Околоземный астероид Бенну продолжает раскрывать свои секреты миссии OSIRIS-REx (НАСА), которая вращается вокруг космической скалы уже почти два года.
В своей новой работе исследователи обнаружили следы карбонатов в валунах Бенну, а также признаки органических минералов, широко распространённых на его поверхности. Исследование показало, что разнообразие горных пород на поверхности астероида, сила тяжести астероида и несбалансированная ромбовидная структура объекта предполагают, что Бенну образовался после столкновения двух родительских астероидов.
В целом новые результаты обеспечивают основу для образцов, которые OSIRIS-REx соберёт с поверхности Бенну 20 октября. Ожидается, что космический зонд доставит эти образцы на Землю в 2023 году, если всё пойдёт по плану.
В процессе формирования планет ранняя Солнечная система также создала множество маленьких объектов. Эти остатки имеют те же свойства, что и планетные строительные блоки, но просто не использовались для образования планет. Многие из них дрейфовали к поясу астероидов, хотя некоторые были отброшены обратно к Земле и, вероятно, доставили воду на поверхность тогда ещё сухой планеты.
“Поскольку Бенну мигрировал из главного пояса астероидов на орбиту, пересекающуюся с земной, он является ярким примером того, как материал мог быть доставлен на раннюю Землю из более отдалённых уголков Солнечной системы”, – говорит Эми Саймон, исследователь из Центра космических полётов Годдарда .
Широко распространённые свидетельства наличия как карбонатов / органических веществ, так и гидратированных минералов на Бенну подтверждают аргумент о том, что астероиды и кометы, возможно, принесли необходимые строительные блоки для жизни на Землю, а также другие планеты.
Валуны Бенну
За последние два года OSIRIS-REx получил достаточно изображений Бенну, чтобы исследователи смогли составить карту поверхности астероида. Вариации цвета и альбедо (яркости) дают представление о “коже” астероида, а также показывают, как она изменяется с течением времени.
Бенну считается астероидом, состоящим из груды обломков, гравитационно соединённых вместе после того, как что-то врезалось в исходное тело. Сравнивая различия в цвете и альбедо валунов и кратеров, учёные смогли определить, что астероид состоит из двух различных популяций валунов.
По словам Даниэллы Делла Джустина, планетолога из Университета Аризоны, основная гипотеза появления этих отдельных популяций заключается в том, что исходный астероид содержал несколько отдельных зон, которые пережили различные геологические процессы. Когда Бенну соединился после удара, который разрушил первоначальный объект, он собрал материал как минимум из двух из этих зон.
OSIRIS-REx также обнаружил несколько небольших валунов, состав которых во многом схож с составом астероида Веста, второго по величине объекта в поясе астероидов. Эти валуны могут дать представление об объекте, разбившем родительское тело Бенну.
Исследователи предполагают, что эти камни произошли от фрагмента Весты, который столкнулся с родительским телом Бенну.
Бенну также содержит удивительное количество материалов, богатых углеродом, включая карбонаты и органические материалы. Карбонаты – это неорганические минералы, тогда как органические вещества содержат углерод в более сложных формах. Картирование длин волн света, отражающегося от Бенну, может дать намёк на его состав. Предыдущие наблюдения уже показали присутствие гидратированных филлосиликатов или глин на поверхности астероида. Новое исследование показывает, что экстерьер Бенну покрыт органическими и карбонатными материалами.
По словам Саймон, Бенну несёт в себе широкий спектр сигналов, которые могут быть результатом вариаций состава, погодных условий, возрастных различий, различных размеров частиц или некоторой комбинации всех этих факторов.
“Хотя глобальный спектр астероидов может показать вам одну доминирующую характеристику, вполне вероятно, что все астероиды также имеют вариации на своей поверхности”, – сказала Саймон. “Это может объяснить, почему сложные астероиды C-типа, связанные с Бенну, имеют разнообразие сигнатур”.
Настоящим испытанием будет анализ возвращённых образцов Бенну.
Астероиды и метеориты
Другая группа исследователей изучила физические характеристики валунов Бенну, используя данные теплового инфракрасного излучения, чтобы определить шероховатость их поверхности и тепловую инерцию (мера того, насколько медленно изменяется температура объекта), которые используются в качестве заместителей для физических характеристик поверхности планеты.
Работая со своими коллегами, Бен Розитис из Открытого университета в Соединенном Королевстве обнаружил, что валуны Бенну можно разделить на два типа по прочности. Самый слабый из этих валунов вряд ли уцелеет при прохождении через атмосферу планеты, а это предполагает, что любые метеориты этого типа, которые были выброшены к Земле, никогда не достигнут её поверхности. Слабые валуны имеют низкий коэффициент отражения, бугристую текстуру и меньшую тепловую инерцию, чем астероиды C-типа.
Более прочные валуны обладают большей отражающей способностью, с угловатыми сторонами и свидетельствами наличия богатых водой минеральных отложений в их трещинах. Хотя эти валуны также имеют более низкую теплопроводность, чем аналогичные метеориты, этот параметр приближается к измерениям для астероидов типа CM, сделанным в лаборатории.
