Кентавры (астероиды)

Расположение объектов Солнечной системы. Кентавры (зелёный цвет) лежат внутри пояса Койпера (синий цвет) (Шкала в а. е.; Эпоха на январь 2015; в скобках количество объектов)

Кента́вры — группа астероидов, находящихся между орбитами Юпитера и Нептуна, переходная по свойствам между астероидами главного пояса и объектами пояса Койпера (также по некоторым свойствам похожи на кометы). Они имеют нестабильные, порой сильно вытянутые орбиты, поскольку пересекают орбиты одного или сразу нескольких планет-гигантов. В следствие этого динамическая жизнь кентавров составляет всего несколько миллионов лет, поскольку крупные планеты просто выталкивают эти объекты со своих орбит гравитацией. Объектам этой группы даются имена мифологических кентавров, которые представляют собой смесь лошади и человека. Было подсчитано, что в Солнечной системе существует около 44,000 кентавров с диаметром более 1 км.

Первый кентавр (944) Идальго был обнаружен ещё в 1920 году, однако несмотря на свою необычную орбиту он не был выделен в отдельную группу объектов до 1977 года, когда Чарльзом Ковалем был открыт астероид (2060) Хирон с похожими характеристиками орбиты. Крупнейшим подтвержденным кентавром является (10199) Харикло, диаметр которого составляет около 260 км. Но главной его особенностью является система колец, которая является уникальным явлением для астероида. Однако, по современным данным, открытый двумя годами ранее в 1995 году, кентавр 1995 SN55 может быть несколько больше.

Пока что ни один кентавр не был сфотографирован с близкого расстояния, за исключением спутника Сатурна Феба, заснятого в 2004 году АМС Кассини-Гюйгенс, который по некоторым данным может быть бывшим кентавром, захваченным планетой; а также некоторых данных, которые удалось получить благодаря телескопу Хаббл о поверхности кентавра (8405) Асбол.

По своим физическим характеристикам кентавры представляют собой переходный класс от астероидам к кометам. Поскольку их поверхность богата летучими веществами, при достаточном сближении с Солнцем любой кентавр начал бы проявлять кометную активность. На 2017 год известно о трёх объектах, у которых вблизи перигелия зафиксировано появление комы: (2060) Хирон, (60558) Эхекл и 166P/NEAT; ещё два объекта (52872) Окироя и (471512) 2012 CG подозреваются в подобной активности.

Классификация

Классическое определение кентавров гласит, что это небольшое тело, которое вращает вокруг Солнца между орбитами Юпитера и Нептуна, при этом пересекая орбиты одной или нескольких планет-гигантов. Из-за долгосрочной нестабильности орбит присущей этой области, даже такие объекты как 2000 GM₁₃₇ и 2001 ХZ₂₅₅, которые в настоящее время не пересекает орбиту ни одной планеты, всё равно относятся к данной группе, поскольку возмущения со стороны планет-гигантов всё равно неминуемо приведут к тому, что эти объекты начнут пересекать их орбиты.

Однако разные организации имеют несколько различные критерии для классификации подобных объектов на основе их орбитальных элементов:

• Центр малых планет — перигелий кентавров за пределами орбиты Юпитера $q>5,2a.e.$, большая полуось меньше, чем у Нептуна $a<30,1a.e.$ В настоящее время ЦМП часто объединяет кентавры и объекты рассеянного диска в одну группу.
• Лаборатория реактивного движения — большая полуось кентавров за пределами орбиты Юпитера, но не дальше орбиты Нептуна $5,5a.e.<a<30,1a.e.$
• Глубокий обзор эклиптики (DES) — определяет кентавров, используя динамическую классификационную схему, основанную на моделировании изменений орбиты астероида на 10 млн лет вперёд. Согласно данной схеме, кентаврами являются нерезонансные объекты, чей перигелий меньше большой полуоси Нептуна на протяжение всего времени моделирования $q<30,1a.e.$ Данное определение предполагает сравнительно короткое время жизни на данной орбите.

Бретт Глэдман и Брайан Марсден в сборнике «The Solar System Beyond Neptune» (2008) приводят свою классификацию, согласно которой предлагают считать: кентаврами — объекты с большими полуосями между орбитами Юпитера и Нептуна ($5,2<a<30,1a.e.$) и параметром Тиссерана ${T_{i}}>3,05$ (по отношению к Юпитеру); кометами семейства Юпитера — объекты с перигелием меньше половины расстояния между Юпитером и Нептуном ($q<7,35a.e.$) и параметром Тиссерана ${T_{i}}<3,05$ (по отношению к Юпитеру), чтобы исключить объекты пояса Койпера; объектами рассеянного диска — тела на нестабильных орбитах с большой полуосью больше, чем у Нептуна ($a>30,1a.e.$). Другие астрономы предпочитают определять кентавры как нерезонансные объекты с перигелием внутри орбиты Нептуна, которые, как можно показать, с большой вероятностью пересекают сферу Хилла какого-либо газового гиганта в течение ближайших 10 млн лет, так что кентавры можно рассматривать как рассеянные в направлении внутренней Солнечной системы объекты, которые взаимодействуют сильнее и рассеиваются быстрее, чем типичные объекты рассеянного диска.

