Астрономы постоянно прочесывают небо в поисках опасных – их еще называют околоземными – астероидов. Маршруты некоторых лежат внутри земной орбиты, то есть они ближе к Солнцу, чем наша планета. Долгое время они оставались гипотетическими.

В подобных открытиях существуют объективные сложности: эти астероиды, в отличие от других, нельзя наблюдать в противосолнечной области, они всегда расположены на относительно небольших элонгациях – угловых расстояниях от Солнца. Это значит, что искать космические тела надо в сумеречном и околосумеречном сегменте. Наблюдения в этих зонах затруднены, поэтому первое достоверное открытие сделали лишь в 2003 году – после развертывания системы автоматизированных обзоров по поиску околоземных астероидов.

Первенец получил имя Атиры (давшее название всему классу подобных тел) в честь богини индейского племени пауни из штата Оклахома. Астероид открыли в американском обзоре LINEAR. У 163693 Atira максимально возможная элонгация – порядка 75 градусов, но достигает он ее далеко не каждый год.

Орбита астероида из группы ватир 2020 AV2 полностью находится внутри орбиты Венеры. Ученые предсказывали существование еще более близких к Солнцу астероидов, движущихся полностью внутри орбиты Венеры. Их пока неофициально назвали ватирами – венерианскими атирами.

Ватиры начали искать в 2013 году с помощью канадского спутника NEOSSat, предназначенного для слежения за опасными объектами. Вскоре наземный проект Паломарской обсерватории Zwicky Transient Facility (ZTF) в Калифорнии, наблюдающий за удаленными транзиентами, в основном сверхновыми, вошел в игру.

В 2019-м ZTF открыл два атира – 2019 AQ3 и 2019 LF6 – с самыми короткими периодами обращения из известных. Это означало, что их венерианские аналоги существуют и, вероятно, многочисленны, поскольку есть механизм перехода на более близкую к Солнцу орбиту.

Первый ватир ZTF открыл 4 января 2020 года. У это комплекса уникальная огромная матрица, снимающая сразу большие области неба, и хорошее ПО. Впервые предприняты масштабные поиски на малых солнечных элонгациях, где другие обзоры почти или вообще не работали из-за технических сложностей и малых перспектив обнаружить околоземные астероиды. Тут максимально возможная элонгация уже ниже 45-50 градусов, а классические обзоры обычно ограничиваются примерно 60 градусами, что резко осложняет задачу. Но поскольку в наблюдаемом спектре оказались довольно крупные астероиды, их увидели, как только начали искать. Очевидно, можно ждать и следующие подобные открытия от ZTF.

Согласно расчетам братьев де ла Фуэнте Маркос из Мадридского университета Комплутенсе, 2020 AV2 изначально был атирой, но примерно сто тысяч лет назад сблизился с Меркурием, сменил орбиту и перешел в разряд ватир. Еще через двести тысяч лет он может уйти и из-под влияния Меркурия.

Причина тому – механизм Лидова–Козаи, вызывающий колебания (осцилляции) орбиты малого тела под действием сил притяжения планет. Траектория становится все более эллиптической, наклоняясь все сильнее к плоскости орбиты ближайшей планеты, пока его не разрывают приливные силы.

Атиры и ватиры не совсем безобидны. Многие относятся к подклассу потенциально опасных околоземных астероидов. Из-за гравитационного взаимодействия с Землей, Венерой и Меркурием они могут изменять орбиты и в итоге попадать на траектории столкновения с Землей. За исключением двух популяций, которые могут быть стабильны, но еще не открыты, их орбиты нестабильны, и в долгосрочной перспективе, на масштабах десятков тысяч лет, они могут стать угрозой землянам.

К примеру, диаметр 163693 Atira – 4,8 километра, а 2020 AV2 – приблизительно два километра. Для сравнения: астероид, породивший челябинский метеорит, при входе в атмосферу был размером примерно 17 метров в продольной оси, а разрушения произвел довольно заметные.

