Китай намерен взять образцы необычного околоземного астероида

После успешного сбора образцов грунта с ближней и дальней сторон Луны Китай планирует повторить попытку, отправив зонд для сбора материала с околоземного астероида.

Целью миссии Tianwen-2, запуск которой ожидается к концу месяца, является кусок скалы под названием 469219 Камо'оалева. Это один из семи астероидов, которые относятся к малоизученному классу, известному как квазиспутники Земли, и он также может быть первым известным астероидом, состоящим из лунного материала. Эту гипотезу могут подтвердить лабораторные исследования фрагментов, собранных Tianwen-2, которые должны быть возвращены на Землю примерно через 2,5 года после запуска.

«Это амбициозная миссия по исследованию интереснейшего объекта», — говорит астрофизик Эми Майнцер из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Камо'оалева был обнаружен в 2016 году телескопом Pan-STARRS 1 для обзора астероидов на острове Халеакала на Гавайях. Он движется по сильно эллиптической солнечной орбите и кажется наблюдателям с Земли попеременно то ведущим, то отстающим от Земли по ее более круговой орбите. Это создает впечатление, что астероид вращается вокруг Земли. Камо'оалева находится на своей текущей орбите около 100 лет и, вероятно, останется там еще 300 лет, согласно исследованию братьев Рауля и Карлоса де ла Фуэнте Маркос, оба из Мадридского университета Комплутенсе. Смещение орбит типично для квазиспутников, и Камо'оалева примерно означает «колеблющийся небесный фрагмент» на гавайском языке.

Китай нацелился на Камо'оалеву, потому что его уникальная орбита, неизвестное происхождение и неопределенные характеристики делают его «крайне ценным для научных исследований», — написали ученые-планетологи Ли Чуньлай и Лю Цзяньцзюнь из Национальной астрономической обсерватории Китая. Анонсированная в начале 2019 года миссия «потенциально может ответить на вопросы о происхождении квазиспутников Земли и эволюции их орбит», — написали они.

После того, как Китай объявил о миссии, дальнейшие исследования сделали Камо'оалева еще более интересным. Первый сюрприз произошел после того, как планетолог из Университета Аризоны Бенджамин Шарки и его коллеги направили на объект Большой бинокулярный телескоп, расположенный на горе Грэм в Аризоне. «Мы предполагали, что это будет типичный астероид», — говорит Шарки. Но телескоп уловил очень нетипичный спектр или рисунок отраженного света, который предполагал, что Камо'оалева состоит из силикатов, напоминающих те, что были обнаружены в лунных образцах Аполлона. Среди других вероятных источников происхождения астероид мог быть выброшен с поверхности Луны в результате столкновения с каким-то другим астрономическим объектом, писали Шарки и его команда в Communications Earth & Environment в 2021 году.

Заинтригованный этой возможностью, планетолог из Университета Цинхуа Чэн Бин и его коллеги провели численное моделирование, чтобы определить, какие лунные ударные кратеры имеют правильный размер, местоположение и возраст, чтобы быть связанными с Камо'оалева. Кратер Джордано Бруно, диаметр которого составляет 22 километра, а возраст — от 1 до 10 миллионов лет, соответствовал всем требованиям . Дальнейшее моделирование показало, что по крайней мере одно тело нужного размера могло бы избежать гравитационного притяжения Луны, избежать столкновений с другими космическими объектами и оказаться на квазиспутниковой орбите, сообщила группа в Nature Astronomy в 2024 году.  

В третьей статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters в январе, утверждается, что спектр отражения другого околоземного астероида, названного 2024 PT5, также соответствует лунным образцам.  

«Гипотеза лунного удара получает дополнительную поддержку», — говорит Шарки, соавтор недавней статьи в Astrophysical Journal Letters. Но «наблюдения и модели выброса пока не доказывают этого». Анализ образцов в наземной лаборатории мог бы «решить вопрос (о происхождении) окончательно», — говорит Майнцер.

Однако получение образцов будет сложной задачей. Tianwen-2 — четвертая в мире миссия по возвращению образцов астероидов после двух японских зондов Hayabusa и OSIRIS-REx от NASA. Но эти миссии были нацелены на гораздо более крупные астероиды; Камо'оалева, диаметром от 40 до 100 метров, легко поместится на стандартном футбольном поле. Навигация к такому маленькому объекту «требует очень сложных камер, компьютеров космического корабля и систем управления реакцией», — говорит Майнцер. Камо'оалева также вращается каждые 28 минут, что намного быстрее, чем любой из других посещенных астероидов. При почти нулевой гравитации крупные зерна почвы, вероятно, были выброшены астероидом, оставив после себя «неглубокий реголит, содержащий очень мелкие зерна», — говорит Ченг.

Ранее миссии Hayabusa и зонд OSIRIS-REx собирали образцы астероидов, используя метод «прикоснись и иди», при котором космический аппарат зависает близко к поверхности, в то время как роботизированная рука выпускает снаряд или выброс газа, чтобы сбить фрагменты в камеру сбора. Tianwen-2 сначала зависнет близко к астероиду и выдвинет роботизированную руку, чтобы исследовать условия поверхности и собрать выветренные частицы. Затем он развернет сборщик образцов с парой вращающихся щеток, чтобы подмести фрагменты, и поток газа, чтобы сдуть их в контейнер. В зависимости от условий поверхности Tianwen-2 может также попытаться применить то, что инженеры называют подходом «закрепить и прикрепить». Космический аппарат выдвинет три ноги и приземлится, затем использует коготь на роботизированной руке, чтобы захватить астероид, пока сборщик образцов выполняет свою работу.

Если Камо'оалева действительно окажется фрагментом Луны, «это позволит нам проверить наши знания физики удара и выброса на фоне крупного кратерного события», говорит Шарки. И даже если это не так, исследование образцов может привести к непредвиденным «прорывным научным достижениям», говорят Ли и Лю.

Если все пройдет хорошо, миссия Tianwen-2 не закончится на астероиде. После отделения своей возвращаемой капсулы зонд будет использовать гравитационный маневр Земли, чтобы ускориться к комете 311P/PANSTARRS, прибыв примерно через 7 лет. Набор инструментов дистанционного зондирования будет искать подсказки о происхождении и эволюции ранней Солнечной системы и о том, были ли кометы источником воды на Земле и строительными блоками жизни.