В сентябре 2022 года в ходе первого в истории испытания планетарной защиты миссия НАСА Double Asteroid Redirection Test (DART) врезалась в небольшой астероидный спутник Диморфос из бинарной астероидной системы, состоящей из Диморфоса и более крупного Дидимоса.
Теперь, проанализировав последствия аварии, научная команда миссии обнаружила новую информацию о происхождении этой системы и о том, почему изменение орбиты Диморфоса, осуществленное DART, было столь успешным.
Вчера, 30 июля 2024 года, в журнале Nature Communications был опубликован специальный выпуск «Планетарная защита, космический мусор и околоземные объекты», в который вошли пять статей, анализирующих характеристики и геологическую историю двух астероидов — Дидимос и Диморфос.
Два астероида, один — дитя другого
Оливье Барнуэн и Рональд-Луи Баллуз из Лаборатории прикладной физики имени Джона Хопкинса (APL) подготовили работу, в которой проанализировали геологию обоих астероидов и сделали выводы о материалах их поверхности и внутренних свойствах.
По снимкам DART и кубсата LICIACube, предоставленного Итальянским космическим агентством (ASI) и построенного компанией Argotec, команда наблюдала за топографией меньшего астероида Диморфос, на котором были обнаружены валуны разных размеров. Для сравнения, более крупный астероид Дидимос был более гладким на низких высотах, но каменистым на больших высотах и имел больше кратеров, чем Диморфос.
Авторы пришли к выводу, что Диморфос, вероятно, откололся от Дидимоса в результате крупного массового отрыва. На основе свойств, описанных Барнуином и его коллегами, в следующем видеоролике показано, как вращение астероида Дидимос могло привести к росту его экваториального хребта и формированию меньшего астероида Диморфос, вращающегося вокруг первого в конце анимации. Частицы окрашены в соответствии с их скоростями, шкала которых показана выше, вместе с изменением периода вращения Дидимоса.
Кроме того, и Дидимос, и Диморфос имеют слабо выраженные особенности поверхности, что позволило команде выдвинуть гипотезу о том, что возраст поверхности Дидимоса в 40-130 раз старше Диморфоса, причем возраст первого оценивается в 12,5 млн лет, а второго — менее чем в 300 000 лет. Низкая прочность поверхности Диморфоса, вероятно, способствовала тому, что DART оказал значительное влияние на его орбиту.
Два астероида, один общий родитель
По снимкам, сделанным DART до столкновения, Маурицио Пайола и его команда определили все валуны, видимые на поверхности первичного астероида Дидимос (всего 169) и Диморфоса (4734), и смогли определить их размеры.
Они изучили распределение их размеров, подсчитав, сколько среди них более крупных валунов, и связали эту оценку с различными геологическими особенностями астероидов. Они пришли к выводу, что эти два астероида образовались в результате одного события фрагментации — катастрофического столкновения с родительским астероидом.
Таким образом, оба тела представляют собой совокупность каменных осколков, образовавшихся в результате разрушения одного общего родителя. Открытие было подтверждено моделированием гиперскоростного удара, проведенным в лаборатории. А также обнаружением 16-метрового валуна на Диморфосе и 93-метрового валуна на Дидимосе, которые примерно в десятую часть меньше астероидов, на которых они расположены: такие большие валуны не могли образоваться в результате ударов о поверхности двух тел, которые бы распались при столкновении.
Этот вывод подкрепляет существующую теорию о том, что некоторые бинарные астероидные системы возникают из рассеянных остатков более крупного первичного астероида, которые скапливаются в новой небольшой астероидной луне.
Разрушение и термическая усталость
Алиса Лучетти и ее коллеги обнаружили, что термическая усталость — постепенное ослабление и разрушение материала под воздействием тепла — может быстро разрушать валуны на поверхности Диморфоса, создавая линии поверхности и изменяя физические характеристики этого типа астероидов быстрее, чем считалось ранее.
a) Изображение Диморфоса с высоким разрешением, на котором розовой рамкой отмечена область, проанализированная в статье Луккетти и коллег. b) Крупный план изображения, полученного за 1 818 с до столкновения с DART, на котором видны и идентифицируются трещины валунов. c) Трещины валунов, нанесенные на карту Луккетти и коллегами. Самый большой валун на снимке (диаметр 6,62 м), Atabaque Saxum, имеет 6 трещин на своей поверхности.
Применив теплофизическую модель, определяющую изменение температуры на астероиде между днем и ночью, авторы работы смогли установить, что солнечное тепло действительно способно раскалывать породы Диморфоса. В частности, тепловые напряжения приводят к образованию поверхностных трещин, которые распространяются в горизонтальном направлении к самой породе быстрее, чем в вертикальном.
Это происходит в течение периода времени от 10 000 до 100 000 лет, и миссия DART стала первым наблюдением такого явления на астероидах этого типа — S-типа, силикатных астероидах. Луккетти пояснил:
Понимание того, как термическая усталость действует на малые тела различного состава, важно не только для углубления знаний о формировании и эволюции Солнечной системы, но и в контексте планетарной обороны. Прогнозирование реакции и эффективности кинетического ударного устройства, такого как зонд DART на Диморфосе, требует хорошего понимания поведения валунов на поверхности астероида.
Более слабые и распространенные астероиды, чем ожидалось
В работе, выполненной под руководством исследовательницы Наоми Мердок из ISAE-SUPAERO в Тулузе (Франция) и ее коллег, студенты Жанна Биго и Полин Ломбардо установили, что несущая способность Дидимоса, то есть способность поверхности выдерживать приложенные нагрузки, как минимум в 1000 раз ниже, чем у сухого песка на Земле или лунного грунта. Это считается важным параметром для понимания и прогнозирования реакции поверхности, в том числе для целей перемещения астероида.
Колас Робин, также из ISAE-SUPAERO, и соавторы проанализировали поверхностные валуны на Диморфосе и сравнили их с валунами на других астероидах, образующих обломки, включая Итокаву, Рюгу и Бенну. Исследователи обнаружили, что валуны имеют схожие характеристики, что позволяет предположить, что все эти типы астероидов формировались и эволюционировали схожим образом. Команда также отметила, что вытянутая природа валунов вокруг места падения DART предполагает, что они, скорее всего, образовались в результате ударной обработки.
Эти последние результаты позволяют составить более надежное представление о происхождении системы Дидимос и внести вклад в понимание того, как формировались эти планетарные тела. С нетерпением ждем миссии ЕКА «Гера», которая должна отправиться в октябре 2024 года и которая готовится вновь посетить место столкновения DART в 2026 году, чтобы более детально изучить все последствия этого первого испытания планетарной защиты.