На 2017 год было открыто 407 кентавров, но помимо них существует ещё 99 транснептуновых объектов с большой полуосью за орбитой Нептуна ($a>30,1a.e.$), но с перигелием ближе орбиты Урана ($q<19,2a.e.$). Конкретного решения по классификации кентавров пока не было принято, но комитетом по номенклатуре МАС были определены правила наименования для таких объектов. Согласно им, тела с нестабильными и нерезонансными орбитами, пересекающие орбиты крупных планет, а также являющиеся переходными орбитами ТНО и кометами, должны именоваться в честь мифических существ, связанных с оборотнями и персонажами близкими им по смыслу. Пока только два объекта ((42355) Тифон и (65489) Кето) были названы в соответствии с этим правилом.

Из-за различий в классификациях в различных источниках некоторые объекты могут относится к разным группам. Такими объектами, например, являются астероид (944) Идальго, открытый в 1920 году и отнесённый JPL к кентаврам; астероид (44594) 1999 OX3 с большой полуосью 32 а. е., но пересекающий орбиты Урана и Нептуна, был отнесён к внешним кентаврам, но уже в рамках классификации DES; а из внутренних можно упомянуть (434620) 2005 VD, чей перигелий располагается очень близко к орбите Юпитера.

Некоторые крупные кентавры с измеренными диаметрами ((2060) Хирон, (54598) Биенор и (10199) Харикло), по мнению американского астронома Майкла Брауна, заслуживают статуса кандидатов в карликовые планеты.

Орбиты кентавров

Распределение орбит

Орбиты известных кентавров

Диаграмма справа иллюстрирует орбиты известных кентавров по отношению к орбитам планет (внизу рисунка). Объект классифицируется как кентавр, если он расположен между орбитами Юпитера и Нептуна. Для выбранных объектов эксцентриситет орбиты представлен красными линиями, которые показывают диапазон удалённости кентавров от Солнца (от перигелия к афелию).

Как видно из диаграммы вытянутость орбиты (эксцентриситет) у различных кентавров сильно разниться: от почти круговых у (52872) Окироя, (32532) Терей и (10199) Харикло, до сильно вытянутых у (5145) Фол, (7066) Несс, (8405) Асбол и (55576) Амик.

Чтобы проиллюстрировать всю ширину диапазона параметров орбит кентавров, орбиты самых необычных из них выделены жёлтым цветом:

• 1999 XS35 — имеет крайне вытянутую орбиту ($e=0,947$), которая начинается внутри орбиты Земли (0,94 а. е.) и заканчивается за орбитой Нептуна (34 а. е.)
• 2007 TB434 — наоборот, движется по практически идеально круговой орбите ($e=0,026$)
• 2001 ХZ255 — имеет наименьший наклон орбиты к эклиптике ($i=3$°)
• (5335) Дамокл — наоборот, имеет одну из самых наклонённых орбит к эклиптике, а кентавр 2005 JT50 и вовсе имеет наклон в 120°, то есть он движется по орбите в обратную сторону
• (144908) 2004 YH32 — имеет настолько сильно наклонённую орбиту, что если спроецировать её на плоскость эклиптики, то в афелии на такой проекции кентавр будет находиться недалека от орбиты Юпитера, в то время как реальное расстояние от Солнца в этот момент у него будет больше чем до Сатурна.

Изменение орбит

Две модели изменение большой полуоси астероида (8405) Асбол в течение следующих 5500 лет. Результаты моделей расходятся после сближения кентавра с Юпитером в 4713 году

Поскольку кентавры движутся в зонах действия орбитальных резонансов их орбиты крайне неустойчивы — среднее время жизни на этих орбитах составляет 1 — 10 млн лет. Например астероид (8405) Асбол находится в сильном орбитальном резонансе с Ураном 3:4. Исследования динамики их орбит показывает, что орбиты кентавров, вероятно, находятся промежуточном переходном состоянии между орбитами комет семейства Юпитера и орбитами объектов пояса Койпера. Кентавры могут быть выброшены из последнего в результате гравитационных возмущений и перейти на хаотичную орбиту, пересекающую орбиты одной или нескольких планет-гигантов. Однако параметры их орбит из-за постоянных дальнейших сближений с крупными планетами будут непрерывно и стремительно изменяться. В процессе этих изменений некоторые кентавры будут развиваться в сторону пересечения орбиты Юпитера — в результате чего их перигелии будут смещаться во внутреннюю часть Солнечной системы и они перейдут в группу активных комет семейства Юпитера и, в конечном итоге, столкнутся с Солнцем или планетой; другие же будут просто выброшены в межзвёздное пространство или облако Оорта слишком тесного сближения с одной из крупных планет.

