Изображения в близък план на катастрофата на астероида DART разкриват сложни отломки

През 2022 г. тестът за двойно пренасочване на астероиди (DART) на НАСА се сблъска с астероида Деморфос в успешен тест на технология за планетарна защита. Този успех беше измерен със значителната промяна в орбитата на Dimorphos около по-големия астероид Didymos. Оттогава различни обсерватории са анализирали данните, за да се опитат да съберат какво ни казват отломките от удара за структурата на астероида.

Всички тези наблюдения се случиха на големи разстояния от удара. Но DART носеше малък CubeSat, наречен LICIACube по време на полета, и го пусна на по-късна траектория няколко седмици преди удара. Отне известно време, за да се върнат всички изображения от LICIACube на Земята и да се анализират, но резултатите вече са готови и предлагат намеци за формирането и историята на Dimorphos, заедно с това защо ударът е оказал толкова голямо влияние върху неговата орбита.

Проследяване на отломки

LICIACube имаше устройства за изображения с тясно и широко поле (наречени LEIA и LUKE от някои внимателно подбрани имена). Той проследи DART през зоната на удара за около три минути и направи изображения, започвайки около минута преди удара и продължавайки повече от пет минути след това.

Те показаха, че ударът е създал сложно поле от отломки. Вместо обикновен конус от материя имаше струни и купчини снаряди, всички движещи се с различни скорости. Един документ, публикуван днес в Nature, се опитва да класифицира много от тях. Така, например, той идентифицира единичен поток от изхвърлен материал, който се появява в първите изображения след удара и може да бъде проследен, докато изображението спре. В този момент тя се е простирала на повече от осем километра от мястото на удара. Това означава, че скоростта е около 50 метра в секунда.

Отделно имаше маса от материал, която се виждаше около минута и половина и се движеше със скорост от около 75 метра в секунда; Втората група се движеше с около половината от тази скорост.

Най-бързо движещият се материал, който можеха да проследят, беше изхвърлен със скорост от 500 метра в секунда, или около 1800 километра в час (1100 мили в час). Това помага да се определи стойността на LICIACube, тъй като най-добрите наблюдения, които имаме от разстояние, са направени от Хъбъл и той е открил само обекти, движещи се с половината от тази скорост.

Любопитно е, че изхвърленият материал първоначално изглежда червен, но постепенно става син с течение на времето. Изследователите предполагат, че това може да означава, че повърхността на астероида е почервеняла поради излагане на радиация и че първият материал, който се е появил от сблъсъка, е дошъл от повърхността. По-късно, когато отвътре пристигна повече материал, червенината намаля.

В края на миналата година отделна статия се фокусира върху размерите на конуса на отломките. Използвайки тези елементи, работихме в обратна посока, за да оценим къде този конус достига повърхността на диморфоса. Въз основа на това участващите изследователи изчислиха, че материалът идва от кратер с диаметър приблизително 65 метра.

Слаб интериор

Проследяването на всички сложни отломки е важно отчасти, защото играе роля в ефективността на DART. Ние знаем точно колко инерция носи космическият кораб DART по време на сблъсъка и можем да го сравним с оценките за количеството, необходимо за промяна на орбитата на Dimorphos. Въз основа на оценките на големината на орбиталната промяна, както и на първоначалната маса на диморфоса, е много ясно, че инерцията на DART не може да обясни цялата промяна. Следователно, значително количество обмен на инерция се е случило, когато отломки от сблъсъка са отнесли инерция далеч от Dimorphos.

Допълнителен документ взема данни от LICIACube за изхвърлена материя и ги използва, за да се опита да оцени вътрешните свойства на диморфоса. Използван е модел на физиката на удара, за да се тестват различни вътрешни състави на астероида, които варират в зависимост от неговата плътност, количеството твърда скала спрямо рохкав материал и други свойства. Най-добрите резултати идват от поресто тяло с относително ниска плътност, което няма много големи камъни близо до повърхността си.

Като се има предвид тази структура, изследователите заключиха, че DART вероятно е причинил глобално разрушаване на целевата си структура.

Слабата и фрагментирана структура на Dimorphos изглежда много така, както видяхме при нашите посещения на така наречените „астероиди от купчина развалини“ като Bennu и Ryugu. Удивителното при него е, че е много по-слаб като структура от по-големия си съсед Дидимос. Това обаче е в съответствие с моделите, обясняващи как се образува диморфосът. Тази теория предполага, че Didymos е изхвърлил материал, част от който е останал свързан от гравитацията и е попаднал в орбита.

Един от начините, по който това може да се случи, е чрез удар, но се очаква да бъде достатъчно мощен, за да освободи широк спектър от материали от Didymos. Но алтернативата е, че слънчевото нагряване може да увеличи въртенето на Дидимос, докато не разполага с достатъчно гравитация, за да задържи цялата си материя. В този случай по-лекият материал вероятно ще бъде изхвърлен първо от повърхността, може би поради относително малкия обем материал в диморфоса.

Добрата новина е, че трябва да получим по-добър поглед върху системата след срива в рамките на няколко години. В края на 2024 г. Европейската космическа агенция планира да изстреля сонда, наречена Hera, която ще влезе в орбита около системата Didymos/Demorphos и ще предостави подробни данни за ефектите от сблъсъка.

Journal of Planetary Science, 2023 г. DOI: 10.3847/PSJ/ad09ba (Относно цифровите идентификатори).

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

Физическа астрономия, 2024 г. DOI: 10.1038/s41550-024-02200-3