Самое интересное в популяции атир – и в большей степени ватир – исследовательские перспективы, некая научная неизвестность. Из-за сложностей наблюдений внутри орбиты Венеры мы почти ничего не знаем о скоплении существующих там малых тел, разве что там нет объектов более пятидесяти километров в поперечнике, как следует из наблюдений на коронографе космического телескопа SOHO. И конечно, еще больше интригуют потенциальные вулканоиды – группа (население) астероидов внутри орбиты Меркурия. Ни один из них пока не открыт.

Вулканоиды ‒ это гипотетические небольшие раскалённые астероиды между Меркурием и Солнцем. Учёные считают, что вулканоиды существуют потому, что пространство между Меркурием и Солнцем стабильно. Стабильные области часто содержат много астероидов, точно так же, как это происходит в поясе астероидов между Марсом и Юпитером и в Поясе Койпера, расположенном за пределами Нептуна.

Исследователи считают, что эти вулканоиды врезаются в Меркурий и образовывают многие из тех кратеров, которые мы наблюдаем на этой планете. Однако пока учёные никаких вулканоидов не обнаружили.

Они не могут найти их с помощью телескопов, потому что свет от Солнца повредит оптику. Тем не менее, исследователи пытаются обнаружить вулканоиды во время затмений, рано утром и поздним вечером. Кроме того, они пытаются использовать телескопы, установленные на высотных реактивных самолетах.

Вулканоиды – это вид гипотетических астероидов, которые располагаются внутри орбиты ближайшей к Солнцу планете – Меркурия. Они могут располагаться на расстоянии в 0,08–0,21 а.е. от Солнца, в динамически спокойной зоне.

Существование вулканоидов до сих пор официально не подтверждено, несмотря на тщательные поиски. Всему виной чрезвычайная яркость Солнца. NASA даже подключали истребители F/A-18 на большой высоте и суборбитальные канадские ракеты Black Brant, не говоря уже о наземных наблюдениях, но пока всё безрезультатно. Скорее всего, диаметр гипотетических вулканоидов не превышает 5,7 км, поскольку более крупные объекты уже были бы обнаружены.

Свое название вулканоиды получили от предполагаемой планеты Вулкан, которую многие астрономы XIX века искали для объяснения странной орбиты Меркурий. Предполагалось, что смещение перигелия (ближайшая к Солнцу точка орбиты) этой планеты происходит в связи с гравитационным воздействием другой планеты – Вулкан.

Эта особенность Меркурия обнаружили в 1859 году. По мнению многих ученых, эта находка сыграла исключительную роль в истории физики. Всё дело в том, что аномальное смещение перигелия Меркурия никак не подчинялось ньютоновскому закону всемирного тяготения. Перед физиками всего мира встала острая необходимость доработать теорию тяготения или выйти на новый уровень физики.

И только в 1915 году, знаменитый Альберт Эйнштейн представил свою общую теорию относительности. Из уравнений ОТО вытекало как раз именно то значение смещения, которое и наблюдалось фактически у Меркурия. Позже, уравнения ОТО также объяснили смещение орбит нескольких других космических объектов, значения которых также совпали.

Ричард Фейнман в свое время заметил, что долгое время ньютоновская теория тяготения полностью подтверждалась наблюдениями, но для объяснения едва заметного смещение в движении Меркурия потребовалась фундаментальная перестройка всей теории на основе нового понимания гравитации.

Телескопы SOHO несколько лет вглядывались в окрестности Солнца, и теперь можно почти определенно сказать, что крупной планеты (диаметром более 100 км) вблизи Солнца не существует. Однако все эти годы и теоретики не сидели без дела: они доказали, что внутри орбиты Меркурия существует зона устойчивого движения, где могли бы сохраниться небольшие фрагменты несформировавшейся планеты, похожие на астероиды. Кстати, в свое время неутомимый Бабине и для них придумал название – циклопы. Но сегодня их почему-то называют вулканоидами.

Небесные механики рассчитали положение области устойчивых орбит вблизи Солнца: внешняя граница «зоны вулканоидов», за которой их ждут сильные возмущения от больших планет, удалена от светила на 0,21 а. е. Напомним, что Земля удалена от Солнца на 1 а. е., а Меркурий – на 0,39 а. е. Внутренняя граница зоны вулканоидов находится на расстоянии 0,07 а. е. от Солнца. Оказывается, подлетать ближе к светилу для них опасно: под давлением солнечного света они могут довольно быстро затормозиться и упасть на Солнце.