Физические характеристики

Большая удалённость и относительно небольшой размер кентавров исключает возможность подробного изучения их поверхности, однако изучение цветового индекса и спектра объекта может рассказать о составе поверхности и происхождении кентавра.

Цвет

Распределение кентавров по цвету

Цвета поверхности кентавров довольно разнообразно, но при этом никак не взаимосвязаны ни с наличием водяного льда, ни с орбитальными параметрами, что сильно затрудняет построение модели состава поверхности этих объектов. Цветовая схема слева строится на основе показателей цвета, а именно соотношения видимой звёздной величины для синего и красного цветофильтра. Диаграмма иллюстрирует эти различия в преувеличенных тонах для всех кентавров с известными показателями цвета. На этой же диаграмме для сравнения приведены цвета с одной стороны спутников Тритона и Фебы, а с другой — планеты Марс (размеры не в масштабе).

По цвету кентавры разделяются на два довольно чётких класса: красноватые (5145) Фол и сине-серые (2060) Хирон.

Существует множество теорий, объясняющих эту разницу в цвете, но их все можно разделить на две группы:

• цветовое различие вытекает из разницы в происхождении и/или состав кентавра;
• цветовое различие отражает разный уровень космического выветривания от радиации и/или кометную активность.

В качестве примеров второй категории, могут выступать кентавр (5145) Фол, красноватый цвет которого может быть обусловлен воздействием радиации на простейшие органические соединения, присутствующие в составе его поверхности, и кентавр (2060) Хирон, который из-за присутствия в составе своей поверхности водяного льда, периодически проявляет признаки кометной активности, окрашивая поверхность в сине-серый цвет. Однако, какой-нибудь взаимосвязи между активностью и цветом кентавров не обнаружено, поскольку среди активных кентавров встречаются объекты как серо-синего ((2060) Хирон), так и красного (166P/NEAT) цвета. С другой стороны, цвет кентавра (5145) Фол может быть обусловлен тем, что он лишь недавно покинул пояс Койпера и потому его поверхность просто не успела трансформироваться под действием изменившихся условий среды.

A. Delsanti и др. предполагают несколько возможных путей таких трансформаций: покраснение в результате радиации и покраснение в результате столкновений и дробления поверхностных пород.

Спектр

Спектры кентавров зачастую интерпретируются неоднозначно, что связано с размерами частиц на поверхности и другими факторами. Как и в случае с цветами, наблюдаемые спектры могут соответствовать сразу нескольким различным моделям. Тем не менее, они позволяют получить представление о составе поверхности.

Благодаря спектральным исследованиям у многих кентавров в составе поверхности были обнаружены следы водяного льда (например, у кентавров (2060) Хирон, (10199) Хариклия и (5145) Фол). Помимо водяного льда в составе этих тел были обнаружен ряд необычных соединений:

• у Хариклия — смесь толинов с аморфным углеродом;
• у Фола — смесь толинов, сажи, оливина и метанолового льда;
• у Окироя — смесь керогена с оливином и водяным льдом;
• у Асбола — смесь толинов и аморфного углерода.

Хирон представляет собой куда более сложный случай. Наблюдаемые спектры меняются в зависимости от периода наблюдений. Следы водяного льда были зафиксированы в период низкой кометной активности, но исчезали в период высокой.

Наиболее известные кентавры

Название	Экваториальный диаметр, км	Большая полуось, а. е.	Перигелий, а. е.	Афелий, а. е.	Открыт	Примечания
(2060) Хирон (Chiron)	218 ± 20	13,710	8,449	18,891	1977	Возможно, имеет кольца
(5145) Фол (Pholus)	185 ± 16	20,431	8,720	32,142	1992
(7066) Несс (Nessus)	около 58	24,558	11,786	37,330	1993
(8405) Асбол (Asbolus)	66 ± 4	17,942	6,834	29,049	1995
(10199) Харикло (Chariclo)	258,6 ± 10,3	15,87	13,08	18,66	1997	самый большой астероид между Главным поясом и поясом Койпера. 26 марта 2014 было объявлено об открытии двух колец вокруг Харикло