Почему на астероидах отсутствует атмосфера?

На большинстве астероидов отсутствует атмосфера прежде всего потому, что они обладают слишком маленькой массой и, следовательно, слишком слабой гравитацией, чтобы длительное время удерживать вокруг себя газы. Однако это не единственная причина. На отсутствие атмосферы также влияют размеры астероидов, температура их поверхности, воздействие солнечного излучения и особенности их формирования.

Чтобы разобраться в этом подробнее, нужно понять, как вообще возникают атмосферы небесных тел и почему одни объекты способны их сохранять, а другие нет.

1. Слабая гравитация — главная причина

Атмосфера представляет собой газовую оболочку, которую небесное тело удерживает благодаря собственному гравитационному притяжению.

У Земли достаточно большая масса, поэтому её гравитация не позволяет большинству молекул атмосферных газов свободно улетать в космическое пространство.

У астероидов ситуация совершенно другая. Большинство из них имеют размеры от нескольких метров до нескольких десятков километров. Даже самые крупные астероиды значительно уступают Земле по массе.

Чем меньше масса небесного тела, тем слабее его гравитация и тем ниже скорость, необходимая частице для окончательного преодоления его притяжения. Эта скорость называется второй космической скоростью, или скоростью убегания.

Для сравнения:

• На Земле скорость убегания составляет около 11,2 км/с.

• На Луне — около 2,38 км/с.

• На астероиде диаметром примерно 1 километр при типичной плотности вещества — всего около 0,5 м/с.

Таким образом, на небольшом астероиде даже относительно медленно движущиеся молекулы газа могут покинуть его поверхность и улететь в космос.

При этом молекулы газов постоянно находятся в хаотическом тепловом движении. При обычных для астероидов температурах их скорости могут составлять сотни метров в секунду, что многократно превышает скорость убегания с поверхности небольших астероидов.

Поэтому газ, выделившийся из вещества астероида, обычно быстро рассеивается в окружающем космическом пространстве.

2. Воздействие солнечного излучения

Вторая важная причина — воздействие Солнца.

Астероиды, особенно находящиеся во внутренней части Солнечной системы, постоянно подвергаются действию солнечного излучения и потока заряженных частиц, называемого солнечным ветром.

Эти факторы способствуют потере газов несколькими способами.

Во-первых, солнечное излучение нагревает поверхность астероида. При повышении температуры увеличивается средняя скорость движения молекул газа, и им становится ещё легче преодолевать слабое гравитационное притяжение.

Во-вторых, ультрафиолетовое излучение способно разрушать молекулы и ионизировать атомы. Образовавшиеся ионы могут взаимодействовать с солнечным ветром и уноситься в космос.

В-третьих, солнечный ветер может способствовать удалению частиц из крайне разреженной газовой оболочки.

Следовательно, даже если вокруг небольшого астероида на некоторое время образуется газовая среда, солнечное воздействие препятствует её длительному сохранению.

3. Недостаточное количество газов

Для формирования атмосферы небесному телу необходимо не только удерживать газ, но и иметь его источник.

Земная атмосфера формировалась в течение миллиардов лет. Существенную роль в её возникновении сыграли выделение газов из недр планеты, вулканическая деятельность, поступление летучих веществ и последующие химические и биологические процессы.

У большинства астероидов нет таких мощных и продолжительных источников газов.

Многие астероиды состоят преимущественно из каменистого вещества и металлов. Некоторые содержат лёд, гидратированные минералы и другие летучие соединения, однако их запасы и условия выделения обычно недостаточны для формирования устойчивой атмосферы.

Кроме того, небольшие астероиды быстро теряли внутреннее тепло после своего образования. Поэтому большинство из них не обладает активными геологическими процессами, которые могли бы постоянно пополнять газовую оболочку.

Даже если при нагревании астероида из его пород или льда выделяются газы, слабая гравитация не позволяет удерживать их надолго.

4. Маленькие размеры и быстрое остывание

Размер небесного тела имеет большое значение не только для силы тяжести, но и для его внутренней температуры.

Большие планеты способны сохранять внутреннее тепло на протяжении миллиардов лет. Это поддерживает различные геологические процессы, включая вулканизм и движение расплавленного вещества.

Астероиды значительно меньше, поэтому отношение площади их поверхности к объёму обычно гораздо больше, чем у планет.

Из-за этого небольшие астероиды сравнительно быстро отдают накопленное тепло.

В результате большинство из них сегодня представляет собой холодные, геологически малоактивные тела.

Отсутствие значительной внутренней активности уменьшает количество газов, которые могли бы поступать из недр и образовывать атмосферу.

5. Столкновения с другими небесными телами

Астероиды нередко сталкиваются друг с другом и с более мелкими космическими объектами.

При таких столкновениях возникают ударные волны, происходит выброс пыли, фрагментов породы, а иногда и газообразных веществ.

Если у астероида существовала крайне разреженная газовая оболочка, ударные процессы могли бы способствовать потере части её вещества.

Кроме того, столкновения способны разрушать астероиды, изменять их размеры и распределение летучих соединений.

Правда, столкновения могут не только удалять вещество, но и временно создавать облака газа и пыли вокруг астероида. Однако такие облака обычно быстро рассеиваются.

6. Могут ли астероиды всё-таки иметь атмосферу?

Интересно, что утверждение о полном отсутствии атмосферы у всех астероидов не совсем точно.

Некоторые из них способны создавать вокруг себя временные, чрезвычайно разреженные газовые оболочки. Однако они принципиально отличаются от плотной и устойчивой атмосферы Земли.

Например, когда богатый льдом астероид приближается к Солнцу, его поверхность может нагреваться настолько, что лёд начинает сублимировать, то есть непосредственно превращаться в газ.

В результате вокруг небесного тела может возникать разреженное газопылевое облако. Подобные процессы наблюдаются у некоторых активных астероидов, в том числе объектов главного пояса астероидов, проявляющих кометную активность.

Другим примером является Церера — крупнейшее тело главного пояса астероидов, которое сегодня классифицируется как карликовая планета.