Малые тела Солнечной системы: что мы знаем о них
Прогресс в астрономии впервые позволил нам изучать крошечные объекты, которыми усеяна Солнечная система. Эти малые космические тела содержат ключ к величайшим тайнам Вселенной.
Данте Лоретта поражает олимпийским спокойствием в ожидании 17 секунд, подготовка к которым заняла 16 лет. Лоретта, планетолог из Аризоны, пристально смотрит в монитор, на котором в трех ракурсах отображен объект в форме юлы, плавающий в море звезд. Этот объект – астероид, известный как (101955) Бенну. Ученый наблюдает за ним, сидя в невзрачном строении, которое можно принять за рядовой офисный центр. Но изображения космических аппаратов на стенах и таблички на дверях: «Электропитание», «Телекоммуникация», «Наведение, навигация и контроль» – раскрывают настоящее назначение здания: центр управления полетом в космическом отделе корпорации Lockheed Martin.
Сейчас 20 октября 2020 года, 1:49 ночи, и на экране виден Бенну, вписанный в зеленое кольцо, – траектория орбиты космического аппарата НАСА OSIRIS-REx. Менее чем через три часа этот автоматизированный посланец сблизится с поверхностью Бенну, и, если все пойдет по плану, соберет образцы космической пыли и грунта и доставит их на Землю.
Запущенному в 2016 году OSIRIS-REx пришлось совершить два оборота вокруг Солнца, чтобы поравняться с Бенну, который находится в 300 с лишним миллионах километров от Земли. Бенну, чей диаметр составляет около полукилометра, – самое маленькое небесное тело, вокруг которого когда-либо обращался космический аппарат. Поверхность астероида очень неровная: Лоретте и его коллегам пришлось потратить год, чтобы создать ее карту и найти место, где OSIRIS-REx сможет коснуться ее на несколько секунд.
«У аппарата сегодня хороший настрой», – говорит ученый.
Неужели пара килограммов пыли и камней стоили всех усилий и нервов? Похоже на то. Материалы, из которых состоит астероид, сформировались в самом начале существования Солнечной системы, более 4,5 миллиарда лет назад. Эти камни, которые, предположительно, содержат углерод, представляют собой нетронутые архивные записи о том, как формировались планеты и, возможно, откуда на Земле появились исходные вещества для зарождения жизни. «Для науки это – настоящая золотая жила», – говорит Лоретта.
Кил Элкинс, Центр имени Годдарда, НАСА / Университет штата Аризона
Астероид Бенну шириной с нью-йоркский Эмпайр-стейт-билдинг – самое маленькое небесное тело, вокруг которого когда-либо обращался летательный аппарат. 20 октября 2020 года зонд OSIRIS-REx коснулся его поверхности манипулятором и собрал немного пыли и грунта. Их ждут на Земле в 2023-м.
А еще Бенну потенциально опасен: его орбита расположена настолько близко к Земле, что астрономы допускают небольшой (один на 2700), но все же шанс их столкновения в период между 2175 и 2199 годами. Образцы, которые доставит OSIRIS-REx, помогут понять, как защититься от удара, который выделит в два миллиона раз больше энергии, чем разрушительный взрыв нитрата аммония в Бейруте год назад. Этого хватит для уничтожения целого государства, а возможно, и континента.
Крохотный Бенну и его искусственный спутник OSIRIS-REx как нельзя лучше иллюстрируют революционные процессы в современной астрономии, опровергающие многое из того, что мы знали о Солнечной системе. С одной стороны, новейшие телескопы позволяют увидеть небольшие, слабо отражающие свет объекты: если 20 лет назад человечество знало примерно 100 тысяч небесных тел в Солнечной системе, то к началу 2021 года их число превысило миллион.
С другой стороны, космические агентства по всему миру разработали приборы и технологии для того, чтобы можно было посетить и исследовать эти миры – и даже привезти их фрагменты на Землю для более тщательного изучения.
