Астероид 16 Психея, крупнейший известный металлический объект в главном поясе, остается одной из главных загадок Солнечной системы. С момента его открытия прошло более двух столетий, но его происхождение до сих пор не определено. Основные гипотезы предполагают, что он может быть ядром протопланеты, разрушенной в результате древних столкновений, или уникальным железным телом, сформировавшимся в особых условиях.
Миссия НАСА «Психея», запущенная в 2023 году, призвана дать окончательный ответ. Космический аппарат достигнет астероида в 2029 году для его детального изучения. Данные, полученные в ходе этой миссии, могут коренным образом изменить наши представления о формировании планетных ядер и ранней истории Солнечной системы.
Исследование астероида Психея имеет фундаментальное научное значение. Результаты миссии позволят проверить гипотезы о его происхождении, будь то ядро протопланеты или уникальное железное тело, и углубить понимание процессов формирования планет.
На этой иллюстрации, созданной в марте 2021 года, изображен астероид Психея, расположенный в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Психея является центром одноименной миссии НАСА. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт/АГУ.
Спустя более двух столетий после открытия астероида 16 Психея ученые продолжают исследовать его происхождение. Этот объект находится в главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. По оценкам специалистов, Психея входит в десятку наиболее массивных астероидов и является крупнейшим известным телом, состоящим преимущественно из металлов. Его диаметр составляет примерно 140 миль.
Космический аппарат НАСА «Психея» запланирован к прибытию к астероиду в 2029 году. Основной задачей миссии является определение природы этого небесного тела. Согласно одной из научных гипотез, Психея может представлять собой ядро протопланеты, которая была разрушена в результате мощных столкновений в ранней Солнечной системе. Альтернативная версия предполагает, что этот объект является фрагментом дифференцированного тела, утратившего свою внешнюю каменную оболочку.
Другие идеи предполагают, что Психея, возможно, с самого начала сформировалась как объект, богатый металлами, или превратилась в смесь камня и металла после неоднократных столкновений с другими астероидами. Эта возможность указывает на особую историю формирования планеты в ранней Солнечной системе.
Имитация кратеров, чтобы раскрыть внутреннюю часть Психеи
Чтобы изучить эти возможности, ученые из Лабораторий Луны и Планеты Университета Аризоны создают модели, чтобы понять, как мог образоваться большой кратер возле северного полюса Психеи. Их результаты, опубликованные в журнале JGR Planets, содержат прогнозы, которые помогают исследователям интерпретировать данные, собранные миссией НАСА «Психея», когда она прибудет. Объединив эти симуляции с реальными наблюдениями, ученые надеются наконец определить, из чего состоит Психея.
«Большие ударные бассейны или кратеры вырываются глубоко в астероид, что дает подсказку о том, из чего состоит его внутренняя часть», — сказал он. — сказала Намия Байджал, докторант LPL и первый автор статьи. «Смоделировав создания одного из самых кратеров, мы смогли сделать проверяемые предсказания общего состава Психеи, когда прибудет космический корабль».
Хотя богатые металлами астероиды составляют менее 10% главного пояса, Психея является самой крупной среди них. Тем не менее, исследователям потребовались прямые измерения космического корабля, чтобы понять, как этот металл проникает внутрь него.
Почему пористость имеет значение при ударах астероидов
«Одним из наших главных выводов было то, что пористость — количество пустого пространства внутри астероида — играет необходимую роль в сторону этих кратеров», — сказал он. — сказал Байджал. «Пористость часто игнорируется, потому что ее трудно включить в модели, но наше моделирование показывает, что она может сильно влиять на процесс удара и формировать оставшихся кратеров».
Астероиды с большим количеством внутренней пустоты оказывают влияние более эффективно, что приводит к изменению более холодных и крутых кратеров и меньшему количеству мусора, разбросанного по поверхности. Сравнивая смоделированные особенности в большей степени с теми, которые наблюдались космическими кораблями, ученые могут проверить, что это часть Психеи полустойкой, с отчетливыми областями металла и камня, или вместо этого представляет собой более хаотичную смесь материалов.
