Астрономы рассмотрели облако обломков астероида после удара DART и вычислили их массу
Астрономы изучили облако обломков, которое образовалось после того, как в 2022 году в околоземной астероид Диморф врезался аппарат DART. По фотографиям, сделанным сразу после столкновения специально запущенным в рамках этого же проекта небольшим зондом, установили, что масса обломков намного превышает массу самого аппарата.
11 сентября 2022 года инженеры Центра управления полётами в Турине отправили в глубокий космос радиосигнал. Но не в целях связи с инопланетянами. Пунктом назначения был космический аппарат NASA DART (акроним для Double Asteroid Redirection Test). Аппарат находился в пути к астероиду, удалённому на 9 миллионов километров, хоть и околоземному по формальной классификации. Сообщение привело к выполнению запрограммированной последовательности действий, в результате чего от аппарата отделился небольшой спутник Итальянского космического агентства (ASI) под названием LICIACube.
Через 15 дней путешествие DART закончилось лобовым столкновением с околоземным астероидом под названием Диморф, а зонд LICIACube как раз в этот момент пролетел мимо астероида и сделал серию фотографий, которые теперь позволяют провести наблюдения за первой в мире демонстрацией планетарной защиты, то есть отклонения астероида от его траектории.
После анализа изображений LICIACube астрономы сообщают в Planetary Science Journal, что в результате столкновения из астероида вылетело 16 млн кг пыли и камней. Тем самым уточнили предыдущие оценки, которые основывались на данных наземных и космических наблюдений. Подробнее про эти ранние оценки (тогда фигурировала характерная цифра в «тысячу тонн обломков») можно прочитать в отдельной большой статье.
Хотя обломки, отлетевшие от астероида, составляли менее половины процента его массы, они всё же весили в 30 000 раз больше, чем космический аппарат-импактор. Влияние обломков на траекторию Диморфа было значительным: вскоре после столкновения определили, что именно летающие обломки придали астероиду импульс, в несколько раз превышающий эффект от удара, если бы мы рассматривали систему просто как школьную задачу неупругого соударения двух объектов. Важный вывод из эксперимента DART: небольшой космический аппарат, который можно легко построить и запустить при помощи современных технологий, может кардинально изменить траекторию астероида, похожего по размеру и составу на Диморф. Здесь нужно напомнить, что астероид относится к особому классу «рыхлых» космических тел, в которых материал слабо сцементирован. Такой астероид примерно напоминает кучу щебня, и отсюда происходит даже устоявшееся английское название этого класса — Rubble pile. Из-за сравнительно небольшого размера камни в нём слабо связаны силой притяжения, и сравнительно легко, врезавшись в такую кучу, отправить в космическое пространство этого самого «щебня» значительно больше, чем весит сам таран. Астрономы допускают, что к классу «щебневых» относится большое количество астероидов, которые приближаются к Земле. В частности, такого же типа астероид Бенну, с которого недавно на Землю доставили образцы породы.
В своё время NASA выбрала для протаранивания безопасный для Земли астероид Диморф из-за того, что он имеет пару — более крупный астероид Дидим. Поскольку пара вращается вокруг общего центра масс, изменение параметров такого вращения гораздо легче заметить с Земли, чем отслеживать изменение орбиты одинокого астероида. Так, удалось сразу выяснить, что период обращения Диморфа в паре сократился на 33 минуты. Но с расстояния 10,9 миллионов километров до этого двойного объекта сложно судить о разлёте обломков с желаемыми подробностями. Поэтому вместе с импактором к двойному астероиду и отправился кубсат LICIACube.
После соударения у него было 60 секунд для проведения самых критических наблюдений. Кубсат пролетел мимо астероида на скорости 21 000 км/час, фотографируя эту «космическую катастрофу» примерно раз в 3 секунды. Самый близкий снимок получен с расстояния 85 км от поверхности астероида.
Исследователи изучили серию из 18 изображений LICIACube. Первые снимки отвечали подлёту зонда. С этого угла туча обломков была ярко освещена солнечным светом. При пролёте аппарата возле астероида его камера поворачивалась так, чтобы облако всегда оставалось в поле зрения. Когда LICIACube оглянулся на астероид, солнечный свет проникал сквозь тучу из обломков, и яркость шлейфа уменьшилась. Это означает, что шлейф состоял преимущественно из крупных частиц диаметром порядка миллиметра или больше. Такие частицы отражают меньше света по сравнению с более мелкими зёрнами пыли.
Внутренние области облака частиц были настолько плотными, что полностью закрывали обзор. Поэтому для оценки количества частиц, спрятанных от взгляда камеры, необходимо использовать модельные расчёты. Уточнить оценки помогли также данные про другие «щебневые» астероиды, включая фрагменты астероида Бенну, которые в 2023 году на Землю доставил аппарат OSIRIS-REx, и лабораторные эксперименты. Такие подсчёты указывают, что скрытый материал составляет почти 45% общей массы облака.
Хотя DART продемонстрировал, что столкновение космического аппарата на большой скорости вполне может изменить траекторию астероида, нужно понимать, что разные типы астероидов, даже одинаковой массы, будут по-разному реагировать на такое столкновение. Так, ключевым фактором в таком удачном разгоне Диморфа в столкновении была его рыхлая структура (то есть принадлежность к классу «куча щебня»). Астероиды, сложенные более плотным и крепким материалом, очевидно, будут не такими податливыми.