NASA отправило зонд «Психея» к астероиду с таким же названием. Психея – это, скорее всего, ядро не родившейся планеты. Новая миссия предоставит человечеству первый шанс увидеть планетное ядро и лучше понять формирование Земли и ее соседей по Солнечной системе.
13 октября 2023 года зонд «Психея» отправился в космос. Ему назначен рейс к астероидному поясу к малоизученному космическому объекту с таким же именем. Выход на орбиту Психеи — рискованное предприятие, но цель оправдывает риск. Благодаря миссии ученые смогут заглянуть не только в далекое прошлое Земли, но и в ее центр — почти буквально.
Рожденные из пыли
Возникновение планет — самый загадочный этап истории Солнечной системы. Вопросов и гипотез больше, чем точного знания. Это неудивительно, ведь наблюдать этот процесс невозможно. Например, сколько времени уходило на формирование Земли? Оценки колеблются от нескольких миллионов лет до сотен миллионов.
Гравитация действовала как генеральный подрядчик по строительству планет. Вещество тянулось друг к другу, формируя небольшие тела, которые затем сталкивались. В результате столкновений тела либо сливались, либо разрушались, скорость влияла на исход встречи.
Формирующиеся таким образом «зачатки планет» называются планетезималями. Не существует единого мнения относительно размера тел, которые следует так именовать. Некоторые считают таковыми глыбы размером в километр-другой, другие — почти полноценные планеты размером с Луну, третьи согласны на весь диапазон размеров.
Некоторые планетезималя достигли сотен километров в диаметре и стали достаточно массивными для гравитационной дифференциации: разделения на слои с разной плотностью. Тяжелые вещества, например металлы, под действием силы тяжести опускались к центру, а легкие элементы перемещались ближе к поверхности.
По этой причине средняя плотность Земли (5,5 грамма на кубический сантиметр) в два раза больше плотности пород земной коры, которые доступны для ощущения. Мантия плотнее коры, а ядро — плотнее мантии. Предполагается, что ядро Земли состоит главным образом из железа и никеля, благодаря чему формируется магнитное поле. Однако знания об этом основаны на косвенных данных. Даже земную кору, не говоря уже о мантии, никто до сих пор не смог пробить сквозь.
В космосе можно обнаружить то, что на Земле не удалось найти. Некоторые астероиды, основываясь на спектрах, плотности и отражательной способности, богаты металлами и носят название «астероиды типа М». Иногда исследователям попадаются метеориты с названием «железные». Возможно, «М-астероиды» являются ядрами планетезималей, разрушенных в столкновениях с соседними телами. А железные метеориты — осколки этих ядер?
Эта гипотеза привлекательна, но до сих пор не подтверждена. Астероиды настолько малы, что даже в мощных телескопах выглядят как пятна без четких деталей. Космические аппараты никогда ранее не посещали астероиды типа М. «Психея» станет первой из них.
Открытый в 1852 году астероид Психея поражал астрономов своим блеском с самого начала существования. Согласно современным сведениям, состоит он из металла на 30–60%, и его плотность варьируется от 3,4 до 4,1 грамма в кубическом сантиметре. Это сходство с формирующимся ядром протопланеты.
Глаза «Психеи»
Зонд «Психея» изучит астероид с орбиты, не садясь на его поверхность для сбора образцов.
На борту аппарата три научных прибора.
Первая — двойная мультиспектральная камера. Она зарегистрирует астероид в видимом свете и инфракрасном диапазоне. Такие снимки позволят определить рельеф Психеи и состав поверхностных пород.
Второй прибор — нейтронный и гамма-спектрометр. Взаимодействие космических лучей с поверхностью Психеи приводит к ядерным реакциям в ее веществе. Наблюдение нейтронов и гамма-лучей, возникающих вследствие этих реакций, позволит ученым определить состав грунта по химическим элементам и их пропорциям.
Третье устройство — магнитометр. Астероиды слишком малы, чтобы обладать собственным магнитным полем. Протопланета с ядром, которое могла быть Психеей, — другое дело. Если металл сохранил остаточную намагниченность, это станет убедительным доказательством «ядерного» прошлого небесного тела.
