На снимках крушения астероида DART крупным планом видны сложные обломки

В 2022 году тест двойного перенаправления астероидов (DART) НАСА столкнулся с астероидом Деморфос в ходе успешного испытания технологии планетарной защиты. Этот успех был измерен значительным сдвигом орбиты Диморфоса вокруг более крупного астероида Дидимоса. С тех пор различные обсерватории проанализировали данные, чтобы попытаться собрать воедино то, что обломки от удара говорят нам о структуре астероида.

Все эти наблюдения происходили на больших расстояниях от места удара. Но во время полета DART взял с собой небольшой спутник CubeSat под названием LICIACube и сбросил его на более позднюю траекторию за несколько недель до столкновения. Потребовалось некоторое время, чтобы вернуть все изображения LICIACube на Землю и проанализировать их, но результаты уже получены, и они дают подсказки о формировании и истории Диморфоса, а также о том, почему удар оказал такое сильное влияние на его орбиту.

Отслеживание мусора

У LICIACube были устройства формирования изображения с узким и широким полем зрения (названные LEIA и LUKE по тщательно выбранным названиям). Он отслеживал DART через зону удара в течение примерно трех минут и делал снимки, начиная примерно за минуту до удара и продолжаясь более пяти минут после него.

Они показали, что в результате удара образовалось сложное поле обломков. Вместо простого конуса материи были веревки и скопления снарядов, движущихся с разной скоростью. В одной статье, опубликованной сегодня в журнале Nature, делается попытка классифицировать многие из них. Так, например, он идентифицирует единый поток выброшенного материала, который появляется на первых изображениях после удара и может отслеживаться до тех пор, пока изображение не прекратится. К этому моменту он простирался более чем на восемь километров от места падения. Это значит, что скорость около 50 метров в секунду.

Отдельно была масса материала, которая была видна около полутора минут и двигалась со скоростью около 75 метров в секунду; Вторая группа двигалась примерно вдвое быстрее.

Самый быстродвижущийся материал, который они смогли отследить, был выброшен со скоростью 500 метров в секунду, или около 1800 километров в час (1100 миль в час). Это помогает определить ценность LICIACube, поскольку лучшие наблюдения на расстоянии были сделаны Хабблом, и он обнаружил только объекты, движущиеся с половиной этой скорости.

Любопытно, что выброшенный материал сначала кажется красным, но со временем постепенно становится синим. Исследователи предполагают, что это может означать, что поверхность астероида покраснела из-за воздействия радиации, и что первый материал, появившийся в результате столкновения, вышел с поверхности. Позже, когда изнутри поступило больше материала, покраснение уменьшилось.

В конце прошлого года отдельная статья была посвящена размерам конуса обломков. Используя эти элементы, мы работали в обратном направлении, чтобы оценить, где этот конус достигает поверхности диморфа. Основываясь на этом, участвовавшие исследователи подсчитали, что материал исходил из кратера диаметром около 65 метров.

Слабый интерьер

Отслеживание всего этого сложного мусора важно отчасти потому, что оно сыграло роль в эффективности DART. Мы точно знаем, какой импульс перенес космический корабль DART во время столкновения, и можем сравнить это с оценками количества, необходимого для изменения орбиты Диморфоса. Основываясь на оценках величины орбитального изменения, а также начальной массы диморфов, становится совершенно ясно, что импульс DART не может объяснить все изменения. Таким образом, произошел значительный обмен импульсом, когда обломки от столкновения унесли импульс от Диморфоса.

В дополнительной статье используются данные LICIACube о выбрасываемом веществе, чтобы попытаться оценить внутренние свойства диморфов. Модель ударной физики использовалась для тестирования различных внутренних составов астероида, которые различаются в зависимости от его плотности, количества твердой породы по сравнению с рыхлым материалом и других свойств. Наилучшие результаты были получены при использовании пористого тела относительно низкой плотности, вблизи поверхности которого не было большого количества крупных камней.

Учитывая эту структуру, исследователи пришли к выводу, что DART, вероятно, вызвал глобальное нарушение своей целевой структуры.

Слабая, фрагментированная структура Диморфоса очень похожа на то, что мы видели во время наших посещений так называемых «астероидов с грудой обломков», таких как Бенну и Рюгу. Удивительно то, что по структуре он намного слабее, чем его более крупный сосед Дидим. Однако это согласуется с моделями, объясняющими, как образуются диморфы. Эта теория утверждает, что Дидим сбросил материал, часть которого осталась связанной гравитацией и оказалась на орбите.

Один из способов, которым это может произойти, — удар, но ожидается, что он будет достаточно мощным, чтобы высвободить из Дидимоса широкий спектр материалов. Но альтернатива заключается в том, что солнечное нагревание может увеличить вращение Дидимоса до тех пор, пока у него не будет достаточно гравитации, чтобы удерживать всю свою материю. В этом случае более легкий материал, вероятно, будет сброшен с поверхности первым, возможно, из-за относительно небольшого объема материала в диморфе.

Хорошая новость заключается в том, что через несколько лет мы должны получить лучшее представление о системе после катастрофы. В конце 2024 года Европейское космическое агентство планирует запустить зонд под названием «Гера», который выйдет на орбиту системы Дидимос/Деморфос и предоставит подробные данные о последствиях столкновения.

Журнал планетарной науки, 2023 г. DOI: 10.3847/PSJ/ad09ba (О цифровых удостоверениях личности).

Природа, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06998-2

Естественная астрономия, 2024. DOI: 10.1038/с41550-024-02200-3