Астероидтар отбасылары: орбиталық элементтері мен пайда болуы
Asteroid family
Астероидтар отбасылары – ұқсас орбиталық элементтері бар астероидтар тобы. Бұл отбасылар бұрынғы соқтығысулардың фрагменттерінен пайда болған. Орбита, көлбеулік туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ұқсас нақты орбиталық элементтерді бөлісетін астероидтар популяциясы
Asteroid population sharing similar proper orbital elements
Астероидтар отбасысы – жартылай үлкен ось, эксцентриситет және орбиталық еңіс сияқты ұқсас нақты орбиталық элементтерді бөлісетін астероидтар тобы. Отбасы мүшелері бұрынғы астероид соқтығысының фрагменттері деп саналады. Астероидтар отбасысы – астероидтар тобынан гөрі арнайы термин, оның мүшелері кейбір жалпы орбиталық ерекшеліктерді бөліссе де, бір-бірімен байланысты болмауы мүмкін.
An asteroid family is a population of asteroids that share similar proper orbital elements, such as semimajor axis, eccentricity, and orbital inclination. The members of the families are thought to be fragments of past asteroid collisions. An asteroid family is a more specific term than asteroid group whose members, while sharing some broad orbital characteristics, may be otherwise unrelated to each other.
Жалпы қасиеттері
Ірі, белгілі отбасыларда бірнеше жүз танылған астероидтар бар (және талданбаған немесе табылмаған көптеген кішірек объектілер). Кішкентай, тығыз отбасыларда онға жуық ғана анықталған мүшелер болуы мүмкін. Басты белдеудегі астероидтердің шамамен 33%-дан 35%-ы отбасы мүшелері болып табылады. 20-дан 30-ға дейін сенімді танылған отбасылар бар, сондай-ақ бірнеше ондаған әлсіз топтар да бар. Көптеген астероид отбасылары астероидтердің басты белдеуінде кездеседі, бірақ Паллас отбасы, Венгрия отбасы және Фокея отбасы сияқты бірнеше отбасылар басты белдеуден кішірек жартылай бас осьте немесе үлкен еңісте орналасқан. Бір отбасы шағын планетамен байланысты екені анықталды. Кейбір зерттеулер троян астероидтары арасында соқтығысқан отбасылардың дәлелдерін табуға тырысты, бірақ қазіргі уақытта дәлелдер нақты емес.
Large prominent families contain several hundred recognized asteroids (and many more smaller objects which may be either not yet analyzed, or not yet discovered). Small, compact families may have only about ten identified members. About 33% to 35% of asteroids in the main belt are family members. There are about 20 to 30 reliably recognized families, with several tens of less certain groupings. Most asteroid families are found in the main asteroid belt, although several family like groups such as the Pallas family, Hungaria family, and the Phocaea family lie at smaller semi major axis or larger inclination than the main belt. One family has been identified associated with the dwarf planet Some studies have tried to find evidence of collisional families among the trojan asteroids, but at present the evidence is inconclusive.