«Психея» служит инструментом для изучения гравитации астероида. Учёные отслеживают её траекторию с помощью радиолуча, что позволит составить карту поля тяготения и, как следствие, распределение массы по небесному телу.
Программа тура
Корабль «Психея» оснащен четырьмя двигателями. Каждый из них создает тягу всего 0,24 ньютона (примерно такая же сила, с которой на вашу ладонь давит пальчиковая батарейка). Основным источником движения зонда станет гравитация Солнца. Двигатели нужны для корректировки траектории, преобразуя замкнутую орбиту в спираль. Такой подход является стандартом для межпланетных полетов, поскольку расстояния в Солнечной системе значительны, а заправки отсутствуют.
Двигатель «Психея» использует 1085 килограммов ксенона для работы. Атомы ксенона будут разгоняться электрическим полем и вырываться из сопла, формируя реактивную струю. Такие электрические двигатели применяют на космических аппаратах уже несколько десятилетий.
В мае 2026 года зонд приблизится к Марсу и получит от него импульс гравитации. «Психея» пролетит на расстоянии от трёх до четырёх тысяч километров от поверхности Марса. Такая дистанция равна радиусу планеты: достаточно далеко, чтобы не столкнуться, и достаточно близко, чтобы получить гравитационный толчок.
Этот маневр позволит аппарату изменить траекторию, а в августе 2029 года он достигнет астероида Психея. К этому моменту аппарат будет находиться в 2,7 раза дальше от Солнца, чем Земля. «Психея» выйдет на орбиту вокруг астероида и изучит его.
Это конечная точка путешествия зонда. Zонд не вернется на Землю и не отправится к другим астероидам. Ожидается, что «Психея» будет работать как минимум до ноября 2032 года. За это время астероид совершит чуть меньше половины оборота вокруг Солнца. Орбита Психеи существенно отличается от круговой. К моменту окончания миссии небесное тело окажется в 3,1 раза дальше от Солнца, чем наша планета.
Во время миссии зонд осуществит переходы между несколькими орбитами вокруг астероида. Наивысшая из них будет проходить на расстоянии 709 километров над поверхностью, наинизшая — на высоте 75 километров.
Астрономы надеются, что аппарат проработает до ноября 2032 года и далее. Миссию, вероятно, продледут до тех пор, пока хотя бы один научный прибор будет функционировать, и двигатели позволят поддерживать орбиту вокруг астероида.
Рискованный замысел
Достичь этой орбиты не так просто. Психея недостаточно велика, чтобы собственная гравитация превратила ее в шар. Ее вытянутая форма напоминает яйцо или картофелину. Размер астероида скромный: 280 километров по одной оси и 230 километров в самом широком месте по другой. Небесное тело может быть неоднородным. Сложное распределение массы означает сложное поле тяготения, где будет трудно поддерживать устойчивую орбиту.
Шесть астероидов обладают искусственными спутниками. Четыре — Эрос, Итокава, Рюгу и Бенну — небольшие околоземные объекты. Близость к Земле позволила астрономам собрать данные для расчета орбит. Еще два — Церера и Веста, как и Психея, находятся в главном астероидном поясе между Марсом и Юпитером. Их большие размеры упрощают наблюдения в телескоп. Это самые крупные астероиды Солнечной системы, если не считать транснептуновых объектов, которые обычно не относят к астероидам. Церера удостоена звания карликовой планеты наравне с Плутоном.
Психея не входит даже в первую десятку крупнейших астероидов, и находится от Земли даже дальше, чем Церера и Веста. Ее изучали в самых больших оптических телескопах: орбитальном «Хаббл» и наземном VLT. Радиотелескоп «Аресибо», когда-то самый большой в мире, зондировал небесное тело в режиме локатора. Достаточно ли наблюдатели выяснили о Психее, чтобы одноименный зонд вышел на орбиту вокруг неё и проработал два года? Узнаем в 2029 году.