Ученые предсказывают состав астероида Психея по форме его кратера

Астероид (16) Психея, крупнейший известный металлический объект в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером, вот уже два столетия не дает покоя астрономам, скрывая тайну своего происхождения. Исследователи из Лаборатории лунных и планетарных исследований Университета Аризоны под руководством аспирантки Намьи Байял провели масштабное моделирование, чтобы предсказать, как мог образоваться один из крупнейших кратеров на этом астероиде. Результаты работы, опубликованные в журнале JGR Planets, предлагают конкретные критерии, которые помогут миссии НАСА «Психея» по прибытии к цели в 2029 году окончательно определить, является ли этот объект обнаженным ядром древней планеты или беспорядочной грудой космического мусора.

Главная интрига вокруг Психеи заключается в ее необычном металлическом составе. Ученые рассматривают несколько конкурирующих гипотез ее формирования. Согласно одной из них, Психея (размер 240 × 185 × 145 км) может быть остатком ядра протопланеты, которая была разрушена в результате мощных столкновений, лишивших ее каменистой мантии. Другая гипотеза предполагает, что астероид изначально представлял собой смесь металла и камня, которая в ходе многократных ударов спеклась в единую структуру. Каждый из этих сценариев имеет кардинально разные последствия для понимания процессов формирования планет в ранней Солнечной системе.

Чтобы подготовиться к проверке этих теорий, команда ученых во главе с Намьей Байял сфокусировалась на изучении крупной впадины размером около 50 км в поперечнике и 4,5 км в глубину, расположенной вблизи северного полюса астероида. Используя наиболее точные на сегодняшний день данные о форме Психеи, исследователи создали ее трехмерную модель и воспроизвели процесс образования этого кратера.

Они варьировали параметры виртуальных столкновений, проверяя обе основные модели внутреннего строения: слоистую (металлическое ядро в каменной оболочке) и однородную (перемешанная порода и металл). Ученые выяснили, что для создания кратера таких размеров потребовался бы ударный объект диаметром около 5 км, летящий со скоростью, типичной для пояса астероидов.

Ключевым фактором, который ранее часто упускался из виду, но оказал решающее влияние на результаты моделирования, стала пористость. Многие астероиды не являются монолитными глыбами, а содержат значительные пустоты или представляют собой груды обломков.

Исследование показало, что пористость напрямую влияет на форму кратера: чем она выше, тем легче астероид сжимается при ударе, поглощая энергию и образуя более глубокие и крутые кратеры с меньшим количеством выбросов вокруг. «Пористость часто игнорируется, потому что ее трудно учесть в моделях, но наши симуляции показывают, что она может сильно влиять на процесс удара и форму оставшихся кратеров», — пояснила Намья Байял.

Сравнивая смоделированные результаты с реальными данными, которые вскоре начнет передавать космический аппарат «Психея», ученые смогут сделать окончательные выводы. Если кратер окажется более глубоким и крутым, это будет свидетельствовать в пользу модели с высокой пористостью и, возможно, смешанным составом. Если же форма кратера будет соответствовать сценарию с более плотной, слоистой структурой, это станет аргументом в пользу теории обнаженного планетарного ядра.

Эрик Асфауг, профессор Лаборатории планетарных наук и соавтор исследования, образно сравнил этот подход с расследованием в заброшенной пиццерии: «Повара давно ушли, но можно посмотреть на то, что осталось — печи, обрезки теста, начинку — и сделать выводы о том, как готовилась пицца. Мы не можем добраться до ядер Земли, Марса или Венеры, но, возможно, мы сможем добраться до ядра астероида».

Таким образом, ключевой результат исследования заключается в создании набора проверяемых прогнозов для миссии НАСА. Моделирование показало, что форма и структура конкретного кратера на Психее напрямую зависят от ее внутреннего состава и пористости.

Когда в 2029 году зонд «Психея» (Psyche) прибудет к астероиду и начнет детальное изучение его поверхности, гравитационного поля и распределения материалов, ученые смогут сопоставить эти данные с предсказаниями модели. Это позволит раз и навсегда разрешить двухвековой спор и понять, является ли Психея фрагментом планетарного ядра, открывающим окно в бурное прошлое Солнечной системы, или же она представляет собой иной, не менее интересный тип космического тела.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях