1. Закономерности в расстояниях планет от Солнца и поясе астероидов. Уже в XVIII веке астрономы пытались найти планету, орбита которой проходит в пространстве между орбитами Марса и Юпитера. В то время уже было известно соотношение, позволяющее приближенно вычислить в астрономических единицах расстояния планет от Солнца. Это соотношение, известное как правило Тициуса-Боде, может быть записано следующим образом:

где r — среднее расстояние планеты от Солнца в астрономических единицах. Для вычислений по этой формуле принимают среднее расстояние Меркурия от Солнца равным 0.4 а.е. (при n=0), а расстояния других планет получаются, если подставить различные значения n (0 — для Венеры, 1 — для Земли, 2 — для Марса, 3 — для предполагаемой планеты, 4 — для Юпитера и так далее).
Для всех планет, включая Уран, формула дает удовлетворительные значения, но для Нептуна и Плутона она непригодна. В XVIII веке планет, более далеких от Солнца, чем Уран, еще не знали, и формулу рассматривали как точную. Поэтому было естественно искать планету, для которой n=3 и r=2.8 а.е. Такой планеты в Солнечной системе не существует. Однако в самом начале XIX века итальянский астроном Пиацци случайно открыл первую малую планету (астероид). Она была названа Церера. В дальнейшем было открыто много других малых планет, образующих Главный пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Церера (диаметр около 1000 км) — наибольшая из них.
2. Движение астероидов. На фотографиях звездного неба, снятых с большими экспозициями, астероиды появляются в виде светлых точек. Зарегистрированы тысячи малых планет. Общее число астероидов должно быть в десятки раз больше. Астероиды, орбиты которых установлены, получают обозначения (порядковые номера) и названия. Некоторые новые астероиды названы в честь великих людей (1379 Ломоносова), государств (1541 Эстония, 1554 Югославия), обсерваторий (1373 Цинциннати — американская обсерватория, являющаяся Международным центром наблюдения астероидов) и так далее.
Астероиды движутся вокруг Солнца в ту же сторону, что и большие планеты. Их орбиты имеют большие эксцентриситеты (в среднем 0.15), чем орбиты больших планет. Некоторые из них в афелии удаляются за орбиту Сатурна, другие в перигелии приближаются к Марсу и Земле. Например, Гермес в октябре 1937 года прошел от Земли на расстоянии 580 000 км (всего лишь в полтора раза дальше Луны), а астероид Икар попадает даже внутрь орбиты Меркурия и каждые 19 лет сближается с Землей. В последний раз это произошло в июне 1987 года. Разумеется, это не единственный случай. Не исключено, например, что столкновение крупного астероида с Землей привело 65 миллионов лет назад к гибели динозавров. А в марте 1989 года астероид размером около 300 метров прошел от Земли на расстоянии менее 650 тысяч км. Поэтому не случайно ученые приступили к разработке эффективных методов своевременного обнаружения, а если понадобится, уничтожения опасных астероидов. В конце XX века был открыт еще один пояс астероидов (пояс Койпера) за орбитами Нептуна и даже Плутона. Там уже обнаружены астероиды размером больше Цереры и Харона.
3. Физические характеристики астероидов. Астероиды недоступны для наблюдения невооруженным глазом. Самый большой астероид — Церера (диаметр 1000 км). Вообще же астероиды имеют диаметры от нескольких километров до нескольких десятков километров, причем большинство астероидов — бесформенные глыбы. Массы астероидов хоть и различны, но слишком малы, чтобы эти небесные тела могли удержать атмосферу. Общая масса всех астероидов, собранных вместе, примерно в 20 раз меньше массы Луны. Из всех астероидов получилась бы одна планета диаметром меньше 1500 км.
В последние годы удалось открыть спутники у некоторых астероидов. Впервые сфотографировали астероид с расстояния всего лишь 16 тыс. км 29 октября 1991 года с борта американского космического корабля «Галилео», запущенного 18 октября 1982 года для исследования Юпитера. Пересекая пояс астероидов, «Галилео» сфотографировал малую планету 951 — астероид Гаспра. Это типичный астероид. Большая полуось его орбиты 2,21 а.е. Он оказался неправильной формы и, возможно, образовался в результате столкновения более крупных тел в поясе астероидов. На фотографиях видны кратеры (их диаметр 1—2 км, освещенная часть астероида 16×12 км). На снимках удается различить детали поверхности астероида Гаспра размером 60—100 м. Спустя 10 лет (в феврале 2001 года) космический аппарат впервые совершил мягкую посадку на поверхность астероида Эрос.
Метеориты. Под действием притяжения планет орбиты астероидов изменяются и могут пересекаться друг с другом. В результате возможны столкновения астероидов и их дробление. Большинство выпавших на поверхность Земли каменных и железных метеоритов — обломки астероидов. При движении таких обломков в земной атмосфере возникает мощная ударная волна, в которой температура сжатого воздуха достигает десятков и сотен тысяч кельвинов. В результате диссоциации молекул воздуха и последующей многократной ионизации, воздух приобретает свойства плазмы.
Как вы уже знаете, крупные метеориты на месте падения образуют кратеры. Кратеры обнаружены на всех планетах земной группы и на многих спутниках планет. Один из самых больших метеоритных кратеров на Земле находится в штате Аризона (США). Диаметр этого кругового кратера свыше 1200 м, а масса образовавшего его метеорита оценивается примерно в 200 000 тонн. Сейчас известны десятки больших метеоритных кратеров. Для их поисков в настоящее время применяют аэрофотосъемку.
30 июня 1908 года в тайге Центральной Сибири произошло явление, известное как падение Тунгусского метеорита. Взрыв, которым завершился полет космического тела, повалил лес на площади более 2000 кв. км, а также вызвал лесной пожар, многочисленные оптические, акустические и сейсмические явления. Взрывная волна обогнула земной шар. На громадной территории до 3 — 4 июля наблюдались исключительно светлые ночи, во время которых можно было читать мелкий шрифт. Однако ни сам метеорит, ни кратер от его падения обнаружить не удалось.
12 февраля 1947 года в виде множества железных осколков (метеоритный дождь) упал Сихотэ-Алинский метеорит. Удалось собрать несколько десятков тонн метеоритного вещества. После этого в нашей и других странах находили крупные метеориты.
Химический состав метеоритов постоянно изучается. Железные метеориты состоят в основном из железа (91%) и никеля (8,5%). Каменные метеориты, как и земные горные породы, содержат кислород и кремний, но в них больше, чем в земной коре, таких металлов, как магний, железо и никель. В некоторых каменных метеоритах имеется углерод. Такие метеориты содержат не только уголь и графит, но и углеводороды, а также примеси более сложных органических соединений, включая аминокислоты. Эти сложные вещества могли образоваться в метеоритах из более простых на ранних стадиях развития Солнечной системы. Данные о химическом составе метеоритов позволяют судить о распространенности различных химических элементов в Солнечной системе.
Прежде чем попасть в Землю, метеориты долгое время путешествуют в межпланетном пространстве. Исследование вещества метеоритов и определение его возраста имеют важное значение для определения возраста планет и изучения условий, которые существовали в самый ранний период истории Солнечной системы. Поэтому метеориты представляют большую ценность для науки. Особенно интересны метеориты с Марса и Луны, десятки которых найдены в последние годы во льдах Антарктиды и песках африканских пустынь. Ушло в прошлое то время, когда ‘небесным камням’ поклонялись как ‘дарам неба’, когда наука категорически отказывалась признать (до начала XIX в.), что камни могут ‘падать с неба’.