Космическая археология. Как астероид помог NASA раскрыть тайну формирования планет
Научпоп17 февраля 2020, 20:00
Коротко:
— что не так с новым объектом в поясе Койпера
— почему ученые спорят о происхождении планет
— как далекие астероиды помогут узнать нам историю Солнечной системы
Межпланетная станция NASA обнаружила необычный астероид в поясе Койпера. Это открытие подтверждает одну из научных теорий о формировании планет.
Н есмотря на божественную теорию появления Земли за 6 дней, ученые предполагают, что наша планета формировала свой нынешний облик немного дольше.
Как именно это было — сказать трудно, ведь рождение Земли произошло чуть больше 4,5 млрд лет назад. А это, к слову, треть возраста Вселенной.
Но астрономы продолжают изучать разные версии формирования планет и хотят в конце концов узнать, как именно появилось единственное обитаемое место в обозримом нами космическом пространстве.
Новые аргументы в пользу одной из теорий о создании Земли нам прислали из космоса. Правда, не внеземные цивилизации, а созданная человеком межпланетная станция.
Зонд NASA New Horizons (Новые Горизонты) недавно посетил рекордно далекий от Земли объект — астероид Аррокот (Arrokoth) в поясе Койпера.
Необычные характеристики и форма этого объекта подтверждают не самые популярные догадки ученых о процессе формировании планет в Солнечной системе.
О чем говорит Аррокот?
Роботизированный зонд Новые Горизонты приблизился к Аррокоту чуть больше года назад — первого января 2019-го. Тогда аппарат пролетел на расстоянии всего в 3,5 тыс. км от астероида. Весь прошедший год зонд отправлял на Землю данные о своем открытии, и только на днях ученые опубликовали исследование с подробным описанием астероида.
Исследование Аррокота стало рекордным, поскольку это самый отдаленный объект, к которому когда-либо приближались земные аппараты. Астероид расположен на расстоянии примерно в 43 астрономических единицах от Земли (6,5 млрд км). К сравнению, расстояние от Солнца к Земле составляет одну астрономическую единицу (около 150 млн км).
Хотя и это в три с половиной раза меньше, чем расстояние, на которое забрели абсолютные рекордсмены NASA — зонды Voyager-1 и Voyager-2.
Как бы там ни было, главная фишка Аррокота не в его расположении, а в форме: астероид состоит из двух сфер (одна — побольше, вторая — поменьше), которые соединены друг с другом.
В сети этот объект чаще всего называли картофелем из-за его необычного окраса, хотя он также похож на арахис, ну или на очень грязный снеговик без нижней сферы.
Представители NASA сперва назвали этот астероид Ultima Thule, что в переводе с латыни означает «очень далеко», а несколько месяцев назад переименовали его в Аррокот, — это на вымершем языке индейцев Северной Америки означает «небо».
Определившись с названием, ученые принялись изучать характеристики астероида, поскольку он может объяснить нам, как формировались планеты в период зарождения Солнечной системы.
Дело в том, что Аррокот расположен в поясе Койпера — области Солнечной системы сразу за Плутоном на расстоянии от 30 до 55 астрономических единиц от Солнца. Пояс Койпера похож на астероидный пояс между Марсом и Юпитером, хотя последний гораздо меньше.
Считается, что пояс Койпера — идеальное место для изучения зарождения Солнечной системы: из-за очень слабого влияния Солнца и экстремально низких температур (близких к абсолютному нулю), объекты там как будто застыли во времени и должны оставаться такими, какими были 4,5 млрд лет назад.
Основываясь на форме астероида и его внешнем виде, ученые предположили, что он был создан вследствие гравитационного коллапса. В это время облака пыли и газа с разной плотностью вращаются друг вокруг друга и постепенно сближаются, формируя один объект из-за воздействия гравитации.
Согласно такой теории, объекты в молодой Солнечной системе должны были появляться за несколько сотен лет и могли иметь диаметр в несколько десятков тысяч километров. Аррокот в этом смысле не самый большой — его размеры составляют всего 32×16 км.
На изображении Аррокота не видно следов столкновений, разломов или ударов других астероидов. На поверхности объекта также расположены органические соединения, которые характерны для близлежащих астероидов, а не отдаленных материалов из другой части пояса Койпера.
Это позволяет астрономам говорить о том, что две части Аррокота соединились друг с другом очень мягко, а не столкнулись на больших скоростях, что противоречит самым распространенным теориям о формировании планет.
«В конце 1960-х годов существовала теория насильственных столкновений и более поздняя теория мягкого накопления. Одна была несущественной, а другая единственной авторитетной. Это редко случается в планетарной науке, но сегодня мы решили этот вопрос», — говорит автор исследования доктор Алан Стерн (Alan Stern).
По его словам, открытие Аррокота позволило астрономам определиться между одной из двух теорий, и, наконец, подтвердить, что планеты Солнечной системы формировались именно таким образом.
