Анализ данных, полученных в ходе миссии Gaia Европейского космического агентства, позволил разработать новую теоретическую модель, описывающую особенности движения астероидов в космосе. Это открытие может оказаться важным для будущих программ по планетарной защите, целью которых является изменение траектории потенциально опасных небесных объектов. Результаты исследования были представлены на совместном совещании EPSC-DPS2025 в Хельсинки. В рамках работы международная группа ученых установила, что частота столкновений, пережитых астероидом, является определяющим фактором, влияющим на его поведение, в частности, на наличие упорядоченного вращения или хаотического кувыркания, а также что не менее важную роль играет воздействие солнечного света.
«Используя уникальный набор данных Gaia, передовое моделирование и инструменты искусственного интеллекта, мы раскрыли скрытую физику, формирующую вращение астероидов, и открыли новое окно в недра этих древних миров », — отметил доктор Вэнь-Хань Чжоу из Токийского университета, представивший результаты на конференции. Космический аппарат Gaia осуществил масштабные наблюдения за астероидами, сосредоточенные на анализе их кривых блеска. По мере вращения астероидов меняется количество отражаемого ими света, и эти изменения поддаются измерению. При построении графика зависимости скорости вращения от диаметра астероида исследователи выявили две различные группы объектов. Новое исследование, наконец, предоставило объяснение возникновению загадочного разрыва между этими двумя популяциями астероидов.
«Разработана новая модель эволюции вращения астероидов, учитывающая взаимодействие двух основных факторов: столкновения в Поясе астероидов, способные привести к вращению тела вокруг нескольких осей, и внутреннее трение, которое со временем замедляет вращение и возвращает его к устойчивому состоянию », — пояснил Чжоу. «Взаимное нивелирование этих двух факторов приводит к формированию естественного барьера в составе популяции астероидов ». После сопоставления прогнозов, полученных с помощью модели, с фактическими данными, исследователи выявили их соответствие.
Разделение на две группы обусловлено неожиданным поведением астероидов: они либо совершают медленное, но непредсказуемое вращение, либо вращаются быстрее и более упорядоченно. Длительное время большое число астероидов, совершающих неровное вращение, и тенденция небольших астероидов к замедлению вращения вызывали затруднения у исследователей. Согласно недавнему исследованию Чжоу, причиной такого поведения астероидов являются солнечный свет и столкновения. Медленное вращение делает астероид более уязвимым для столкновений, которые могут привести к хаотичному кувырканию.
Как правило, слабое воздействие солнечного света стабилизирует траекторию астероида, приводя к его упорядоченному вращению. Этот процесс обусловлен тем, что астероид поглощает солнечную энергию и переизлучает её в виде фотонов, которые оказывают на него небольшое, но постоянное воздействие. Хотя эти незначительные импульсы способны ускорить или замедлить вращение небесного тела, они, как правило, поддерживают его высокую скорость, поскольку направление фотонов остается неизменным. Однако на астероиды, совершающие кувырки, данный эффект проявляется в меньшей степени, поскольку их непредсказуемое движение препятствует накоплению однонаправленного давления фотонов до уровня, способного существенно повлиять на астероид. Вместо этого вращение меняется крайне медленно, что и приводит к формированию группы медленно вращающихся астероидов, что отчетливо видно в полученных данных.
Сопоставляя полученные сведения с уже имеющимися представлениями о влиянии внутренней структуры астероида на его вращение, ученые смогут глубже изучить их состав. Полученные данные указывают на то, что подавляющее большинство астероидов формируются из нескальных обломков, скрепленных гравитацией и покрытых толстым слоем пыли, известным как реголит, а не представляют собой сплошные объекты. « С появлением новых обсерваторий, включая Обсерваторию Веры К. Рубин и её обзор LSST (Legacy Survey of Space and Time), появится возможность использовать данный подход для анализа миллионов других астероидов, что позволит более точно определить их эволюцию и состав », — сказал Чжоу.
Определение состава небесных тел критически важно для операций по изменению их траектории. Успешная миссия NASA DART продемонстрировала возможность изменения курса астероида, однако тип объекта, подлежащего отклонению – рыхлая куча обломков или прочное тело – оказывает значительное влияние на его реакцию при столкновении. Благодаря более глубокому пониманию состава астероидов и факторов, воздействующих на них, будущие миссии по защите планет смогут более точно планировать свои действия.