Шығуы мен эволюциясы
Астероидтар отбасылары астероидтардың соқтығысуы нәтижесінде пайда болады деп саналады. Көптеген жағдайларда, бастапқы дене сынып кеткен, бірақ бастапқы дене бұзылмаған үлкен кратерлік оқиғадан пайда болған бірнеше отбасылар да бар (мысалы, Веста, Паллас, Гигея және Массалия отбасылары). Мұндай кратерлік отбасылар әдетте бір үлкен денеден және одан әлдеқайда кіші астероидтардың шоғырынан тұрады. Кейбір отбасыларда (мысалы, Флора отбасы) күрделі ішкі құрылымдар бар, олардың себептері әзірге толыққанды түсіндірілмеген, бірақ бір аймақта әртүрлі уақытта болған бірнеше соқтығысуларға байланысты болуы мүмкін. Пайда болу әдісіне байланысты, көптеген отбасылардың мүшелерінің құрамы өте ұқсас. Ерекше жағдайлар – ірі, дифференциацияланған бастапқы денеден пайда болған отбасылар (мысалы, Веста отбасы). Астероидтар отбасыларының өмір сүру мерзімі миллиард жылға жуық деп есептеледі, бұл әртүрлі факторларға байланысты (мысалы, кіші астероидтар тезірек жоғалады). Бұл Күн жүйесінің жасынан әлдеқайда қысқа, сондықтан Күн жүйесінің ерте кезеңдерінен қалған отбасылар өте сирек. Отбасылардың ыдырауына себеп – Юпитер немесе басқа ірі денелердің әсерінен орбиталардың бірте-бірте өзгеруі, сондай-ақ астероидтардың соқтығысып, кішкентай денелерге айналуы. Мұндай кішкентай астероидтар Ярковский эффектісі сияқты күштерге ұшырайды, бұл оларды уақыт өте келе Юпитермен орбиталық резонансқа түсіруі мүмкін. Олар осы жағдайға жеткеннен кейін астероид белдеуінен салыстырмалы түрде жылдам шығарылады. Кейбір отбасылардың жасы шамамен есептелді, ол жүздеген миллион жылдан бастап, Карин отбасысы сияқты ықшам отбасылар үшін бірнеше миллион жылға дейін жетеді. Ескі отбасыларда кішкентай мүшелердің саны аз болады деп саналады, және осыған байланысты жасы анықталады. Көптеген өте ескі отбасылар кіші және орта мүшелерін жоғалтып, тек үлкен мүшелерін сақтап қалған болуы мүмкін. Мұндай ескі отбасының қалдықтарының мысалы ретінде 9 Метис және 113 Амальтея астероидтарын атауға болады. Бұрынғы көптеген (қазір тараған) отбасылардың бар екенін темір метеориттеріндегі химиялық қатынастарды талдау көрсетіп тұр. Бұл деректер, кем дегенде 50-100 дифференциацияланған бастапқы денелер болғанын көрсетеді, олар кейін сынып, өздерінің ядроларын ашып, метеориттердің пайда болуына себеп болды (Келли және Гаффи 2000).
The families are thought to form as a result of collisions between asteroids. In many or most cases the parent body was shattered, but there are also several families which resulted from a large cratering event which did not disrupt the parent body (e. g. the Vesta, Pallas, Hygiea, and Massalia families). Such cratering families typically consist of a single large body and a swarm of asteroids that are much smaller. Some families (e. g. the Flora family) have complex internal structures which are not satisfactorily explained at the moment, but may be due to several collisions in the same region at different times. Due to the method of origin, all the members have closely matching compositions for most families. Notable exceptions are those families (such as the Vesta family) which formed from a large differentiated parent body. Asteroid families are thought to have lifetimes of the order of a billion years, depending on various factors (e. g. smaller asteroids are lost faster). This is significantly shorter than the Solar System's age, so few if any are relics of the early Solar System. Decay of families occurs both because of slow dissipation of the orbits due to perturbations from Jupiter or other large bodies, and because of collisions between asteroids which grind them down to small bodies. Such small asteroids then become subject to perturbations such as the Yarkovsky effect that can push them towards orbital resonances with Jupiter over time. Once there, they are relatively rapidly ejected from the asteroid belt. Tentative age estimates have been obtained for some families, ranging from hundreds of millions of years to less than several million years as for the compact Karin family. Old families are thought to contain few small members, and this is the basis of the age determinations. It is supposed that many very old families have lost all the smaller and medium sized members, leaving only a few of the largest intact. A suggested example of such old family remains are the 9 Metis and 113 Amalthea asteroid pair. Further evidence for a large number of past families (now dispersed) comes from analysis of chemical ratios in iron meteorites. These show that there must have once been at least 50 to 100 parent bodies large enough to be differentiated, that have since been shattered to expose their cores and produce the actual meteorites (Kelley & Gaffey 2000).
