Наслідки зіткнення: на поверхні астероїда Діморф виявили дивні візерунки

Космос тривалий час вважався місцем статичним і холодним, де величезні брили каміння впродовж мільйонів років літають порожнечею без жодних змін. Проте свіже дослідження астрономів з Університету Мериленда (UMD) малює зовсім іншу картину. Виявляється, подвійні астероїдні системи — це справжні «космічні пісочниці», де об’єкти постійно взаємодіють, обмінюючись матеріалом у дивовижний спосіб, що нагадує повільну гру в сніжки.

Чи знаєте ви, що приблизно кожен шостий астероїд (а це близько 15 %), який пролітає повз Землю, насправді не «самотній вовк»? Це подвійні системи, де навколо більшого об’єкта обертається менший супутник. Раніше науковці вважали, що ці пари просто існують поруч під дією гравітації, але дані, опубліковані в Planetary Science Journal, доводять: між ними відбувається досить тісний зв’язок.

Дослідницька група виявила, що астероїди постійно «перекидаються» камінням та пилом. Це не катастрофічні зіткнення, що розривають небесні тіла на шматки, а м’які, майже делікатні дотики. Ці «космічні поцілунки» поступово змінюють ландшафт обох тіл, перетворюючи їхню поверхню на динамічне середовище, що постійно еволюціонує.

Фотодокази: віяла з пилу та каміння

Ключем до відкриття стали унікальні кадри, зроблені космічним апаратом NASA у межах місії DART (Double Asteroid Redirection Test) у 2022 році. До того як навмисно врізатися в астероїд, супутник Дідима Діморф, апарат встиг передати на Землю надзвичайно чіткі знімки поверхні.

Аналізуючи ці зображення, професорка Джессіка Саншайн та її команда помітили щось дивне — яскраві смуги у формі віяла, що простягалися по всій поверхні Діморфа. Спочатку вчені грішили на дефекти камери або помилки в обробці даних. Але після ретельного очищення зображень стало зрозуміло: перед ними — перше в історії візуальне підтвердження природного перенесення речовини з одного астероїда на інший.

«Це скидалося на те, ніби хтось кидав у астероїд космічні сніжки», — ділиться враженнями професорка Саншайн. — Ці смуги — не що інше, як «шрами» від ударів на низькій швидкості, які залишив матеріал, що прилетів з сусіднього астероїда.

Сонячний двигун

Звідки ж береться це «каміння-мандрівник»? Вчені пояснюють це явище YORP-ефектом (механізм Ярковського — О’Кіфа — Радзієвського — Педдека). Це складний термін для доволі простого процесу: сонячне випромінювання нагріває нерівну поверхню невеликого астероїда, змушуючи його обертатися дедалі швидше.

Коли швидкість обертання стає критичною, відцентрова сила починає перемагати слабку гравітацію астероїда. Уламки скель, пил та валуни, що лежать на поверхні «батьківського» Дідима, просто злітають у відкритий космос. А оскільки поруч є Діморф, значна частина цього «сміття» потрапляє в його гравітаційну пастку і м’яко осідає на його поверхні. Отже, Сонце виступає в ролі невидимого двигуна, що розкручує астероїди до стану космічних розбризкувачів.

Детективна робота з пікселями

Виявити ці смуги було справжнім викликом. На оригінальних знімках DART вони були майже невидимими через складне освітлення та гру тіней від численних валунів. Тоні Фарнхем та Хуан Різос з Університету Мериленда розробили спеціальні алгоритми, щоб «прибрати» зайве світло та тіні.

Роботу ускладнював і сам політ зонда: він наближався до цілі майже по прямій лінії, через що ракурс і кут освітлення майже не змінювалися. Це створювало ілюзію, що смуги можуть бути лише оптичним ефектом. Проте створення 3D-моделі астероїда розставило все на свої місця. Чим точнішою ставала модель, тим чіткішими виявлялися віялоподібні структури. Вони концентрувалися вздовж екватора Діморфа — саме там, де за законами фізики мав би опинитися матеріал, викинутий із Дідима.

Фізика «м’яких» зіткнень

Ми звикли до космічних швидкостей у тисячі км/год, але у світі подвійних астероїдів все інакше. Дослідження Гаррісона Агруси показало, що уламки з Дідима подорожували до супутника зі швидкістю всього 30,7 см/с. Це втричі повільніше, ніж звичайна прогулянка людини парком.

Саме завдяки такій «черепашачій» швидкості утворюються унікальні візерунки. Замість того, щоб вибивати величезні кратери, каміння м’яко входить у пухкий ґрунт (реголіт), залишаючи довгі промені відкладень. Це не руйнування, а поступове «нарощування» маси супутника за рахунок його «старшого брата».

Перевірка теорії піском

Щоб остаточно переконатися у своїй правоті, науковці під керівництвом Естебана Райта провели серію експериментів на Землі. В Інституті фізичних наук і технологій UMD створили спеціальну установку: у ємність із піском, перемішаним з пофарбованим гравієм (імітація поверхні Діморфа), кидали кульки під різними кутами.

Високошвидкісні камери зафіксували неймовірну схожість: коли «прибулець» вдарявся об валуни на поверхні, частина матерії відхилялася, а інша проникала крізь щілини, утворюючи саме ті віялоподібні промені, які ми бачимо на знімках з космосу. Комп’ютерне моделювання в Національній лабораторії Лоуренса Лівермора підтвердило ці результати.

Наступна зупинка — місія Hera

Це відкриття кардинально змінює наше розуміння того, як захищати Землю від астероїдної загрози. Якщо ми хочемо змінити траєкторію астероїда, ми маємо розуміти, наскільки він динамічний і як обмінюється масою зі своїми супутниками.

Наступна велика подія відбудеться у грудні 2026 року, коли до системи Дідим-Діморф прибуде місія Європейської космічної агенції (ESA) під назвою Hera. Вона проведе ретельний «огляд місця події» після удару DART. Науковці сподіваються побачити ті самі смуги, які, можливо, не були повністю знищені вибухом, і отримати нові підказки про те, як працює цей дивовижний космічний конвеєр.

Раніше ми повідомляли про те, як Hubble зазнімкував подвійний хвіст астероїда Діморф. 

За матеріалами NASA JPL