Предвидим удивление читателя: давление солнечного света направлено от Солнца, как же оно может прижимать планету к светилу? Отчасти это верно: если бы планета была неподвижна, то давление на нее солнечных лучей действовало бы строго против силы притяжения и чуть-чуть бы ее ослабляла. Но для крупного тела эффект светового давления был бы совершенно незаметным. Все равно как если под крышу автобуса поместить надутый гелием шарик, который уменьшит вес многотонной машины на несколько граммов, но не сдвинет ее с места.

Иное дело, если те же несколько граммов будут тянуть автомобиль вперед: в этом случае (на ровной дороге при отсутствии трения) машина начнет двигаться, постепенно ускоряя свой бег. А если автомобиль уже катился по инерции, как планета по орбите, то даже слабая тормозящая сила будет замедлять его движение; в конце концов автомобиль остановится. Но планета не может остановиться на орбите – при этом она просто упадет на Солнце.

Пример с автомобилем мы выбрали не случайно. Даже в безветренный день, двигаясь вперед, автомобиль испытывает сопротивление воздуха – ветер всегда дует в лицо водителю. Примерно так же ведет себя солнечный свет: на движущуюся планету он падает не точно от Солнца, а чуть-чуть спереди. Этот эффект называют аберрацией света и обычно объясняют на примере дождя: пока мы стоим неподвижно, дождь льет сверху, а начнем бежать – хлещет в лицо.

Лобовое давление солнечных лучей на космический объект называют эффектом Пойнтинга–Робертсона, поскольку впервые на него указал в 1903 г. английский физик Джон Генри Пойнтинг (1852–1914), а окончательно разъяснил его в 1937 г. американский физик Г. П. Робертсон. Этот эффект всегда тормозит планету и приближает ее к Солнцу, причем делает это тем активнее, чем меньше планета.

Поэтому эффект Пойнтинга-Робертсона важен для самых мелких вулканоидов, размером не больше булыжника. А для крупных вулканоидов, размером во много метров и даже километров, гораздо важнее оказался недавно открытый эффект лучевой отдачи, или эффект Ярковского, также обязанный своим существованием солнечному свету. Сущность его состоит в том, что освещенная Солнцем поверхность астероида нагревается, а когда вращение уносит ее в тень, излучает накопленное тепло в инфракрасном диапазоне. Поток излучения действует как реактивный двигатель, и отдача немного изменяет орбиту астероида.

Изучение околоземных астероидов является ключевым фактором для улучшения наших знаний об эволюции Солнечной системы и того, как формировались планеты. Также эти астероиды могут представлять опасность для Земли.

Но многие из них тяжело увидеть из-за того, что они скрываются в ярких лучах Солнца, ведь их орбиты проходят очень близко к нашей звезде. Но за последние несколько лет ученые смогли обнаружить много новых астероидов, о которых раньше ничего не было известно и эти исследования продолжаются сейчас, что дает возможность пополнять астрономам каталог новых околоземных объектов.

Изучение околоземных астероидов является ключевым фактором для улучшения наших знаний об эволюции Солнечной системы и того, как формировались планеты. Также эти астероиды могут представлять опасность для Земли.

Предыдущие наблюдения за космосом показали, что за многие миллиарды лет в Солнечной системе сформировалось определенное стабильное количество астероидов. Но последующие исследование дали возможность ученым предположить, что их количество все же увеличивается. Особенно это касается околоземных астероидов. Новый набор научных данных, которые астрономы получили с помощью космического телескопа Gaia, показал, что в нашей планетной системе эти космических камней больше как минимум в 10 раз, чем считалось раньше.

Сейчас основная теория происхождения околоземных астероидов состоит в том, что почти все они прибыли к нам из главного пояса астероидов, который находится между Марсом и Юпитером. Но могут быть и другие места, которые находятся намного дальше, из которых прилетают новые астероиды и пополняют количество Атиров и Ватиров.

Чем меньше по размеру околоземные астероиды, тем их труднее обнаружить. Хотя ученые считают, что уже обнаружено примерно 90% астероидов, которые представляют угрозу для нашей планеты и имеют диаметр 1 км или больше.