Недавние миссии, такие как японская «Хаябуса-2» и американский OSIRIS-REx, предоставили ученым уникальные данные: фотографии астероидов, сделанные с беспрецедентной близости. К удивлению, эти космические объекты выглядели иначе, чем ожидалось ранее. Их поверхность не была покрыта пылью, а состояла из валунов и крупных камней. Новое исследование предлагает естественное объяснение этой расхождению между прогнозами и фактическими наблюдениями.
Исследование, включающее описание ряда экспериментов и результаты моделирования опубликована в журнале Nature Astronomy. Ее разработали эксперты из Университета штата Колорадо, расположенного в Боулдере ( UCB) под руководством Сян-Веня Хсю (Hsiang-Wen Hsu). Идея для данного исследования возникла после того, как в 2020 году были обнародованы снимки астероида (101955) Бенну, позволившие увидеть даже незначительные детали его поверхности. Получил их аппарат OSIRIS-REx во время максимального сближения с объектом своего изучения для забора грунта.
В общепринятом представлении, как в широких слоях населения, так и среди ученых, астероиды – это скопления крупных твердых обломков горных пород и мелкой пыли. Исходя из этого, их поверхность должна быть усеяна песчаными «озерками» с небольшим количеством выступающих валунов. Это кажется вполне закономерным: мельчайшие частицы реголита обладают способностью притягиваться даже слабой гравитацией и заполнять промежутки между крупными валунами, гравием и камнями. Однако действительность оказалась совсем другой.
На присланных зондом OSIRIS-REx изображениях поверхность (101955) Бенну похожа на некачественную наждачную бумагу с очень неравномерным размером зерна. Или скорее смахивает на крупный план отвала ненужной породы из карьера — никакой пыли и почти нет песка, только разномастные камушки. Аналогичную картину показал аппарат «Хаябуса-2», приславший первые снимки другого сравнительно небольшого астероида — (162173) Рюгу — двумя годами ранее.
В ходе нового исследования авторы проанализировали работы, ранее опубликованные сотрудниками Лаборатории атмосферной и космической физики ( LASP) в UCB. Более трех десятилетий в данном учреждении исследуют поведение частиц реголита в вакууме. На основе повторения наиболее ярких экспериментов, группа исследователей под руководством Хсю выдвинула предположение о механизме, формирующем внешний вид поверхности астероидов.
Под воздействием солнечного света мельчайшие частицы пыли заряжаются отрицательно. Когда величина этого заряда достигает определенного уровня, две расположенные рядом пылинки начинают отталкиваться. При наблюдении образцов в вакуумной камере создается впечатление, будто обжариваются крошечные попкорны. В отдельных ситуациях скорость, возникающая в результате отталкивания, может быть достаточно высокой – до восьми метров в секунду. Для небольших астероидов, таких как Рюгу и Бенну, она превышает первую космическую.
На основе полученных экспериментальных данных была разработана модель межпланетного объекта. В течение нескольких сотен тысяч лет виртуальный астероид, диаметром приблизительно 800 метров (больше, чем Бенну, но меньше Рюгу), утратил всю пыль с поверхности. Кроме того, эти объекты вращаются, и составляющие их камни подвергаются постоянным циклам нагрева под воздействием солнечного света и последующего охлаждения.
Со временем они неизбежно раскалываются, высвобождая дополнительную пыль, которая постепенно рассеивается в космическом пространстве. Таким образом, под воздействием незначительных факторов небольшие астероиды постепенно уменьшают свою массу.
Подобный эффект способен воздействовать на траекторию небольших космических объектов: испаряющаяся пыль передает импульс исходному объекту. Если реголит выбрасывается в различных направлениях не равномерно, то и орбита астероида будет подвергаться изменениям. Однако, зафиксировать подобные незначительные колебания пока не представляется возможным, для этого требуются гораздо более длительные наблюдения, чем осуществлялись ранее.
Объекты с достаточной гравитацией, способной удерживать песчинки, улетающие на скорости несколько метров в секунду, способны сохранять пыль на своей поверхности. Благодаря этому они оказываются более долговечными по сравнению с более мелкими. Это объясняется тем, что слой пыли частично защищает находящиеся под ним горные породы от перепадов температур и снижает скорость их разрушения.
Помимо моделирования, теория, разработанная американскими учеными, будет проверена на практике в течение менее чем трех месяцев. Осенью этого года миссия DART сблизится с астероидом (65803) Дидим и его спутником Диморфом. Последний — совсем небольшой объект диаметром 160 метров. Если расчеты Хсю и его коллег верны, поверхность обоих тел будет практически лишена пыли (Дидим сравним по размерам с Рюгу). В противном случае теорию придется модифицировать.