Образцы астероида Рюгу указывают на повреждения от ударов микро-метеоритов
Астероиды постоянно подвергается бомбардировке космическим мусором, и новое исследование предполагает, что даже микроскопические частицы могут оказывать разрушительное воздействие. Исследователи изучили астероид (162173) Рюгу, околоземный астероид размером около 1 километра, который посетила миссия «Хаябуса-2».
Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) запустило космический аппарат «Хаябуса-2» для проведения дистанционного зондирования и сбора образцов на астероиде в 2018 и 2019 годах.
Лабораторные исследования этих образцов выявили отчетливую закономерность дегидратации филлосиликатов (пластинчатых силикатных минералов, таких как богатый магнием серпентин и сапонит), в результате которой связи между включенными атомами кислорода и водорода разрываются.
Примечательно, что исследователи из JAXA отмечают, что микроскопические метеороиды (микрометеороиды) размером всего в 2 нанометра способны нанести ущерб астероиду Рюгу. Это происходит потому, что частицы разгоняются до высоких скоростей магнитными полями плазмы солнечного ветра, которая в основном состоит из протонов, достигающих скоростей ~400 км/с.
Для оценки взаимодействия атомов кремния, магния, кислорода и водорода, входящих в состав серпентина, использовались методы моделирования вычислительной молекулярной динамики, поскольку химические реакции происходят в субнаносекундных временных масштабах (в этих экспериментах они происходят в течение одной триллионной доли секунды) — слишком быстро, чтобы их можно было наблюдать невооруженным глазом.
Ученые выявили около 200 разрывов кислородно-водородных связей при ударах со скоростью ~20 км/с, но это число значительно возросло до 2000 разрывов кислородно-водородных связей (выброшенных атомов), когда наноразмерные частицы пыли ударялись со скоростью ~300 км/с. Ударный кратер, образовавшийся в случае с более низкой скоростью, составил всего 4,4 нанометра в диаметре (для справки, человеческий волос имеет средний диаметр 90 000 нанометров).
Другим фактором, исследованным в ходе экспериментов, было влияние температуры на выветривание Рюгу. Температура поверхности астероида ежедневно колеблется в пределах от ~310 до ~340 Кельвинов (примерно 37 – 67 °C) и достигает 200 Кельвинов (- 73 °C), когда он не подвергается воздействию солнечного света.
Однако результаты не показали существенных изменений в дегидратации минералов, а ученые вместо этого определили кинетическую энергию от ударников как индуктор химических реакций, где температуры превышали 1000 Кельвинов (~727 °C). Это важный фактор, поскольку серпентин становится нестабильным при температурах выше 600 °C, что приводит к разрыву связей.
Несмотря на все это, диссоциированные атомы могут фактически рекомбинировать, образуя воду и силанольную функциональную группу (объединяющую кремний, кислород и водород), что в конечном итоге может помочь компенсировать дегидратацию, вызванную выбросом атомов во время микробомбардировки астероидов.
«Несмотря на ограничения наших вычислительных ресурсов, которые ограничивали временную шкалу моделирования до 1 пс, реактивное молекулярно-динамическое моделирование показало, что бомбардировка микрометеороидами может влиять на космическое выветривание астероидов» делают вывод ученые.
Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.