Надо сказать, что цели у этих исследований вполне прикладные. Астрономы и планетологи уже давно подозревали, что известное всем со школьной скамьи отображение Солнечной системы грешит нехваткой данных. В частности, глядя на нее, сложно объяснить, как Уран и Нептун могли сформироваться на своих орбитах. Также, судя по всему, в нашем космическом доме нет некоторых наиболее распространенных типов планет, которые обращаются вокруг других звезд. И, по состоянию на 2021 год, Земля – единственное известное место, где есть жизнь.
Коллаж из пяти изображений. Gemini/NOIRLAB/GPIES/Т. Эспозито, Калифорнийский университет в Беркли
На снимках в ближнем инфракрасном диапазоне видны протопланетные диски, образованные ледяными каменистыми обломками. Они окружают молодые звезды (здесь закрашены черным). Эти диски напоминают Пояс Койпера, который находится за орбитой Нептуна в Солнечной системе. В некоторых зияют «выбоины», вероятно образованные недавно сформировавшимися планетами.
Каким же образом наша Солнечная система стала такой, какой мы ее знаем, – и как появились ее обитатели?
Ученые долгое время не обращали пристального внимания на малые тела, такие как Бенну, считая их лишь побочными продуктами процесса формирования планет. Но сейчас исследователи понимают, насколько важны эти объекты. Многие из них (например, Бенну) практически не изменились со времен появления Солнца. Другие попросту опасны для жизни на Земле. Наблюдая эти первозданные миры, посещая их и забирая с них пробы, мы наконец получаем шанс узнать, откуда мы появились, – и не позволить этим объектам разрушить наш мир.
Интерес человечества к малым телам – так астрономы называют любой природный объект, вращающийся вокруг Солнца, который не является планетой, карликовой планетой или естественным спутником, – проявился в тот день, когда человек впервые посмотрел в небо. Тысячелетиями представители разных культур отслеживали кометы и метеоры и считали их важными предзнаменованиями.
К началу XX века астрономы открыли пять сотен вращающихся вокруг Солнца астероидов, начиная с Цереры (1801 год). По мере совершенствования телескопов в 1980-х и 1990‑х годах открытий становилось все больше. В 1992-м астрономы обнаружили первый объект (если не считать Плутон и одного из его спутников), который располагался за орбитой Нептуна и подтверждал теории о наличии внешней зоны Солнечной системы, – теперь эта зона называется Поясом Койпера. Сегодня астрономы выяснили, что этот удаленный от нас участок Солнечной системы наполнен тысячами, а возможно, десятками тысяч ледяных небесных тел.
Мы с точностью до дня знаем, когда начался ажиотаж вокруг малых небесных тел – 11 марта 1998 года. В этот день Центр малых планет, базирующийся в США официальный источник информации об орбитах всех астероидов и комет, выпустил тревожный пресс-релиз:
В 2028 году в 42 тысячах километров от Земли пройдет астероид; «шансы столкновения незначительны».
Эта история быстро разлетелась по заголовкам во всем мире; в новостях подробно разбирали, чем грозит такое столкновение. А еще, как нарочно, незадолго до этого геологи идентифицировали кратер от того самого астероида, который упал на Землю 66 миллионов лет назад и стал причиной гибели динозавров…
Астрономы поспешили все перепроверить. Не прошло и суток, как Дон Йоманс и Пол Чодас из Лаборатории реактивного движения НАСА выяснили, что астероид пройдет на расстоянии 960 тысяч километров от Земли. Уф! – опасность миновала. Но мысль об астероидах-убийцах уже поселилась в сознании масс – подкрепленная выходом на экраны фильмов «Столкновение с бездной» и «Армагеддон» (что было чистым совпадением). В мае 1998 года Конгресс США дал указание НАСА в течение десяти лет найти как минимум 90 процентов всех астероидов размером более километра на расстоянии 195 миллионов километров от Солнца. К июлю в агентстве появился отдел наблюдения за поиском астероидов.
К тому времени астрономы были вооружены необходимыми технологиями. В конце 1990-х сенсоры цифровых камер превзошли по чувствительности стеклянные пластины, на которые традиционно снимали ночное небо. Новые телескопы умели получать изображения более мелких, темных и удаленных объектов. А поскольку данные теперь хранились в цифровом формате, исследователи смогли анализировать их с помощью компьютерных программ, что упростило обработку информации.
