По́яс астеро́їдів — частина Сонячної системи, розташована між орбітами Марса і Юпітера, яка є місцем скупчення великої кількості об'єктів різних розмірів, переважно неправильної форми, що називаються астероїдами. У поясі астероїдів розташована карликова планета Церера.

Цю ділянку також часто називають головним поясом астероїдів або просто головним поясом, підкреслюючи тим самим її відмінність від інших подібних зон скупчення малих планет, як-от пояс Койпера за орбітою Нептуна, а також скупчення об'єктів розсіяного диска і хмари Оорта.

Вислів «пояс астероїдів» увійшов у вжиток на початку 1850-х років. Перше використання цього терміна пов'язується з ім'ям Александра фон Гумбольдта і його книгою «Космос: Ескіз фізичного опису Всесвіту» ().

Сумарна маса головного поясу становить близько 4 % від маси Місяця. Більш ніж половина її зосереджена в чотирьох найбільших об'єктах: Церері, 2 Палладі, 4 Весті й 10 Гігеї. Їхній середній діаметр становить близько 400 км, а найбільший з цих об'єктів, Церера, єдина в головному поясі карликова планета, має діаметр понад 950 км і масу, вдвічі більшу від сумарної маси Паллади й Вести. А втім, більшість астероїдів, яких налічується кілька мільйонів, значно менші, до кількох десятків метрів. При цьому астероїди в цій зоні настільки розсіяні, що жодний космічний апарат, що там пролітав, не був ушкоджений.

Причина такого складу поясу астероїдів полягає в тому, що він почав формуватися безпосередньо поблизу Юпітера, гравітаційне поле якого постійно вносило значні збурення в орбіти планетезималей. Отримуваний від Юпітера надлишок орбітальної енергії призводив до жорсткіших зіткнень цих тіл між собою, що перешкоджало їх злипанню в протопланету і її подальшому збільшенню.

Унаслідок цього більшість планетезималей виявилися роздробленими на численні дрібні фрагменти, більша частина яких або була викинута за межі Сонячної системи, чим пояснюється низька щільність поясу астероїдів, або перейшла на витягнуті орбіти, по яких вони, потрапляючи у внутрішню частину Сонячної системи, зіштовхувалися з планетами земної групи; цей феномен отримав назву пізнього важкого бомбардування.

Зіткнення між астероїдами відбувалися й після цього періоду, що приводило до появи численних сімей астероїдів — груп тіл з подібними орбітами й хімічним складом, у які входить значна кількість астероїдів, а також до утворення дрібного космічного пилу, що формує зодіакальне світло.

Крім цього, гравітація Юпітера також створює зони нестійких орбіт, у яких через резонанси з Юпітером практично відсутні астероїди . Астероїд, що потрапляє туди, за відносно короткий час викидається з цієї орбіти за межі Сонячної системи або поповнює популяцію астероїдів, що перетинають орбіти внутрішніх планет. Зараз астероїдів у таких зонах практично не залишилося, але орбіти багатьох невеликих астероїдів продовжують повільно змінюватися під впливом інших факторів.

Головною рисою, що характеризує окремі астероїди, є їхній спектр, за яким можна зробити висновок про хімічний склад цих тіл. У головному поясі залежно від хімічного складу виділені три основні спектральні типи астероїдів: вуглецеві (тип C), силікатні (тип S) і металічні або залізні (тип M). Усі ці типи астероїдів, особливо металічні, цікаві для космічної індустрії в цілому і промислового освоєння астероїдів зокрема.

Історія вивчення астероїдів

Правило Тіціуса — Боде

Своєрідною передісторією початку вивчення поясу астероїдів можна вважати відкриття правила Тіціуса — Боде — залежності, яка наближено описує відстані планет від Сонця. Його суть полягає в тому, що розташування орбіт планет Сонячної системи може бути наближено описане емпіричною формулою:

, де порядковий номер планети (при цьому для Меркурія слід задати , а не відповідає жодній відомій планеті).