Ключи к формированию планет в Солнечной системе
Исследовательская группа сравнивает свой подход к исследованию останков заброшенной пиццерии. Считается, что Психея и другие астероиды главного пояса являются строительными блоками, оставшимися от формирования планеты. «Повара давно ушли, но вы можете посмотреть на то, что осталось — духовки, куски теста, начинки — и сделать выводы о том, как были приготовлены пиццы», — сказал он. сказал Эрик Асфауг, профессор LPL и соавтор исследований. «Мы не можем добраться до ядра Земли, Марса или Венеры, но, возможно, мы сможем добраться до ядра раннего астероида».
Если Психея возникнет ядерным ядром бывшей планеты, ничтожным ее внешним слоем, это даст редкое представление о бурной фазе планетарной эволюции, которое иначе невозможно наблюдать напрямую.
«Мы протестировали две основные структуры структуры Психеи», — сказал он. — сказал Байджал. «Одна из них представляет собой светостойкую структуру с металлическими частицами и тонкой каменной мантией, которая, вероятно, образовалась в результате сильного происшествия, сорвавшего внешние слои. Другая представляет собой однородную смесь металла и силиката, созданную в результате более катастрофического удара, смешавшего все вместе, как богатые некоторыми металлами метеориты, обнаруженные на Земле».
Моделирование дружеских воздействий на психику
Используя подробные модели формы, основанные на данных телескопа, исследователи построили трехмерное изображение Психеи и образования в Европе большого уменьшенного изгиба примерно на 30 миль и глубины на три мили. В их моделировании астероид возник со скоростью, эквивалентной поясу астероидов, примерно три мили в секунду. Они протестировали ударники разных размеров и сравнили две модели внутренней структуры (металлическое ядро и смесь камня и металла), чтобы определить, какая из них лучше всего соответствует наблюдаемому кратеру.
«Мы обнаружили, что ударный элемент диаметром около трех миль может создать кратер нужных размеров», — сказал он. — сказал Байджал. «Формирование кратера соответствует обоим сценариям событий Психеи».
В отличие от планет, многие астероиды не являются твердыми. Вместо этого они часто содержат расколотый материал и пустые пространства от прошлых столкновений. Включив пористость в свои модели, исследователи показали, что она оказывает большое влияние на образование более кратких кадров и на распределение обломков после удара.
«Благодаря тщательному рассмотрению формы, пористости и состава Психеи, эта работа является настоящим переломным моментом для наших способностей, которые позволяют реалистично моделировать конструкции с прогрессивными типами астероидов», — сказал он. сказал Адин Дентон, научный сотрудник и еще один соавтор исследования.
Миссия НАСА «Психика» и что будет дальше
Космический корабль «Психея» оборудован для измерения поверхности астероида, гравитации, магнитного поля и состава. Помимо формы уменьшенных размеров, моделирование предсказывает и другие особенности, которые могут искать ученые, такие как изменения плотности, вызванные ударами, сжимающие внутреннюю часть, и распространение богатых металлов обломков по поверхности.
"Когда через несколько лет космический корабль прибудет к Психее, химики, геологи и моделисты в группе будут наблюдать за одним и тем же объектом и пытаться интерпретировать то, что мы видим, гео" — сказал Асфауг. «Эта работа дает нам преимущество».
Миссию возглавляет Университет штата Аризона, главным исследователем является Линди Элкинс-Тэнтон из Калифорнийского университета в Беркли. Лаборатория реактивного движения НАСА, отделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, управляющее операциями миссий, системным проектированием и экспериментами. Платформа космического корабля была построена компанией Maxar Technologies (теперь Intuitive Machines) в Пало-Альто, Калифорния.
«Психея» — 14-я миссия, выбранная в рамках программы НАСА «Дискавери», управляемой Центром полета полетов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама. Запуск осуществился программой НАСА по пусковым услугам в Кеннеди.