Моделі удару космічного зонда NASA DART по астероїду-супутнику Діморфос, який змінив його форму, показують: цей об’єкт є «купою щебеню».

Коли 26 вересня 2022 р. космічний зонд DART, який NASA запустило для перевірки захисту планети, вдарив у астероїд Діморфос (супутник більшого астероїда 65803 Дідимос), удар був таким сильним, що спричинив перерозподіл десятої частини його матеріалу. Цей висновок руйнує наше розуміння астероїдів, що є купою окремих уламків твердої речовини.

 

 

 

На цьому зображенні, зробленому з відстані 920 кілометрів, показано астероїд Дідимос (внизу праворуч) і його супутник Діморфос приблизно за 2,5 хвилини до зіткнення з космічним апаратом NASA DART. Авторські права на зображення NASA / Johns Hopkins APL. Фото з сайту https://skyandtelescope.org.

Дослідники очікували, що внаслідок зіткнення утвориться кратер, каже Сабіна Рудікан (Sabina Rudican) з Бернського університету, перший автор нового аналізу наслідків зіткнення. Цей аналіз 26 лютого оприлюднив журнал Nature Astronomy. Проте, удар порушив щебінь, що тримається купи. Це змінило форму Діморфоса і спричинило викид у міжпланетний простір до пари відсотків його речовини.

NASA розробило тест зміни орбіти подвійного астероїда (Double Asteroid Redirection Test, DART), щоб вивчити, що буде потрібно для відхилення небезпечних астероїдів від Землі. План полягав у тому, щоб побачити, як вплив снаряда може змінити орбітальний період маленького астероїда в подвійній парі. Ціль NASA, Діморфос, має ширину 170 метрів і обертається навколо більшого Дідімоса. Космічний аппарат, що фактично був 580-кілограмовим снарядом, мав навігаційне обладнання та CubeSat з камерами і датчиками, відомий як LICIACube. Кубсат, запущений із зонда до зіткнення, спостерігав за тим, що сталося з Діморфосом протягом трохи більше п’яти хвилин після влучення DART.

Це складене зображення, отримане апаратом LICIACube Італійського космічного агентства, показує шлейфи викиду, що витікає з астероїда Діморфос після того, як 26 вересня 2022 року зонд NASA Double Asteroid Redirect Test або DART зіткнувся з ним. Кожен прямокутник має різний рівень контрасту, щоб краще побачити тонку структуру шлейфів. Авторські права на зображення: ASI / NASA / APL. Фото з сайту https://skyandtelescope.org.

Пізніші спостереження показали, що зіткнення скоротило орбітальний період Діморфоса на 33 хвилини. Це суттєво перевищує передбачені завданням тесту 7 хвилин і свідчить про те, що такий спосіб можна застосувати для захисту планети, повідомили дослідники рік тому в журналі Nature. Але потрібні були додаткові дослідження, щоб зрозуміти, як удар змінив структуру астероїда.

Природа купи уламків

Більшість астероїдів діаметром від 100 метрів до десятків кілометрів прийнято вважати «купами уламків» («rubble piles»). Назва походить від нагромадження об’єктів розміром від валунів до дрібних зерен, які космічні апарати бачили на поверхні цих астероїдів. Але ми мало знаємо про їхню внутрішню будову.

Оскільки японський зонд Hayabusa 2 («Хаябуса-2») створив на астероїді 162173 Рюгу в 2019 році невеликий кратер за допомогою значно меншого ударного елемента, то Рудікан та її колеги очікували, що удар 580-кілограмового DART в Діморфоса призведе до утворення більшого кратера. Натомість вони побачили більше уламків, ніж очікували.

«Те, що ми побачили після удару, — це викид великої кількості матеріалу», — каже вона. «Деякі утворили хвіст, як у комети». Хвіст залишався помітним протягом майже року після удару, але щоб зрозуміти, що сталося, знадобилося більше часу.