Уперше його сформулював і опублікував німецький фізик і математик Йоганн Даніель Тіціус ще 1766 року, але попри те, що воно було справедливе для всіх шести відомих тоді планет (від Меркурія до Сатурна), правило довго не привертало уваги. Так продовжувалося до 1781 року, коли був відкритий Уран, велика піввісь орбіти якого точно відповідала передбаченій цією формулою. Після цього Йоганн Елерт Боде висловив припущення про можливість існування п'ятої від Сонця планети між орбітами Марса і Юпітера, яка відповідно до цього правила повинна була розташовуватися на відстані 2,8 а. о., але ще не була виявлена. Відкриття Церери в січні 1801 року, причому саме на вказаній відстані від Сонця, посилило довіру астрономів до правила Тіціуса — Боде, яка зберігалася аж до відкриття Нептуна.

Відкриття Церери Першим пошуки планети між Марсом і Юпітером ще 1787 року почав барон Франц Ксавер, але після кількох років невдалих спостережень він зрозумів, що потребує допомоги інших астрономів, тому у вересні 1800 року зібрав групу з 24 учених для спільних пошуків планети, створивши подобу неформального клубу під назвою «Товариство Лілієнталю». Однак найбільш відома ця група була як «Himmelspolizei», тобто «небесна поліція». Найвідомішими її членами були Вільям Гершель, Шарль Мессьє і Генріх Ольберс. Вони поділили зодіакальну частину неба поблизу екліптики на 24 частини (за кількістю астрономів), надавши кожному зодіакальну зону завширшки 15° для пошуку планети. Завданням групи був опис координат усіх зір у ділянці зодіакальних сузір'їв на певний момент. У наступні ночі перевірялися координати й виділялися об'єкти, які зміщувалися на більшу відстань. Передбачуване зміщення шуканої планети повинне було становити близько 30 кутових секунд за годину, і його було легко помітити.

Незважаючи на зусилля «небесної поліції», планету випадково виявила людина, що не була в клубі, — італійський астроном з університету Палермо в Сицилії Джузеппе Піацці, який спостерігав її в ніч проти 1 січня 1801 року. Складаючи повний каталог зір із сузір'я Тельця, він виявив маленьку точку світла, що рухалася на тлі зір. Наступні спостереження підтвердили, що це не зоря, а об'єкт Сонячної системи. Спочатку Піацці прийняв її за комету, але відсутність коми наштовхнула його на думку, що цей об'єкт може бути планетою. Об'єкт розташовувався на відстані 2,77 а. о. від Сонця, що майже точно відповідало передбаченням правила Тіціуса — Боде. Піацці назвав планету Церера на честь римської богині врожаю і покровительки Сицилії.

Невдовзі після виявлення об'єкт був утрачений, але завдяки складним обчисленням, які виконав усього за кілька годин 24-річний Карл Гаусс за новим розробленим ним самим методом (метод найменших квадратів), йому вдалося вказати місце, де шукати Цереру, і незабаром вона була знову виявлена.

Відкриття Паллади та інших астероїдів Через 15 місяців, 28 березня 1802 року, Генріх Ольберс відкрив другий великий об'єкт у тій самій ділянці Сонячної системи, який отримав назву Паллада. Її велика піввісь була приблизно така сама, як у Церери, але ексцентриситет і нахил сильно відрізнялися від аналогічних параметрів Церери. Обидва відкриті тіла, на відміну від інших планет, навіть у найсильніші телескопи того часу виглядали як точки: розгледіти їхні диски не вдавалося, і, якби не їхній швидкий рух, їх не можна було б відрізнити від зір. Тому 6 травня 1802 року після вивчення характеру й розміру цих двох нових об'єктів Вільям Гершель запропонував класифікувати їх як окремий клас об'єктів, названий ним «астероїди», від , що означає «зореподібний». Спеціально був обраний дещо неоднозначний термін, щоб він був "достатньо широким для покриття всіх відомих майбутніх відкриттів. Однак, попри зусилля Гершеля ввести цей новий термін, протягом декількох десятиліть астрономи надалі називали нові відкриті об'єкти «планетами». Так, Церера називалася планетою аж до 1860-х років, коли вона все ж таки була віднесена до класу астероїдів, у якому перебувала до 2006 року, коли разом з Плутоном і деякими іншими транснептуновими об'єктами була переведена до карликових планет. Зі збільшенням кількості відкритих астероїдів система їх класифікації та позначення ставала все більш громіздкою, і на початку 1850-х за пропозицією Александра фон Гумбольдта вони були виключені зі складу планет і поступово все частіше почали називатися астероїдами.

