Пара порівняно недавніх місій – Японська “Хаябуса-2” і американський OSIRIS-REx — подарували вченим цінну порцію раніше неможливих даних: фотографії астероїдів з максимально близької відстані. І людство чекав сюрприз, адже малі космічні тіла виглядали трохи інакше, ніж раніше уявлялося. Їх поверхня виявилася позбавлена пилу і була покрита валунами з каменюками. Нове дослідження запропонувало природний механізм, що пояснює таку різницю між прогнозами та дійсністю.
Забір грунту астероїда (101955) Бенну апаратом OSIRIS-REx, зйомка з бортової камери в момент фінального зближення / ©Nasa’s Goddard Space Flight Center, ci Lab, SVS
Наукова робота з описом серії експериментів і результатами моделювання опублікована в журналі Nature Astronomy. Її підготували фахівці з Університету штату Колорадо в Боулдері (UCB) під керівництвом Сян-Веня Хсю (Hsiang-Wen Hsu). Ідея дослідження з’явилася після публікації в 2020 році знімків астероїда (101955) Бенну, на яких вдалося розрізнити найдрібніші подробиці його поверхні. Зробив їх апарат OSIRIS-REx під час максимального зближення з об’єктом свого вивчення для забору грунту.
Згідно з поширеною як в масовій свідомості, так і в наукових колах точці зору, астероїди являють собою грудки з великих твердих фрагментів породи і дрібного пилу. Таким чином, їх поверхня повинна бути покрита піщаними “озерами” з рідкісними вкрапленнями виступаючих каменів. Звучить логічно: найдрібніші частинки реголіту легше притягуються навіть слабкою гравітацією і заповнюють простір між більшими каменюками, гравієм і камінчиками. Однак реальність виявилася іншою.
Поверхня астероїда (162173) Рюгу, зафіксована мініатюрним посадковим апаратом MASCOT / ©JAXA
На надісланих зондом OSIRIS-REx зображеннях поверхня (101955) Бенну схожа на неякісний наждачний папір з дуже нерівномірним розміром зерна. Або швидше скидається на крупний план відвалу непотрібної породи з кар’єру — ніякої пилу і майже немає піску, тільки різномасті камінчики. Аналогічну картину показав апарат “Хаябуса-2”, що надіслав перші знімки іншого порівняно невеликого астероїда — (162173) Рюгу — двома роками раніше.
Автори нового дослідження звернули увагу на роботи своїх колег по лабораторії атмосферної та космічної фізики (LASP) в UCB. Вже більше 30 років в цій установі вивчають поведінку частинок реголіту в умовах вакууму. Повторивши деякі особливо показові експерименти, команда Хсю припустила наступний механізм, що визначає вигляд поверхні астероїдів.
Таймлапс мікроскопічних пилинок у вакуумній камері, що підстрибують під дією електростатичних зарядів / ©IMPACT Lab
Найдрібніші частинки пилу під дією сонячного світла набувають негативний заряд. У якийсь момент його величина стає достатньою, щоб дві порошинки, які знаходяться поруч відштовхнулися один від одного. При уважному погляді на зразки у вакуумній камері може здатися, що це смажиться дуже дрібний попкорн на сковорідці. У деяких випадках отримана за підсумком відштовхування швидкість досягає помітних значень – аж до восьми метрів в секунду. Для невеликих астероїдів на кшталт Рюгу і Бенну вона перевищує першу космічну.
Враховуючи експериментальні дані, дослідники побудували модель такого об’єкта в міжпланетному просторі. Всього за кілька сотень тисяч років віртуальний астероїд діаметром близько 800 метрів (крупніше Бенну, але трохи менше Рюгу) повністю розгубив весь пил зі своєї поверхні. До того ж такі об’єкти обертаються, і камені, з яких вони складаються, постійно проходять цикли нагріву сонячним світлом і охолодження.
©IMPACT Lab
В результаті рано чи пізно вони тріскаються, викидаючи нову порцію пилу, яка з часом випаровується в космос. Виходить, без жодних помітних впливів невеликі астероїди плавно втрачають масу.
Цей же ефект може впливати на траєкторію малих небесних тіл — пил, що випаровується передає імпульс «материнському» об’єкту. Якщо реголіт відкидається в різних напрямках нерівномірно, то і орбіта астероїда буде змінюватися. Правда, помітити такі невеликі коливання поки немає можливості, потрібні куди більш тривалі спостереження, ніж проводили досі.
А ось великі об’єкти, гравітація яких може утримати піщинки, що відлітають на швидкості в кілька метрів в секунду, зберігають на поверхні пил. І таким чином виявляються більш живучими, ніж свої менші побратими. Річ у тім, що шар пилу частково ізолює породи, що лежать під ним від температурних впливів і уповільнює їх ерозію.
Крім моделювання, теорія американських вчених пройде перевірку практикою менш ніж через три місяці. Восени цього року місія DART зблизиться з астероїдом (65803) Дідім і його супутником Діморфом. Останній – зовсім невеликий об’єкт діаметром 160 метрів. Якщо розрахунки Хсю і його колег вірні, поверхня обох тіл буде практично позбавлена пилу (Дідім порівняємо за розмірами з Рюгу). В іншому випадку теорію доведеться модифікувати.