Астрономи за допомогою телескопа SOAR NSF NOIRLab у Чилі зафіксували величезний шлейф пилу та «сміття», який піднявся з поверхні астероїда Діморфос, коли космічний апарат NASA DART зіткнувся з ним 26 вересня 2022 року. На цьому зображенні видно пиловий слід (від центру світлини до правого краю) довжиною понад 10 000 кілометрів. Пил, відштовхнутий тиском світла Сонця, схожий на хвіст комети. Авторські права на зображення: CTIO / NOIRLab / SOAR / NSF / AURA / T. Kareta (Обсерваторія Ловелла), M. Knight (Військово-морська академія США); обробка зображень: T.A. Rector (Анкориджський університет Аляски / NOIRLab NSF), M. Zamani та D. de Martin (NOIRLab NSF). Фото з сайту https://skyandtelescope.org.

Зображення з камер LICIACube стосуються лише перших кількох хвилин після удару, і спочатку, за словами Рудікана, астероїд мав вигляд «великої купи піску з дуже невеликим зв’язком між зернами».

Щоб простежити, що сталося з уламками протягом перших двох годин після зіткнення, дослідники використовували моделювання на основі зображень від LICIACube, а також фізичні моделі окремих частинок. Компютерна модель давала змогу визначити траєкторію розльоту уламків на основі фізики руху частинок, викинутих внаслідок зіткнень тіл. Крім цього, науковці використовували лабораторні експерименти для перевірки своєї моделі.

«Вплив був дуже ефективним, — сказала Рудікан. Коли 580-кілограмовий DART врізався в Діморфос зі швидкістю 6 кілометрів за секунду, він вирвав з поверхні 100 мільйонів кілограмів речовини. Близько 80 мільйонів кілограмів впали назад на астероїд, тоді як 10—20 млн кг було викинуто із системи, утворивши кометний хвіст.

Це моделювання включає фізику поширення наслідків удару для відтворення ефекту впливу DART на Діморфос. Астероїд помітно змінив форму після удару. (Дивіться «крізь» екран на відстані приблизно 30 см, щоб побачити стереоскопічне зображення.) Авторські права на зображення: С.Д. Рудікан. Фото з сайту https://skyandtelescope.org.

Інші попередні моделі вказували на те, що купи щебеню можуть містити скупчення великих валунів у своєму центрі. Але натомість наукова група виявила, що щільність всередині астероїда була низькою, а структура пухкою, з дрібними зернами та вільними проміжками між більшими уламками. Хоча теоретики раніше розробили моделі внутрішньої будови куп уламків, але даних не вистачало.

Кевін Волш (Kevin Walsh) з Південно-західного науково-дослідного інституту, який не брав участі в дослідженні, сказав, що йому подобається нова модель. «Вони цього досягли», — зазначив він. «Це щебінь до самого центра».

Ефективність DART у розкиданні цих уламків свідчить пр перспективність такого зіткнення для захисту планети. «Гора щебеню, і це дуже позитивно, бо щебінь усюди по всьому астероїду», — додав Волш.

Нові дані також дають змогу з’ясувати природу астероїдів, сказав Рон Баллоуз (Ron Ballouz) з Лабораторії прикладної фізики університету Джона Гопкінса, який також не брав участі в дослідженні. Теоретики намагаються зрозуміти, як подвійна система може утворитися з одного астероїда. За його словами, результати DART свідчать про суттєві відмінності між Дідимосом і Діморфосом, — «нарешті ми маємо деякі реальні дані».

Наступним кроком, каже Рудікан, стане запуск місії Hera («Гера») Європейського космічного агентства до системи Дідимоса в жовтні поточного року. Завантажена камерами та іншими датчиками, а також двома CubeSat, Hera детально вивчатиме Didymos і Dimorphos, коли прибуде в 2026 році, фіксуючи зміни в системі після удару DART.

Коли астероїд 99942 Апофіс пройде близько повз Землю у 2029 році, це дасть нам «експеримент у реальному часі та гарну можливість для науки про астероїди», — сказав Волш. (Справді, місія NASA OSIRIS-REX, яка перейменували на OSIRIS-APEX, відвідає астероїд відразу після його максимального зближення.) На щастя, тоді не потрібна буде наша система захисту планети; NASA запевняє, що астероїд промине Землю.

За інф. з сайту https://skyandtelescope.org