Многие астероиды приближаются довольно близко к массивному Юпитеру, а также к другим большим планетам, в частности к Марсу и Земле. При этом их орбиты испытывают значительные возмущения. Так, астероиды Юнона и Паллада могут сближаться с Юпитером до расстояния ~ 2 а.е. Возникающие в связи с этим возмущения орбит даже за сравнительно короткое время (~ 1 год) исчисляются десятками минут или даже градусами.
Земля, Марс и пять астероидов группы Амура
Земля, Марс и пять астероидов группы Аполлона
Пространственные орбиты астероидов представляют собой незамкнутые эллиптически подобные витки. Перигелий и афелий орбиты то приближаются к Солнцу, то удаляются от него. Периоды таких колебаний — тысячи или десятки тысяч лет. Амплитуды колебаний эксцентриситета и наклона орбиты намного значительнее амплитуды колебаний большой полуоси. Орбита астероида вращается так, что нормаль к ее плоскости описывает конус, а линия узлов вращается в плоскости эклиптики с примерно постоянной скоростью. Аналог этому явлению — прецессия земной оси. Планетные возмущения приводят к непрерывному перемешиванию орбит астероидов, а следовательно, и к их столкновениям. Астероиды с диаметрами D > 100 км устойчивы при таких столкновениях. Мелкие астероиды могут быть продуктами дроблений более крупных тел.
Д. Кирквуд еще в 1866 г. обнаружил факт “избегания” астероидами орбит, для которых период их обращений вокруг Солнца кратен периоду обращения Юпитера. В распределении астероидов по большим полуосям это проявляется в виде своеобразных “областей разрежений”, названных люками. Они разбивают кольцо астероидов на ряд более мелких колец.
Наиболее заметные люки соответствуют соизмеримостям 1:2, 1:3, 2:5 с Юпитером, а также 1:2 с Марсом. Для астероидов, находящихся в орбитальном резонансе с Юпитером (или Марсом), взаимное их расположение по истечении определенного числа оборотов повторяется, а следовательно, повторяется и характер возмущающих воздействий на орбиты астероидов. Это, в конечном итоге, приводит к резкому усилению амплитуды резонансного эффекта. В результате, с одной стороны, значительно возрастает вероятность столкновений между астероидами (в случае их высокой начальной плотности), а с другой — происходит “расплывание” начального “пучка орбит” астероидов за счет резкого увеличения их эксцентриситетов в зоне соизмеримости. В резонансных зонах, ввиду высокой вероятности взаимных столкновений, астероиды “живут” меньше, что и определяет их относительно малое число.
Но, благодаря особому (либрационному) характеру движений, им удается избежать тесных сближений с большими планетами (прежде всего с Юпитером). За пределами кольца астероидов, где особенно сильно проявляются планетные возмущения, наблюдаются лишь отдельные группы либрационных астероидов и совсем уж одинокие нерезонансные малые планеты.
Более половины из известных астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ), с перигелиями орбит q < 1,33 а.е. пересекают орбиту Земли. Большая часть АСЗ, мигрирующих из астероидного пояса, в значительной степени является продуктом высокоскоростных столкновений. Число астероидов, пересекающих орбиту Земли (АПОЗ), с диаметром D > 1 км оценивается в N << 500. Среднее время до столкновения АПОЗ составляет = 50 млн. лет. Вероятность перехода АСЗ на гиперболическую орбиту на порядок больше вероятности его столкновения с Землей. Падение на Землю астероида диаметром около 1 км может происходить чаще, чем раз в 100 тыс лет. Перигелии или афелии орбит тел, сталкивающихся с Землей, в основном располагаются вблизи ее орбиты.
В настоящее время известно около 10 АСЗ с диаметром D > 5 км. Такие небесные тела могут сталкиваться с Землей не реже, чем раз в 20 млн. лет. Для крупнейшего представителя “семейства астероидов”, сближающихся с земной орбитой, 40-км Ганимеда, вероятность столкновения с Землей в ближайшие 20 млн. лет не превышает 0,0005 %. Вероятность же столкновения с Землей 20-км астероида Эрос за тот же период оценивается примерно в 2,5 %.
Больше шансов встретиться с Землей у мелких небесных тел. Среди метеороидов, орбиты которых в результате долгопериодических возмущений планет могут пересекать орбиту Земли, имеется не менее 200 тыс. объектов с D > 100 м. Планета Земля сталкивается с подобными телами примерно раз в 5 тыс. лет, при этом на Земле образуется кратер поперечником более 1 км.