Ағзаларды, кіріп кіретін астероидтерді және фондық астероидтерді анықтау
Негізгі белдеудегі астероидтардың орбиталық элементтері кескінделген кезде (әдетте еңіс пен эксцентриситет, немесе жартылай бас оське қарсы), отбасылық емес астероидтардың біркелкі таралуына қарағанда бірнеше ерекше шоғырланулар көрінеді. Бұл шоғырланулар – астероид отбасылары (жоғарыда қараңыз). Интерлоперлер – өздерінің «дұрыс» орбиталық элементтеріне сүйене отырып, отбасы мүшелері деп жіктелген, бірақ отбасының көп бөлігінен ерекшеленетін спектроскопиялық қасиеттері бар астероидтар. Бұл олардың, нағыз отбасы мүшелерінен айырмашылығы, бір кезде соқтығысу салдарынан фрагменттелген жалғыз ата-аналық денеден пайда болмағанын көрсетеді.
When the orbital elements of main belt asteroids are plotted (typically inclination vs. eccentricity, or vs. semi major axis), a number of distinct concentrations are seen against the rather uniform distribution of non family background asteroids. These concentrations are the asteroid families (see above). Interlopers are asteroids classified as family members based on their so called proper orbital elements but having spectroscopic properties distinct from the bulk of the family, suggesting that they, contrary to the true family members, did not originate from the same parent body that once fragmented upon a collisional impact.
Сипаттама
Нақты айтқанда, отбасылар мен олардың құрамы нақты орбиталық элементтерді талдау арқылы анықталады, қазіргі оскуляциялық орбиталық элементтерді емес, олар ондаған мың жылдар ішінде үнемі өзгереді. Нақты элементтер – бұл қозғалыстың дерлік өзгермейтін тұрақтылары, олар кем дегенде ондаған миллион жылға, мүмкін одан да ұзаққа сақталады. Жапон астрономы Киёцугу Хираяма (1874–1943) астероидтердің нақты элементтерін есептеуді алғашқылардың бірі болып бастады және 1918 жылы ең белгілі отбасылардың бірнешеуін анықтады. Оның құрметіне астероид отбасыларын кейде Хираяма отбасылары деп атайды, әсіресе оның ашқан бес ірі тобына қатысты.
Strictly speaking, families and their membership are identified by analysing the proper orbital elements rather than the current osculating orbital elements, which regularly fluctuate on timescales of tens of thousands of years. The proper elements are related constants of motion that remain almost constant for at least tens of millions of years, and perhaps longer. The Japanese astronomer Kiyotsugu Hirayama (1874–1943) pioneered the estimation of proper elements for asteroids, and first identified several of the most prominent families in 1918. In his honor, asteroid families are sometimes called Hirayama families. This particularly applies to the five prominent groupings discovered by him.
Иерархиялық кластерлеу әдісі
Қазіргі кезде компьютерлік іздеулер жүзден астам астероидтар тобын анықтады. Ең көп қолданылатын алгоритмдер – орбиталық элементтер кеңістігіндегі ең жақын көрші арақашықтығы бойынша топтарды іздейтін иерархиялық кластерлеу әдісі (ИКА) және орбиталық элементтер кеңістігінде астероидтардың тығыздық картасын құрап, тығыздық жоғары нүктелерін анықтайтын толқындық талдау. Топтардың шекаралары шамалы бұлыңғыр, себебі шеттерінде олар негізгі белдеудегі астероидтардың жалпы тығыздығымен біртегін араласады. Осы себепті, тіпті анықталған астероидтардың ішінде де мүшелерінің саны көбінесе шамамен ғана белгілі, ал шеткері астероидтардың топқа жататындығы күмәнді. Сонымен қатар, гетерогендік астероидтар популяциясынан кейбір «қонақтар» тіпті топтың орталық аймақтарында да кездесуі мүмкін. Шынайы топ мүшелері соқтығысу нәтижесінде пайда болғандықтан, олардың құрамы ұқсас болуы керек, сондықтан мұндай «қонақтарды» спектральдық қасиеттері арқылы, топтың көпшілік мүшелерінен өзгешелігі бойынша анықтауға болады. Көрнекті мысал – ең үлкен астероид 1 Церера, ол бір кезде оның атымен аталған топқа (Церера тобы, қазір Гефион тобы) жатқан «қонақ» астероид еді. Спектральдық сипаттамаларды топтың сыртқы аймақтарындағы астероидтардың мүшелігін (немесе оның жоқтығын) анықтау үшін де қолдануға болады, мысалы, Веста тобы үшін, оның мүшелері ерекше құрамға ие.
