В 2022 году космический аппарат NASA DART (Double Asteroid Redirection Test) столкнулся с объектом под названием Диморфос. Целью было проверить перенаправление опасных астероидов путем их отклонения с помощью удара. Тест прошел успешно, и Диморфос был заметно затронут.
Последующие исследования показали, что Диморфос не просто отклонился — он деформировался.
За последние десятилетия мы добились прогресса в каталогизации астероидов в Солнечной системе. Некоторые из них находятся достаточно близко к Земле, чтобы быть опасными. Если объект приближается к Солнцу на расстояние 1,3 астрономических единиц, он называется околоземным объектом (NEO). Если его диаметр превышает 140 метров (460 футов) и он пересекает орбиту Земли, он называется потенциально опасным объектом (PHO). Более 99% NEO и PHO являются астероидами, а остальные — кометами.
Земля перенесла множество столкновений с этими объектами в прошлом. Самым известным из них был Чиксулуб. Когда он врезался в Землю около 65 миллионов лет назад, он стал причиной конца динозавров.
Теперь, когда мы знаем, какую опасность представляют эти падающие космические камни, NASA и другие агентства готовятся что-то с этим сделать. DART был тестовой миссией, чтобы проверить, насколько эффективным может быть простой кинетический ударник для изменения траектории астероида.
Диморфос не представляет никакой угрозы для Земли. Он был выбран в качестве испытательной цели, потому что на самом деле является частью пары объектов. Диморфос — это крошечный спутник астероида 65803 Didymos. Поскольку Диморфос находится на орбите вокруг Didymos, легко измерить изменения в движении объекта после удара.
Целая команда следила за Диморфосом с тех пор, как DART врезался в него, чтобы отслеживать, как изменилась орбита объекта. Их наблюдения показывают, что тест прошел успешно. Орбита Диморфоса вокруг Дидимоса сократилась на 32 минуты, когда целью было сократить ее всего на 73 секунды. Интересно, что на орбиту Диморфоса повлияло не столкновение, а эффект отдачи от выброшенных обломков.
Новое исследование, опубликованное в журнале The Planetary Science Journal, показывает, что Диморфос был затронут ударом сильнее, чем предполагалось. Статья называется «Динамическое состояние системы Дидима до и после удара DART». Ведущий автор — Дерек Ричардсон с кафедры астрономии Мэрилендского университета. Ричардсон — руководитель одной из исследовательских групп DART, которая называется Dynamics Working Group.
«По большей части наши первоначальные прогнозы до столкновения о том, как DART изменит способ движения Дидима и его луны в космосе, были верны», — сказал Ричардсон. «Но есть некоторые неожиданные открытия, которые помогают составить более полную картину того, как астероиды и другие малые тела формируются и развиваются с течением времени».
Наблюдения до удара показали, что Диморфос имел сплющенную форму. Но после удара он стал вытянутым или удлиненным. Это противоречило наблюдениям до удара, которые предполагали, что Диморфос изначально был удлиненным.
Масса DART составляла 610 килограммов (1340 фунтов), и он врезался в Диморфос со скоростью около 21 000 км/ч (13 000 миль/ч). Удар имел силу, эквивалентную взрыву примерно трех тонн тротила, и неожиданно изменил форму Диморфоса.
«Мы ожидали, что Диморфос будет вытянутым до удара, просто потому, что мы считали, что именно так центральное тело луны постепенно накапливает материал, который был сброшен первичным телом, таким как Дидим. Он естественным образом будет стремиться сформировать удлиненное тело, которое всегда будет указывать своей длинной осью в сторону основного тела», — объяснил Ричардсон.
«Но этот результат противоречит этой идее и указывает на то, что здесь работает что-то более сложное. Более того, вызванное ударом изменение формы Диморфоса, вероятно, изменило то, как он взаимодействует с Дидимосом», — сказал Ричардсон.
Дидимос и Диморфос связаны гравитационно, и после удара разбросанные обломки Диморфоса изменили их взаимоотношения, уменьшив орбиту Диморфоса вокруг Дидимоса. Пока это не точно, но Диморфос мог войти в состояние кувырка.
«Изначально Диморфос, вероятно, находился в очень расслабленном состоянии и был обращен одной стороной к основному телу, Дидимосу, точно так же, как у Луны Земли всегда одна сторона обращена к нашей планете», — объяснил Ричардсон. «Теперь он сбит с выравнивания, что означает, что он может колебаться взад и вперед в своей ориентации. Диморфос также может «кувыркаться», то есть мы могли заставить его вращаться хаотично и непредсказуемо».