Розитис и его команда пришли к выводу, что другие объекты, сближающиеся с Землёй, скорее всего, содержат валуны, похожие на те, что найдены на Бенну, а не более мелкий мелкозернистый реголит. Они также подозревают, что образцы материала, собранные OSIRIS-REx и возвращённые на Землю, будут содержать части валунов, которые в противном случае не уцелели бы при прохождении через атмосферу.
“Поэтому мы надеемся, что OSIRIS-REx вернётся для анализа материала, которого в настоящее время нет в коллекции исследователей”, – написали авторы в своей статье.
Карта также показала, что поверхность Бенну удивительным образом подвергается выветриванию. Воздействие заряжённых частиц, исходящих от Солнца, и дождя из микрометеоритов может иметь важные последствия для космических камней. На Луне и некоторых других астероидах учёные обнаружили, что их воздействие затемняет поверхность, заставляя её отражать солнечный свет в более длинных волнах. Но в случае с Бенну происходит нечто неожиданное. Вместо того что бы становиться более тусклым, астероид со временем становится более ярким, его скалы отражают более короткие волны света.
“Что-то в Бенну сильно отличается от других планетных поверхностей, которые мы наблюдали”, – сказала Делла Джустина.
В первые дни существования Солнечной системы, когда ей было всего несколько миллионов лет, тепло радиоактивных элементов растапливало водяной лёд, позволяя ему взаимодействовать с породами родительского тела и изменять их. Быстрый распад этих элементов означал, что изменение должно было произойти раньше, чем столкновение, уничтожившее родительское тело Бенну.
Эта вода, скорее всего, создала желоба из минералов, которые можно увидеть на некоторых валунах Бенну. По словам Ханны Каплан, аналогичные желоба видны на некоторых метеоритах, но они варьируются от микрон до миллиметров в длину и ширину, в то время как жилы на Бенну имеют ширину от 3 до 15 сантиметров и длину до 1,5 метров.
Хотя OSIRIS-REx не обнаружил никаких валунов с жилами в Соловье, предполагаемом регионе отбора проб, Каплан говорит, что это не исключает возможности обнаружения более мелких, богатых карбонатом фрагментов. Она ожидает увидеть доказательства карбоната в материале, возвращённом на Землю.
Хотя Бенну имеет несколько общих черт (по составу) с метеоритами CM и CI, Каплан и её коллеги обнаружили, что преобладающий материал в трещинах отличается от того, что был обнаружен в метеоритах. Возможно, что, глядя на Бенну издалека, получится увидеть особенности, отличные от тех, что были обнаружены в отдельных метеоритах. Это как разница между изучением горы и валуна на этой горе; Бенну в данном случае является горой, а метеориты больше похожи на отдельные валуны.
Структура Бенну
Помимо карты поверхности, учёные OSIRIS-REx также смогли создать трёхмерную модель Бенну с разрешением 20 сантиметров (8 дюймов). Было обнаружено, что два хребта тянутся через экватор в высокие южные широты. В южном регионе гребни покрыты материалом, который делает их невидимыми для невооружённого глаза.
Северный и южный регионы также имеют разные области с низким альбедо. К югу от экватора крупномасштабные более тёмные детали встречаются на переходе между наклонённой южной шапкой и более плоской экваториальной областью. В северных районах таких регионов меньше, и большинство из них связано с областями, идентифицированными как оползни.
“Различия, которые мы обнаружили между северным и южным полушариями Бенну, предполагают фундаментальные различия в свойствах поверхности и подповерхностных структурах”, – написали в своей статье авторы во главе с Майклом Дейли, планетологом из Йоркского университета в Канаде.
В прошлом году исследователи объявили, что Бенну теряет пыль со своей поверхности. Исследователи во главе с Дэниелом Ширесом из Университета Колорадо в Боулдере использовали этот материал, чтобы рассчитать гравитацию Бенну. Это помогло исследователям косвенно исследовать внутреннюю часть астероида. Результаты показали, что внутри Бенну состоит из широкого спектра материалов. Области на экваторе и в центре менее плотны, чем на полюсах.
Ранее исследователи предположили, что экваториальная выпуклость может быть результатом вращения астероида, поскольку материал мигрирует к экватору и оседает там. Гравитационные наблюдения подтверждают это предположение. Последнее также говорит о том, что мигрирующий материал более пористый, чем окружающий, что вызывает более низкую плотность даже по мере оседания большего количества материала.
Центр астероида также имеет низкую плотность, и ранее предполагалось, что его образование является результатом его быстрого вращения (4,3 часа). Сравнивая скорость вращения Бенну сегодня с предполагаемым вращением, необходимым для превращения его из груды обломков в астероид, исследователи определили, что центр, имеющий более низкую плотность, чем предполагалось, мог образоваться на раннем этапе жизни астероида.