Слід зазначити, що австрійський астроном Йозеф Літтров запропонував ще одне, набагато інформативніше найменування — «зенареїд». Утворений від грецьких імен Юпітера і Марса (Зевс і Арес відповідно), цей термін указував на розташування поясу астероїдів між орбітами цих двох планет. Однак термін спізнився: нові тіла вже були названі іншим словом, до того ж термін «зенареїд» був дещо громіздкий і химерний, тому в науку він так і не ввійшов і лише іноді зустрічається в старій німецькій астрономічній літературі.

До 1807 року відкрито ще два об'єкти, які отримали назви Юнона і Веста. Однак на цьому відкриття скінчилися. Почалася епоха наполеонівських війн, що стала своєрідним закінченням першого етапу в історії пошуку астероїдів. Відшукати нові астероїди ніяк не вдавалося, і більшість астрономів, вирішивши, що їх більше немає, припинила дослідження. Однак Карл Людвиг Генке проявив наполегливість, відновивши в 1830 році пошук нових астероїдів, і в 1845-му знайшов Астрею — перший за 38 років новий астероїд. Менш ніж два роки по тому була відкрита Геба, після чого до пошуків долучилися й інші астрономи в усьому світі, і відкриття нових астероїдів пішло прискореними темпами — не менш ніж один за рік. У міру вдосконалення телескопів темпи відкриття астероїдів неперервно зростали, і вже до середини 1868 року відомих астероїдів налічувалося понад сотню.

Коли стало зрозуміло, що крім Церери приблизно на тій самій відстані від Сонця розташовується багато інших менших тіл, щоб якось пояснити це з позиції правила Тіціуса — Боде, була висунута , гіпотетичну планету Фаетон, яка на ранніх етапах формування Сонячної системи зруйнувалася, а її уламки сформували Пояс астероїдів. Згодом ця гіпотеза була спростована, оскільки виявилося, що через гравітаційний вплив Юпітера на цій відстані від Сонця досить велике тіло утворитися просто не могло.

З відкриттям Нептуна 1846 року правило Тіціуса — Боде було остаточно дискредитоване в очах учених, оскільки велика піввісь цієї планети сильно відрізнялася від передбаченої правилом.

Планета i k Радіус орбіти (а. о.) за правилом фактичний Меркурій

0 0,4 0,39 Венера 0 1 0,7 0,72 Земля 1 2 1,0 1,00 Марс 2 4 1,6 1,52 Пояс астероїдів 3 8 2,8 в серед. 2,2—3,6 Юпітер 4 16 5,2 5,20 Сатурн 5 32 10,0 9,54 Уран 6 64 19,6 19,22 Нептун випадає 30,06 Плутон 7 128 38,8 39,5 Ерида 8 256 77,2 67,7

Новий етап у вивченні астероїдів почався з застосуванням 1891 року Максом Вольфом методу астрофотографії для пошуку нових астероїдів. Суть методу полягала в тому, що на фотографіях з довгим періодом експонування астероїди залишали короткі світлі лінії, тоді як зорі залишалися точками завдяки тому, що телескоп обертається разом з небесною сферою. Цей метод значно прискорив виявлення нових астероїдів порівняно з методами візуального спостереження, що використовувалися раніше: Макс Вольф сам виявив 248 астероїдів, починаючи з астероїда 323 Брюсія, тоді як до нього протягом кількох десятиліть їх було виявлено трохи більше ніж 300.

Перша тисяча астероїдів була виявлена до жовтня 1921 року, 10 000 до 1981 рокуАнімація: історія відкриття астероїдів 1980—2010, до 2000 року кількість відкритих астероїдів перевищила 100 000, а станом на 6 вересня 2011 року кількість нумерованих астероїдів становила вже 285 075.