Астероид Бенну переживает кризис идентичности, и это может быть вина Юпитера

Фото из открытых источников

Миссии по доставке образцов астероидов впервые привезли на Землю хорошо сохранившиеся образцы ранней Солнечной системы (не сгоревшие в огненном шаре). Но эти образцы, как, например, образец астероида (101955) Бенну, доставленный аппаратом OSIRIS-REx, иногда порождают больше вопросов, чем ответов. В новой статье, опубликованной в журнале Science Advances исследователями из ETH Zurich и Lawrence Livermore National Laboratory, освещается один из таких вопросов — почему Бенну, по-видимому, родился как во внутренней, так и во внешней Солнечной системе — и дается возможный ответ на него.

Образцы с Бенну являются одним из самых востребованных ресурсов в мире геологии. Поэтому, когда полграмма этого материала попали в Цюрихский технический институт, Мария Шёнбахлер и её лаборатория немедленно приступили к его анализу. В частности, профессор изотопной геохимии и её студенты искали именно то, что подразумевала её должность — нуклеосинтетические изотопы.

В ранней Солнечной системе изотопы действовали как маркеры. Когда Солнце сформировалось 4,6 миллиарда лет назад, окружающая его пыль перемешивалась неравномерно. Различные части орбитальной плоскости новой звезды содержали разные смеси изотопов — такие элементы, как железо, титан и хром, имели немного разное количество нейтронов в зависимости от того, где они находились в этом протопланетном диске.

Исследования других астероидов и метеоритов (которые представляют собой просто астероиды, упавшие на Землю) выявили четкое разделение на две отдельные группы. Неуглеродистые (NC) астероиды образуются из материала внутренней части Солнечной системы, где сформировались земные планеты, такие как Земля. Углеродистые (CC) астероиды, с другой стороны, образуются в холодной, богатой летучими веществами внешней части Солнечной системы.

Еще до того, как мы получили образцы с этого астероида, ученые классифицировали Бенну как хондрит типа CI — подтип более распространенных астероидов типа CC, и на данный момент у нас было найдено всего 10 метеоритов, что составляет менее 0,0127% от всех собранных нами образцов, хотя это, вероятно, связано с тем, что большинство из них сгорают в атмосфере.

Таким образом, изучение неповрежденного образца такого астероида представляло собой еще более редкую возможность, и исследователи ожидали, что обнаруженные ими изотопы будут соответствовать тому, что можно было бы ожидать для астероидов типа CC по всей Солнечной системе. Для изотопов титана и хрома Бенну это подтвердилось. Но что касается железа, Бенну оказался больше похож на астероиды типа NC, образовавшиеся ближе к Солнцу.

Проведя более глубокое исследование, ученые использовали радиоактивный распад марганца-53, чтобы датировать астероид примерно 2 миллионами лет после появления первых твердых пород в нашей Солнечной системе. Во внешней части Солнечной системы астероиду потребовалось бы гораздо больше времени для формирования из более разреженных частей. Кроме того, Бенну, по-видимому, не хватает «тяжелого» водорода и азота, которые мы видим в кометах, которые, как известно, образовались в этом регионе.

В качестве альтернативы исследователи возложили вину непосредственно на один конкретный виновник — Юпитер. На том этапе истории Солнечной системы, когда сформировался Бенну, масса Юпитера уже в двадцать три раза превышала массу Земли. Он проложил себе путь из газа и пыли диска, оставив после себя остаточные гребни давления как внутри, так и за пределами своей орбиты. Это позволило мельчайшим пылевым частицам без особых трудностей пересекать орбиту Юпитера, двигаясь внутрь к Солнцу. Но он захватил более крупные, миллиметровые расплавленные капли, называемые хондрами, в промежутках давления за пределами своей орбиты, препятствуя их миграции внутрь к гравитационному центру Солнечной системы.

Эти гребни давления также почти совпали с «линие льда» — точкой вокруг Солнца, где температура упала достаточно низко, чтобы вода замерзла. Когда Бенну образовался, эта линия находилась чуть внутри орбиты Юпитера. Когда пыль столкнулась с этой линией водяного льда и её гребнями давления, они начали сжиматься, создавая то, что можно назвать пылевой пробкой. В конечном итоге эти пробки образовали зародыши астероидов, подобных Бенну.

Пыль продолжала поступать из внешних областей Солнечной системы, образуя на самом Бенну слои, похожие на космические осадочные породы, и смешивая компоненты внутреннего диска с пылевыми частицами из внешнего диска. Это объясняет, почему Бенну выглядит так, будто он образовался как во внутренней, так и во внешней Солнечной системе — похоже, он сформировался вблизи границы раздела вода/лед.

С тех пор он мигрировал дальше вглубь планеты, в конечном итоге превратившись в околоземный астероид (ОЭА) и став главной целью для миссии по доставке образцов. Этот процесс занял миллионы столкновений и гравитационных воздействий на протяжении миллиардов лет, но его фундаментальный химический состав остался неизменным. Потребовался лишь смелый роботизированный исследователь, полграмма пыли и очень современное оборудование, чтобы наконец выяснить, как образовалась эта конкретная форма астероида.