Present day computer assisted searches have identified more than a hundred asteroid families. The most prominent algorithms have been the hierarchical clustering method (HCM), which looks for groupings with small nearest neighbour distances in orbital element space, and wavelet analysis, which builds a density of asteroids map in orbital element space, and looks for density peaks. The boundaries of the families are somewhat vague because at the edges they blend into the background density of asteroids in the main belt. For this reason the number of members even among discovered asteroids is usually only known approximately, and membership is uncertain for asteroids near the edges. Additionally, some interlopers from the heterogeneous background asteroid population are expected even in the central regions of a family. Since the true family members caused by the collision are expected to have similar compositions, most such interlopers can in principle be recognised by spectral properties which do not match those of the bulk of family members. A prominent example is 1 Ceres, the largest asteroid, which is an interloper in the family once named after it (the Ceres family, now the Gefion family). Spectral characteristics can also be used to determine the membership (or otherwise) of asteroids in the outer regions of a family, as has been used e. g. for the Vesta family, whose members have an unusual composition.
Отбасы түрлері
Жоғарыда айтылғандай, ата-аналық денені бұзбай, тек сынықтарды шығарған соққыдан пайда болған топтар кратерлік отбасылар деп аталады. Басқа терминология, ең айқын "номиналды отбасылардан" (немесе кластерлерден) аз анық немесе статистикалық тұрғыдан сенімсіз топтардың түрлі түрлерін ажырату үшін қолданылған.
As previously mentioned, families caused by an impact that did not disrupt the parent body but only ejected fragments are called cratering families. Other terminology has been used to distinguish various types of groups which are less distinct or less statistically certain from the most prominent "nominal families" (or clusters).
Топтар, үйірмелер, кландар мен тайпалар
"Шоғыр" термині Карин шоғыры сияқты шағын астероидтар отбасын сипаттау үшін де қолданылады. "Топтар" – салыстырмалы түрде аз мүшелері бар, бірақ фоннан анық ерекшеленетін топтамалар (мысалы, Юно тобы). "Клан" – фондық тығыздыққа өте біртіндеп араласып, немесе күрделі ішкі құрылымы бар топтамалар, олардың бір күрделі топ немесе бірнеше байланыссыз, бірақ үсті-үстіне жатқан топтар екенін анықтау қиын (мысалы, Флора отбасы "клан" деп аталады). "Тайпалар" – мүшелерінің орбиталық параметрлерінің шағын тығыздығы немесе үлкен белгісіздігі салдарынан фонға қатысты статистикалық маңыздылығы күмәнді топтар.
The term cluster is also used to describe a small asteroid family, such as the Karin cluster. Clumps are groupings which have relatively few members but are clearly distinct from the background (e. g. the Juno clump). Clans are groupings which merge very gradually into the background density and/or have a complex internal structure making it difficult to decide whether they are one complex group or several unrelated overlapping groups (e. g. the Flora family has been called a clan). Tribes are groups that are less certain to be statistically significant against the background either because of small density or large uncertainty in the orbital parameters of the members.