Тем не менее, у ученых остаются и другие данные о создании планет, которые противоречат необычной форме нового астероида.
«Хотя есть свидетельства более быстрых столкновений во внутренней Солнечной системе, например, когда Луна образовалась из большого объекта, падающего на Землю, эта работа показывает, что гораздо более медленные и спокойные взаимодействия были распространены в самой ранней истории Солнечной системы», — объясняет профессор лаборатории космических наук Малларда Эндрю Коутс (Andrew Coates).
Что не так с Луной?
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Пожалуй, самым ярким примером, который противоречит идеи о формировании Аррокота является естественный спутник Земли — Луна.
Наиболее распространенная модель формирования Луны предполагает, что наш спутник возник в результате столкновения с другой планетой, похожой по размерам с Марсом.
Этот гипотетический объект или планету называют Тейя, — якобы после столкновение Земли с ней образовался осколок в виде Луны. Впервые эту теорию представили еще в начале 1970-х.
В прошлом году команда геофизиков из США и Японии дополнила эту теорию и разработала компьютерную симуляцию того, как могла сформироваться Луна.
Согласно модели ударного формирования Луны, большая часть нашего спутника должна состоять из остатков Тейи. Но ученые знают, что химический состав Луны почти идентичен земному, что и ставит в тупик гипотезу о столкновении.
Исследование специалистов из США и Японии предполагает, что схожесть в структуре Земли и Луны объясняется океанами магмы, которые наполняли нашу планету в то время.
Гипотетическое столкновение с Тейей, из-за которого могла сформироваться Луна, произошло около 4,5 млрд лет назад. Как раз в это время молодая Земля была покрыта горячей магмой, глубина которой составляла до 1500 км.
Таким образом, после столкновения огромное количество магмы буквально выплеснулось на орбиту Земли, и постепенно превратилось в известную нам круглую и твердую Луну.
«В нашей модели около 80% Луны состоит из протоземных материалов. В большинстве предыдущих моделей около 80% Луны состоит из ударной планеты. Это большая разница», — говорил соавтор исследования, геофизик из Йельского университета Шунь-Ичиро Карато (Shun-ichiro Karato).
Очевидно, это не похоже на гравитационный коллапс, во время которого две части Аррокота мягко слились воедино. Да и в целом многие предыдущие модели формирования планет и спутников описывали именно столкновение объектов на высоких скоростях.
Не исключено, что дальнейшие исследования зонда Новые Горизонты в поясе Койпера помогут нам узнать больше об этом.
Куда летят Новые Горизонты?
Изначально, в 2006-м, NASA запустила свой зонд с целью исследовать Плутон и его спутник Харон, который, вероятно, также возник из-за столкновения Плутона с другим объектом из пояса Койпера.
Сделав самые высококачественные снимки Плутона в истории космических исследований, в 2019-м зонд перешел на программу изучения пояса Койпера и одним из первых его открытий как раз стал Аррокот.
Из-за ограниченного количества ядерного топлива, окончание миссии Новые Горизонты планируют на 2026 год.
За это время зонд должен приблизиться достаточно близко к еще одному объекту, но это будет зависеть о того, найдут ли астрономы такое тело, которое будет проходить по траектории полета Новых Горизонтов.
«Мы надеемся обнаружить еще более отдаленный объект в поясе Койпера в 2020-х годах. У нас есть топливо, и у космического корабля прекрасное состояние. Поэтому, я думаю, что у нас впереди светлое будущее», — говорил Алан Стерн в конце 2018-го.
Стерн уверен, что ядерный аккумулятор — радиоизотопный термоэлектрический генератор или РТГ — зонда проработает до середины или даже до конца 2030-х.
Поэтому астрономам остается только выбрать один из многочисленных обледененных объектов в поясе Койпера, которые зонд сможет изучить так же, как и Арракот.
Кроме исследования объектов на задворках Солнечной системы, которые могут рассказать нам многое о формировании планет, зонд Новые Горизонты также выполняет некую культурную миссию.
К примеру, в 2018-м несколько десятков желающих смогли отправить сообщение зонду перед его историческим сближением с Аррокотом.
Ну а в самом начале на борт космического аппарат погрузили диск с почти полмиллиона именами людей, которые участвовали в акции NASA «Отправь свое имя на Плутон».
Также с зондом отправили две монеты и два флага США, фрагмент первого обитаемого частного космического аппарата SpaceShipOne, диск с фотографиями аппарата и его разработчиков и почтовую марку США «Плутон: еще не исследован».
Самым ценным грузом стала капсула с частью праха американского астронома Клайда Томбо, который в 1930 году открыл планету Плутон. Но в 2006-м Плутону присвоили статус карликовой планеты, и в Солнечной системе осталось лишь восемь планет.
Всего стоимость 15 лет эксплуатации зонда Новые Горизонты оценивают в $700 млн.