Обнаружены первые доказательства обмена веществом между двойными астероидами

Фото из открытых источников

Учёным порой бывает сложно определить, являются ли наблюдаемые данные реальным физическим явлением или всего лишь оптической иллюзией их приборов. В новой статье, опубликованной в журнале The Planetary Science Journal, Джессика Саншайн и её коллеги из Университета Мэриленда описывают один из таких запутанных сценариев. 

В этом случае исследователи заметили веерообразные узоры на поверхности Диморфоса, астероида, с которым столкнулась миссия НАСА DART, и предположили, что это может быть обман зрения камеры. Но после коррекции изображения, вычислений и физических экспериментов они определили, что эти узоры были вызваны первыми в истории задокументированными случаями переноса вещества между двумя астероидами.

Диморфос входит в состав двойной астероидной системы со своим более крупным собратом Дидимосом. Расстояние между двумя астероидами составляет всего около 1,2 километра, и ученые долгое время считали, что меньшие астероиды в конечном итоге теряют материал со своего экватора из-за процесса, называемого эффектом Ярковского-О'Кифа-Радзиевского-Паддака, или YORP. Солнечный свет нагревает одну сторону небольшого небесного тела, такого как астероид, и возникающее инфракрасное излучение действует как крошечный двигатель, заставляя тело вращаться. За миллионы лет это вращение в конечном итоге достигает точки, когда астероид начинает терять куски собственного материала.

Исследователи изначально не ставили перед собой цель доказать эту теорию. Они просто заметили, что на поверхности Диморфоса наблюдается некий узор, и захотели выяснить, что это такое. Первоначально они думали, что это артефакт камеры, использованной для сбора изображений поверхности астероида. Но после того, как они математически убрали часть теней, отбрасываемых валунами на поверхность астероида, эти особенности всё ещё оставались, сходясь около экватора на той стороне Диморфоса, которая обращена от Дидимоса.

После подтверждения существования этих веерообразных лучей исследователи начали предлагать объяснения их возникновения. Сейсмические колебания казались маловероятными, поскольку они не имели бы характерного «веерообразного» рисунка. Электростатический подъем также не казался правдоподобным, поскольку было неясно, что именно в «начальной» точке рисунка было уникальным с электростатической точки зрения. Поэтому они решили, что наиболее разумным объяснением является то, что Диморфос подвергался воздействию «снежных комков» от своего более крупного собрата.

Учитывая отсутствие ударных кратеров от этих «снежных комков», они, должно быть, двигались очень медленно. Чтобы рассчитать эту скорость, авторы провели некоторые орбитальные расчеты и поняли, что материал, выпущенный с экватора Дидимоса со скоростью всего 30,7 см/с (медленнее скорости ходьбы человека), ударится о обратную сторону Диморфоса со скоростью всего 6 см/с. Этой скорости было бы достаточно, чтобы разбить «снежные комки», как их назвали авторы в пресс-релизе. Но следует уточнить, что материал, по-видимому, состоит из рыхлого мелкодисперсного силикатного порошка, поскольку и Дидимос, и Диморфос являются астероидами S-типа и не имеют большого количества «снега».

Хотя вычисления — это хорошо, моделирование — ещё лучше, и авторы решили, что для подтверждения их теории о том, что веерообразные полосы вызваны активным переносом материала, необходимы как физическое, так и вычислительное моделирование. Сначала они обратились к суперкомпьютерам, размещенным в Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора. Они смоделировали 1-метровый ком мелких частиц, падающих на поверхность Диморфоса, с разбросанными валунами, и использовали комбинацию физических моделей и кода орбитальной механики для наблюдения за результатом. Результат выглядел почти точно так же, как веерообразный узор, который они наблюдали на поверхности: валуны блокировали распространение частиц непосредственно за ними, но частицы расходились веером по мере продвижения мимо валуна.

Далее последовало физическое моделирование: авторы построили песочницу, засыпав её окрашенным гравием, имитирующим «валуны». Затем они бросили в яму мраморный шарик и, с помощью высокоскоростных камер и математических расчётов, наблюдали, как песок образует лучи, видимые как в компьютерных симуляциях, так и непосредственно на поверхности астероида. Сочетание всех трёх доказательств, по-видимому, окончательно подтверждает, что активный перенос вещества между двумя астероидами был официально зафиксирован впервые.

Однако есть возможность провести еще одно испытание, поскольку вскоре к системе Дидимос/Диморфос прибудет еще одна миссия. «Гера», которая прибудет в декабре, надеется отследить (в буквальном смысле) последствия удара миссии DART, целью которой было изменение орбиты Диморфоса. Из предварительных данных мы знаем, что она не только успешно это сделала, но и изменила форму самого Диморфоса, а вместе с ней и общий период обращения всей двойной системы. Но неясно, будут ли видны камеры «Геры» те же самые веерообразные лучи, или же произошло увеличение или уменьшение переноса вещества после удара. В любом случае, примерно через год мы должны начать получать дополнительную информацию об этой особенно интересной двойной астероидной системе.