вулканоидов радиусом более 1 км (0,62 мили), если таковые имеются. [19] Исследование 2020 года показало, что эффект Ярковского-О'Киф-Радзиевского-Пэддака достаточно силен, чтобы разрушить гипотетические вулканоиды размером до 100 км в радиусе во времени, намного меньшем, чем возраст Солнечной системы; Было обнаружено, что потенциальные вулканоидные астероиды неуклонно раскручиваются эффектом YORP до тех пор, пока они не расщепляются с вращением на более мелкие тела, что происходит неоднократно, пока обломки не станут достаточно маленькими, чтобы их вытолкнули из области вулканоидов под действием эффекта Ярковского; это могло бы объяснить, почему не наблюдались вулканоиды. [20] Гравитационная стабильность зоны вулканоидов частично объясняется тем фактом, что есть только одна соседняя планета. В этом отношении его можно сравнить с поясом Койпера . [18] Внешний край вулканоидной зоны находится примерно в 0,21 а.е. от Солнца. Более удаленные объекты нестабильны из-за взаимодействий с Меркурием и будут переведены на орбиты, пересекающие Меркурий, в масштабе времени порядка 100 миллионов лет. [18] Внутренний край четко не определен: объекты ближе 0,06 а.е. особенно восприимчивы к сопротивлению Пойнтинга-Робертсона и эффекту Ярковского, [18] и даже до 0,09 а.е. вулканоиды будут иметь температуру 1000 К или более, что составляет достаточно горячей, чтобы испарение горных пород стало ограничивающим фактором в их жизни. [21]
Максимально возможный объем зоны вулканоидов очень мал по сравнению с поясом астероидов . [21] Столкновения между объектами в зоне вулканоидов будут частыми и очень энергичными, что приведет к разрушению объектов. Наиболее благоприятное место для вулканоидов - это, вероятно, круговые орбиты у внешнего края зоны вулканоидов. [22] Вулканоиды вряд ли будут иметь наклон более 10 ° к эклиптике . [7] [18] Также возможны трояны Меркурия , астероиды, застрявшие в точках Лагранжа Меркурия . [23]
Физические характеристики
Любые существующие вулканоиды должны быть относительно небольшими. Предыдущие поиски, особенно с космического корабля STEREO , исключают астероиды 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 радиационным давлением, а объекты размером менее 70 м будут втягиваться в Солнце за счет сопротивления Пойнтинга-Робертсона . [9] Между этими верхними и нижними пределами считается возможным скопление астероидов от 1 км (0,62 мили) до 6 км (3,7 мили) в диаметре. [10] Они были бы достаточно горячими, чтобы раскалиться докрасна. [17]
Считается, что вулканоиды будут очень богаты элементами с высокой температурой плавления , такими как железо и никель . Маловероятно, что они обладают реголитом, потому что такой фрагментарный материал нагревается и остывает быстрее и на него сильнее влияет эффект Ярковского , чем на твердую породу. [5] Вулканоиды, вероятно, похожи на Меркурий по цвету и альбедо, [7] и могут содержать материал, оставшийся с самых ранних стадий формирования Солнечной системы. [12]
Есть свидетельства того, что Меркурий был поражен большим объектом относительно поздно в своем развитии [5], столкновение, которое лишило большую часть коры и мантии Меркурия, [16] и объясняет тонкость мантии Меркурия по сравнению с мантией других земных существ. планеты . Если такое столкновение произойдет, большая часть образовавшихся обломков все еще может вращаться вокруг Солнца в зоне вулканоидов. [13]
Значимость
Вулканоиды, являющиеся совершенно новым классом небесных тел, были бы интересны сами по себе [23], но выяснение того, существуют ли они или нет, дало бы представление о формировании и эволюции 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. [23] В частности, если вулканоиды существовали или действительно существовали в прошлом, они представляли бы дополнительную популяцию ударников, которые не затронули никакую другую планету, кроме Меркурия, [16] заставляя поверхность этой планеты казаться старше, чем она есть на самом деле. [23] Если будет обнаружено, что вулканоидов не существует, это наложит другие ограничения на формирование планет [23] и предполагает, что во внутренней части Солнечной системы работали другие процессы, такие как миграция планет, очищающая эту область. [18]
Смотрите также
- Астероид Апохеле
- Группы малых планет
- Kreutz Sungrazers
- Список гипотетических объектов Солнечной системы
- Список малых планет, пересекающих Меркурий
- Вулкан (гипотетическая планета)
Рекомендации
- Перейти ↑ Drobyshevskii, EM (1992). «Ударный лавинный выброс силикатов из ртути и эволюция системы Меркурий / Венера». Советская Астр . 36 (4): 436–443. Bibcode : 1992SvA .... 36..436D .
- ^ Standage, Том (2000). Файл Нептуна . Хармондсворт, Миддлсекс, Англия: Аллен Лейн, Penguin Press. С. 144–149. ISBN 0-7139-9472-X.
