Астероид Бенну - капсула времени из ранней Солнечной системы

Фото из открытых источников

Амбициозная миссия по сбору образцов с астероида Бенну и их доставке на Землю приносит свои плоды. Как и надеялись учёные, астероид открывает подробности о раннем периоде существования нашей Солнечной системы. Исследования показывают, что Бенну — это не просто космический камень: он содержит не только материал из Солнечной системы, но и материал из-за её пределов.

Бенну движется по орбите, которая приближает его к Земле каждые шесть лет. Это означает, что он классифицируется как околоземный астероид (ОСЗ) и потенциально опасный объект (ПОО). Когда НАСА планировало миссию OSIRIS-REx, которая посетила Бенну и доставила образец, это было результатом тщательной научной и инженерной оценки астероидов-кандидатов. Поскольку Бенну находится близко к Земле и является примитивным углеродистым астероидом, НАСА остановило свой выбор на нём. Астероид достаточно большой, чтобы вращаться по орбите и собирать с него образцы, а спектроскопический анализ его поверхности показал, что на нём есть вещества, которые учёные хотели изучить, например, богатые углеродом материалы и гидратированные минералы.

Сейчас, спустя почти девять лет после запуска OSIRIS-Rex, образцы изучаются в лабораториях по всему миру.

Три недавно опубликованные статьи показывают, что Бенну образован из материалов, находящихся как внутри, так и за пределами нашей Солнечной системы. Они также показывают, как часть материала астероида претерпела изменения под воздействием космической погоды и взаимодействия с водой.

«Это работа, которую просто невозможно выполнить с помощью телескопов», — сказала соавтор исследования Джессика Барнс из Аризонского университета. «Невероятно волнительно, что мы наконец-то можем сказать всё это об астероиде, к которому так долго мечтали добраться и наконец привезли образцы».

Родительское тело Бенну входит в семейство астероидов Полана. Бенну образовался в результате череды столкновений, и его первоначальный родитель содержал материал из нашей Солнечной системы и за её пределами. В результате Бенну также содержит материал из близких к Солнцу, удалённых от него мест и даже от других звёзд. Родительское тело образовалось из этой смеси материалов более 4 миллиардов лет назад, одновременно с зарождением Солнечной системы. 

«Астероид-родитель Бенну, возможно, образовался во внешних частях Солнечной системы, возможно, за пределами планет-гигантов, Юпитера и Сатурна», — сказала Барнс. «Мы полагаем, что это родительское тело столкнулось с падающим астероидом и разлетелось на части. Затем фрагменты снова собрались, и это могло повториться несколько раз».

«Первые тела, образовавшиеся в Солнечной системе, получили свой материал от звёзд, пресолнечного молекулярного облака и протопланетного диска», — пишут авторы. «Астероиды, не претерпевшие планетарной дифференциации, сохраняют следы этого первичного аккрецированного материала».

Образцы с Бенну показывают, что значительная часть поверхностного материала была изменена гидротермальными взаимодействиями, которые привели к изменению его изотопного состава, химического состава и минерального состава. Однако ни один из образцов не подвергся изменениям. «Мы показываем, что некоторые первичные аккреционные материалы избежали обширных водных изменений, произошедших на родительском астероиде, включая досолнечные частицы древних звёзд, органическое вещество из внешних областей Солнечной системы или молекулярного облака, тугоплавкие твёрдые частицы, образовавшиеся вблизи Солнца, и пыль, обогащённая нейтронно-богатыми изотопами титана», — говорится в статье.

Возможно, самым интересным результатом изучения этих образцов является обилие материала из-за пределов Солнечной системы. Эта древняя звёздная пыль возникла ещё до появления Солнечной системы и идентифицируется по изотопному составу, который отличает её от нашей системы. Так что рецепт Бенну сложнее, чем предполагалось.

«Это частицы звёздной пыли от других давно померших звёзд, и эти частицы вошли в состав газопылевого облака, из которого образовалась наша Солнечная система», — сказала Барнс. «Кроме того, мы обнаружили органический материал с крайне аномальным составом изотопов, который, вероятно, образовался в межзвёздном пространстве, а также твёрдые тела, сформировавшиеся ближе к Солнцу, и впервые мы показываем, что все эти материалы присутствуют в Бенну».

Хотя часть материала Бенну не изменилась под воздействием космического выветривания, химических процессов и даже столкновений, значительная его часть подверглась изменениям. Вторая статья показывает, что большая часть материала Бенну была изменена гидротермальными процессами. «Минералогические свидетельства указывают на изменение аккрецированных минералов флюидом, который эволюционировал со временем, что привело к травлению, растворению и повторному осаждению», — пишут авторы.

«Мы полагаем, что астероид-родитель Бенну собрал в себе большое количество ледяного материала из внешних областей Солнечной системы, который со временем растаял», — сказал Том Зега, директор Лаборатории Койпера в Аризоне, который был одним из руководителей исследования.

Остаточное тепло, оставшееся после образования Бенну, или тепло от последующих столкновений могло растопить лёд астероида. Образовавшаяся вода могла взаимодействовать с силикатными минералами, вызывая гидротермальные реакции, изменившие образцы Бенну.

«Теперь у вас есть жидкость, контактирующая с твёрдым телом, и тепло — всё, что нужно для начала химического эксперимента», — сказал Зега. «Вода вступила в реакцию с минералами и образовала то, что мы видим сегодня: образцы, в которых 80% минералов содержат воду внутри, образовавшиеся миллиарды лет назад, когда Солнечная система ещё формировалась».

Третья статья показывает, как столкновения микрометеоритов изменили Бенну за его долгую историю. «Процессы космического выветривания, в которых доминируют столкновения микрометеоритов и солнечное излучение, изменяют минералогию и химический состав обнажённых поверхностей», — объясняют авторы. «Сравнение образцов Бенну с образцами, собранными с астероидов Рюгу и Итокава, позволяет предположить, что столкновения микрометеоритов могут играть более активную и быструю роль в космическом выветривании поверхностей астероидов, чем предполагалось изначально, особенно для углеродистых тел».

Некоторые частицы в образце несут следы ударов микрометеоритов. Эти удары, наряду с воздействием солнечного ветра, считаются космическим выветриванием. В отсутствие атмосферы, препятствующей этим мельчайшим столкновениям, поверхность Бенну постоянно подвергается бомбардировке. Исследование показывает, что космическое выветривание происходит гораздо быстрее, чем считалось ранее.

«Отложения расплава встречаются в <0,5% образцов Итокавы, 2% частиц Рюгу и 20% частиц Бенну (хотя анализ дополнительного материала может улучшить эту статистику)», — говорится в статье. «В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что удары микрометеоритов играют более важную роль в космическом выветривании поверхностей астероидов, чем предполагалось на основе ранних наблюдений образцов, падающих с астероидов».

Большинство фрагментов астероидов, достигающих Земли, сгорают при прохождении через атмосферу. Но атмосфера Земли неумолима, и даже метеориты, пережившие падение, подвергаются её воздействию и могут быстро измениться. Именно поэтому миссии по доставке образцов астероидов так важны для понимания Солнечной системы.

«Те, что всё же долетают до Земли, могут вступить в реакцию с атмосферой Земли, особенно если метеорит не будет быстро найден после падения, — сказал Зега. — Именно поэтому миссии по возвращению образцов, такие как OSIRIS-REx, имеют решающее значение».