Ловушка медленного вращения: новый закон, открытый Gaia, и его значение для защиты Земли
В бескрайних просторах Солнечной системы, среди миллионов астероидов, скрывается не только история ее зарождения, но и потенциальная угроза для будущего Земли. Эти древние небесные тела, часто напоминающие гигантские космические картофелины, ведут себя загадочным образом: некоторые вращаются с четкой регулярностью, словно волчки, в то время как другие хаотично кувыркаются в пространстве.
Разгадка этой тайны вращения долгое время оставалась одной из ключевых задач планетологии. Ответ на нее имеет и сугубо практическое значение — от того, как вращается и из чего состоит астероид, летящий к Земле, может зависеть успех операции по его отклонению. И вот, на совместном заседании Европейского конгресса планетных наук и Отделения планетных наук Американского астрономического общества в 2025 году, международная команда исследователей под руководством Вэнь-Хань Чжоу из Токийского университета представила революционное исследование, которое, используя мощь данных миссии Gaia и искусственного интеллекта, наконец-то раскрыло физические законы, стоящие за этим космическим танцем.
Основой для этого прорыва послужил беспрецедентный по своим масштабам набор данных, собранный астрометрической миссией Gaia. Аппарат провел тотальный обзор неба, зафиксировав кривые блеска тысяч астероидов. Эти кривые, показывающие, как меняется яркость объекта при его вращении, являются ключом к определению периода вращения. Когда ученые нанесли все эти данные на график, сопоставляющий период вращения с диаметром астероида, перед ними предстала удивительная картина: популяция астероидов оказалась четко разделена на две группы с явным разрывом между ними. Этот разрыв стал центральной загадкой, которую предстояло объяснить.
Доктор Чжоу и его команда, большая часть работы которых была выполнена в Обсерватории Лазурного берега во Франции, разработали новую модель эволюции вращения астероидов. Эта модель учитывает баланс двух противоположных сил. С одной стороны, это случайные столкновения в поясе астероидов, которые действуют как дестабилизирующий фактор, способный раскрутить астероид и ввергнуть его в состояние хаотического кувыркания. С другой стороны, этому противодействует внутреннее трение внутри самого астероида, которое работает как стабилизатор, постепенно гася нерегулярное вращение и возвращая тело к плавному вращению вокруг одной главной оси. Модель предсказала, что в точке, где эти два эффекта уравновешивают друг друга, в популяции астероидов и должна возникать естественная разделительная линия.
Для проверки своей теории исследователи применили методы машинного обучения к каталогу Gaia. Результаты превзошли ожидания: предсказанное моделью местоположение разрыва почти идеально совпало с реальными наблюдательными данными. Таким образом, была обнаружена универсальная граница: ниже разрыва находятся медленно вращающиеся астероиды с периодами более 30 часов, в то время как выше — объекты, вращающиеся быстро и стабильно.
Это открытие позволило разрешить давние загадки. Астрономы десятилетиями не могли понять, почему так много астероидов, особенно мелких, хаотично кувыркаются. Новое исследование показывает, что все дело в сочетании столкновений и эффекта солнечного света. Медленно вращающийся астероид более уязвим — даже небольшое столкновение может вывести его из равновесия и запустить кувыркание. В нормальных условиях на астероид действует эффект Ярковского, когда поглощение и последующее переизлучение солнечного тепла создает крошечный, но постоянный импульс, способный со временем раскрутить или затормозить астероид.
Однако на кувыркающееся тело этот эффект действует иначе. Поскольку астероид хаотично вращается, разные его участки постоянно оказываются под солнечными лучами, и направление толчка постоянно меняется. В результате эти микровоздействия взаимно компенсируются, не создавая устойчивого вращающего момента. Медленно кувыркающиеся астероиды оказываются в своеобразной ловушке: они не могут получить достаточный импульс для того, чтобы раскрутиться и перейти в категорию быстрых ротаторов, и потому навсегда остаются в «зоне медленного вращения» ниже разрыва на графике.
Это фундаментальное открытие имеет огромное практическое значение для планетарной защиты. Модель Чжоу напрямую связывает вращение астероида с его внутренними свойствами, такими как жесткость и структура. Данные Gaia подтверждают теорию, согласно которой многие астероиды представляют собой не монолитные скалы, а «груды щебня» — рыхлые конгломераты пород, пыли и пустот, покрытые слоем реголита.
Понимание этого критически важно для разработки методов отклонения опасных объектов. Кинетический удар, подобный тому, что нанес зонд DART по астероиду Диморфос, будет по-разному воздействовать на монолитное тело и на рыхлую кучу камней. Благодаря методике, разработанной командой Чжоу, астрономы вскоре смогут создать обширный каталог внутренних структур потенциально опасных астероидов, что позволит выбирать наиболее эффективные стратегии их отклонения. Как отметил сам ученый, будущие проекты, такие как обзор LSST обсерватории Веры К. Рубин, позволят применить этот метод к миллионам астероидов, углубив наше понимание их эволюции и состава и сделав Землю более безопасной планетой.
Присоединяйтесь к нам в соцсетях