В 2002 году астроном Майк Браун и его коллеги решили оснастить большой цифровой камерой 1,2-метровый телескоп в калифорнийской Паломарской обсерватории. Когда Браун направил прибор на Пояс Койпера, у него возникло ощущение, будто новые миры буквально посыпались с неба.
Среди открытий Брауна были три объекта незначительно меньше Плутона, а один, названный в честь греческой богини раздора Эриды, был вроде как даже крупнее. Все это привело к тому, что в 2006 году Международный астрономический союз проголосовал за создание категории «карликовые планеты», в которую теперь входит и Плутон. В следующие 15 лет астрономы открыли в пространстве за Нептуном еще больше малых тел – и описали разнообразные типы их движения вокруг Солнца.
Одни объекты отличаются стабильными четкими орбитами: можно предположить, что эти тела сформировались там, где они находятся сейчас. Другие разбросало по неровным орбитам под воздействием гравитационного поля Нептуна. А третьи (таких обнаружено совсем немного) находятся на очень дальних и вытянутых орбитах и, вероятно, не испытывают воздействие гравитации ни от одной известной планеты.
Эти «обособленные» малые тела движутся настолько странно, что Браун и некоторые астрономы подозревают влияние на них неизвестной планеты размером в несколько раз больше Земли, которая скользит в десятках миллиардов километров от Солнца.
Но даже лучшие телескопы дают лишь крупицы информации. Чтобы собрать весь пазл, людям придется доставить кусочки космоса на Землю.
На рассвете 6 декабря 2020 года вертолет Сёго Татибаны приземлился в австралийской запретной зоне – малонаселенной местности в 450 километрах от Аделаиды – на полигоне Вумера. Ученый из Токийского университета со своими коллегами искал – и наконец нашел – 40-сантиметровую капсулу: все, что осталось от космического аппарата «Хаябуса-2», слетавшего к астероиду.
Драгоценный сосуд лежал в кустах. Этим сырым летним утром, во второй раз за всю историю человечества на Землю были доставлены древние грунт и пыль, почти столь же архаичную, как само Солнце.
За десять лет до этого Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) стало первым космическим агентством, доставившим образец с поверхности астероида. Зонд «Хаябуса» сблизился с астероидом (25143) Итокава в 2005 году, но из-за технических проблем удалось собрать лишь крайне небольшое количество образцов и с трудом доставить их на Землю.
Следующий аппарат, «Хаябуса-2», отправился к околоземному астероиду (162173) Рюгу в 2014-м. Внутри зонда инженеры поместили приборы для исследований, посадочный модуль, три ровера, специальную «пушку» для создания искусственного кратера и отделяемую видеокамеру, которая снимала процесс со стороны. Эти и другие приспособления использовались на «Хаябусе-2» для достижения главной цели: дважды совершить касание поверхности Рюгу, предварительно выстрелив в нее, чтобы добыть образцы глубокого грунта.
Сейчас 5,4 грамма крупиц и пылинок изучают в лаборатории неподалеку от Токио. Предстоящие исследования дадут нам бесценные сведения о раннем развитии Солнечной системы.
6 декабря 2020 года капсула с японского зонда «Хаябуса-2» приземлилась среди кустиков соляной лебеды на терракотовую почву в австралийском буше. В контейнере находились частицы грунта, которые аппарат собрал на околоземном астероиде Рюгу в 2019 году.
Фото: JAXA
Вещество с Рюгу в Центре хранения образцов внеземного материала в Сагамихаре, Япония. Ученые надеются, что они помогут раскрыть секреты формирования планет.
Фото: Норико Хаяси
National Geographic Россия №214, ноябрь 2021
Подробнее об этом номере
Статья полностью доступна подписчикам онлайн-версии журнала.
Оформляя подписку, вы получаете доступ к эксклюзивному контенту из
журнала на сайте, а также PDF-версию выпуска.
Оформить подписку
Источник
