Гитарист группы Queen опубликовал занимательное исследование, посвященное форме астероидов
Команда ученых смоделировала на суперкомпьютере рождение множества астероидов, чтобы выяснить, как они приобретают странную форму детской юлы
И астероид Бенну диаметром 525 м, который посетил OSIRIS-REx, и астероид Рюгу диаметром 1 км, которого достиг японский «Хаябуса-2», обладают одинаковой формой вращения и одинаковой плотностью материала. Однако данная пара содержит разное количество воды, как показало спектральное картирование гидратированных материалов. Рюгу выглядит слабо гидратированным по сравнению с Бенну, несмотря на то, что он был сравнительно молодым (по астероидным меркам) — ему всего 100 миллионов лет.
«Формы астероидов и уровень их гидратации могут служить реальными индикаторами их происхождения и истории», — говорит соавтор статьи Брайан Мэй.
Работа проводилась под руководством Патрика Мишеля, директора CNRS по исследованиям французской обсерватории Лазурного берега, а также ведущего ученого миссии ЕКА по планетарной защите Hera. Он отмечает, что проекту Hera предстоит исследовать двойную систему астероидов Дидимос после орбитального отклонения меньшего из двух тел космическим кораблем НАСА DART.
«Форма Бенну и Рюгу — включая выраженную экваториальную выпуклость — характерна для многих других астероидов, включая основной астероид Дидимоса длиной 780 м», — объясняет Патрик. По его словами, основная гипотеза заключалась в том, что высокая скорость вращения приводит к центробежной силе, изменяющей внешний вид космических скитальцев с течением времени, когда материал «стекает» от полюсов к экватору. Такое вращение может создаваться за счет постепенного нагревания астероида солнечным светом — явления, известного как эффект Ярковского-О'Киф-Радзиевского-Паддака (YORP).
«Для Дидимоса это могло бы объяснить, откуда у основного тела взялась меньшая луна Дидимос А – она могла образоваться из материала, вырвавшегося из быстро вращающегося экватора. В случае с Бенну и Рюгу, однако, есть проблема: детальный осмотр выявил большие кратеры на их экваториальных гребнях, что позволяет предположить, что эти выпуклости образовались очень рано».
В итоге ученые задались вопросом: являются ли эти свойства — форма астероида, плотность, более или менее высокий уровень гидратации — следствием эволюции данных объектов? Что это, следы изначальной формы или результат воздействия космической среды? И если эта форма приобретенная – можно ли предсказать, как сотни тысяч лет космических путешествий изменяют форму астероидов и других тел?
Чтобы заглянуть в прошлое, исследователи провели численное моделирование астероидов класса 100 км, разрушаемых столкновениями. Модели высвобождали многочисленные фрагменты, которые постепенно преобразовывались в агрегированные тела — считается, что именно так появляется на свет большинство астероидов размером более 200 метров. Моделирование проводилось с использованием кластера суперкомпьютеров Bluecrab, управляемого Центром перспективных исследований Мэриленда через Университет Джона Хопкинса и Университет Мэриленда.
«Моделирование требовало чрезвычайно больших вычислительных ресурсов и длилось несколько месяцев», — добавляет Патрик Мишель. «Самой сложной частью было моделирование процесса повторного накопления, которое включало подробное кодирование контакта частиц, включая трение качения, скольжения и сдвига. Мы также рассмотрели степень нагрева осколков после удара, определив степень их гидратации», — добавил он.
Ученые обнаружили, что в то время как процесс повторного накопления привел к широкому разнообразию форм, все-таки прослеживается тенденция к формированию веретенообразного тела астероида, так называемой «формы волчка». Все потому, что агрегирующий материал может быть захвачен в центральном диске и в конечном итоге образует волчок или, по крайней мере, повторно накопленный сфероид. Затем этот сфероид может быть раскручен эффектом YORP, формируя ту самую экваториальную выпуклость «всего» менее чем за миллион лет, что и объясняет картину, наблюдаемую на Бенну и Рюгу.
Другой вывод команды состоит в том, что конечный уровень гидратации может заметно различаться среди агрегатов, образованных в результате разрушения их родительского тела. Брайан Мэй работал с Клаудией Мандзони из Лондонской стереоскопической компании над созданием стереограмм 3D-изображений непосредственных последствий ударов, показывающих, что отдельные фрагменты демонстрируют большое разнообразие уровней нагрева и, следовательно, гидратации.
«Таким образом, во время столкновения можно сформировать агрегат, такой как Бенну, который испытал лишь небольшой ударный нагрев, а можно и другой агрегат с более нагретым материалом, такой как Рюгу», — объясняет Мэй.