- ^ Миллер, Рон (2002). Внесолнечные планеты . Книги двадцать первого века. п. 14. ISBN 978-0-7613-2354-9.
- ^ а б в «Вулканоиды» . Планетарное общество. Архивировано из оригинала на 2009-01-08 . Проверено 25 декабря 2008 .
- ^ а б в г Плотва, Джон (2002). "Истребители охотятся за" вулканоидными "астероидами" . National Geographic News . Проверено 24 декабря 2008 .
- ^ Кэмпбелл, WW; Трамплер, Р. (1923). «Поиск внутримеркуриальных объектов». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 35 (206): 214. Полномочный код : 1923PASP ... 35..214C . DOI : 10.1086 / 123310 .
- ^ а б в г д «FAQ: Вулканоидные астероиды» . vulcanoid.org. 2005. Архивировано из оригинала 24 июля 2008 года . Проверено 27 декабря 2008 .
- ^ а б Бритт, Роберт Рой (2004). «Поиск вулканоидов достигает новых высот» . Space.com . Проверено 25 декабря 2008 .
- ^ а б в Шумахер, G .; Гей, Дж. (2001). «Попытка обнаружить вулканоиды с помощью изображений SOHO / LASCO» . Астрономия и астрофизика . 368 (3): 1108–1114. Бибкод : 2001A & A ... 368.1108S . DOI : 10.1051 / 0004-6361: 20000356 .
- ^ а б Уайтхаус, Дэвид (2002-06-27). «Вулкан в сумеречной зоне» . BBC News . Проверено 25 декабря 2008 .
- ^ Дэвид, Леонард (2000). «Поиск вулканоидов» Astronomers Eye 'Twilight Zone' » . Space.com . Архивировано из оригинала 24 июля 2008 года . Проверено 25 декабря 2008 .
- ^ а б в «НАСА Драйден, Юго-западный исследовательский институт по поиску вулканоидов» . НАСА. 2002 . Проверено 25 декабря 2008 .
- ^ а б в Александр, Амир (2004). «Маленький, слабый и неуловимый: поиск вулканоидов» . Планетарное общество. Архивировано из оригинала на 2008-10-11 . Проверено 25 декабря 2008 .
- ^ а б в Steffl, AJ; Каннингем, штат Нью-Джерси; Shinn, AB; Стерн, С.А. (2013). «Поиск вулканоидов с помощью гелиосферного тепловизора STEREO». Икар . 233 (1): 48–56. arXiv : 1301.3804 . Bibcode : 2013Icar..223 ... 48S . DOI : 10.1016 / j.icarus.2012.11.031 .
- ^ Чой, Чарльз К. (2008). «Непреходящие тайны Меркурия» . Space.com . Проверено 25 декабря 2008 .
- ^ а б в Чапмен, CR; Merline, WJ; Соломон, Южная Каролина; Глава, JW III; Стром, Р.Г. (2008). «Первые выводы MESSENGER относительно ранней истории образования кратеров Меркурия» (PDF) . Лунно-планетный институт . Проверено 26 декабря 2008 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ а б Нолл, Лэндон Курт (2007). «Поиск вулканоидов во время солнечного затмения» . Проверено 24 декабря 2008 .
- ^ Б с д е е г ч Эванс, Н. Вин; Табачник, Серж (1999). «Возможные долгоживущие пояса астероидов во внутренней Солнечной системе». Природа . 399 (6731): 41–43. arXiv : astro-ph / 9905067 . Bibcode : 1999Natur.399 ... 41E . DOI : 10.1038 / 19919 .
- ^ Вокроухлицкий, Давид; Фаринелла, Паоло; Боттке, Уильям Ф. младший (2000). «Истощение предполагаемой популяции вулканоидов за счет эффекта Ярковского» . Икар . 148 (1): 147–152. Bibcode : 2000Icar..148..147V . DOI : 10.1006 / icar.2000.6468 .
- ^ https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020AAS...23527701C/abstract
- ^ а б Льюис, Джон С. (2004). Физика и химия Солнечной системы . Академическая пресса. п. 409. ISBN. 978-0-12-446744-6.
- ^ Стерн, С.А.; Дурда, DD (2000). «Коллизионная эволюция в районе вулканоидов: последствия для современных ограничений населения». Икар . 143 (2): 360. arXiv : astro-ph / 9911249 . Bibcode : 2000Icar..143..360S . DOI : 10.1006 / icar.1999.6263 .
- ^ а б в г д Campins, H .; Дэвис, Д.Р .; Weidenschilling, SJ; Маги, М. (1996). «В поисках вулканоидов». Завершение инвентаризации Солнечной системы, Труды конференции Астрономического общества Тихоокеанской конференции . 107 : 85–96. Bibcode : 1996ASPC..107 ... 85C .