Если он кувыркается, Диморфос может создать проблемы — не для Земли, а для Геры, следующей миссии.
Миссия Hera ЕКА будет запущена через несколько недель. Ее задача — провести детальное пост-ударное обследование Диморфоса. Для этого ей нужно приблизиться. Если Диморфос кувыркается, его орбита менее предсказуема, и это затруднит приближение Hera. Если это так, то данные, собираемые Hera, пострадают. Возможно, что со временем вековое затухание успокоит кувырки, но на данный момент существует много неопределенности.
«Хотя вековое затухание возможно в ближайшем будущем, маловероятно, что оно окажет серьезное влияние на систему, когда прибудет Гера. Таким образом, Гера может столкнуться с падающим Диморфосом, что усложнит операции по близости», — пишут Ричардсон и его соавторы в своем исследовании.
DART изменил взаимную орбиту Дидима и Диморфоса, а также изменил их орбиту вокруг Солнца. Первоначальный удар не был полностью ответственен за это изменение. Выброс также внес свой вклад. «Первоначальный импульс, переданный барицентру системы, был увеличен импульсом, переносимым выбросом, который покинул систему», — объясняют авторы.
Многие разные исследователи подсчитали выбросы, и разные наблюдения дали разные результаты. Однако исследователи говорят, что удар выбросил несколько десятков миллионов кг материала.
Удар также может изменить форму Дидимоса. Он вращается так быстро, что подвергается большему риску структурного разрушения, когда выброс Диморфоса ударяет по нему. «Небольшие возмущения, такие как выброс с места удара на Диморфосе, ударяющий Дидимоса на разных скоростях, могут, таким образом, вызвать процесс переформирования, при котором его экваториальный радиус увеличивается, а полярный радиус уменьшается, что приводит к более сплющенной форме», — объясняют авторы.
Удар сгенерировал так много выбросов, что Диморфос сформировал хвост. Часть этих обломков должна была приземлиться на Дидимос, но наблюдения до сих пор показывают, что это не повлияло на его поверхность или его динамику. «Это означает, что поверхность Дидимоса была достаточно прочной, чтобы выдерживать такие удары», — пишут авторы. Однако в прошлом Дидимос, вероятно, претерпел некоторый тип трещин, возможно, из-за его высокой скорости вращения, и обломки от этого события, вероятно, сформировали Диморфос.
Результаты столкновения неопределенны. DART нес на борту вторичный итальянский космический аппарат LICIACube (Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids), который отделился от DART за 15 дней до столкновения. Он пролетел мимо астероида и сделал снимки астероида и выброса с помощью своей пары камер. Наблюдения LICIACube помогли ученым понять, что произошло, но небольшой CubeSat выполнил только один пролет.
Космическому аппарату Hera ЕКА предстоит ответить на вопросы об ударе. Он достигнет Дидима в октябре 2026 года, а в декабре начнется около шести месяцев операций по сближению. «Основная цель Hera — измерить массу Диморфоса», — пишут авторы.
Масса — это недостающая часть, которая поможет нам понять, как выброс повлиял на изменение орбиты Диморфоса. У Hera также есть два CubeSat, Juventas и Milani, и все три будут работать вместе, чтобы точнее ограничить массу Диморфоса. «Как только Hera приблизится, ее Radio Science Experiment (RSE), включающий основной космический аппарат и два CubeSat, Juventas и Milani, должен получить массу Диморфоса с более высокой точностью и измерить расширенные гравитационные поля и вращательные состояния как Didymos, так и Dimorphos», — говорится в статье.
Когда вы врезаетесь в астероид, можно ожидать непредвиденных результатов. Но если перенаправление астероидов должно служить инструментом защиты Земли от опасных столкновений, то нам нужно знать как можно подробнее, чего ожидать. Именно этим занимаются DART и Hera. Однако они также рассказывают нам о связях между небольшими бинарными объектами.
«Миссия DART вместе с кампанией по наблюдению за Дидимосом не только стала первым испытанием в реалистичном масштабе метода снижения опасности, но и обеспечила беспрецедентные измерения динамических эффектов в неидеальной малой двойной солнечной системе для проверки теоретических моделей», — пишут авторы.
Многие из прогнозов, сделанных до столкновения, оказались верными, но другие результаты оказались неожиданными, и осталось много вопросов без ответов.
«Мы с нетерпением ждем открытий от миссии Hera, которые обещают еще больше углубить наши знания о малых телах в целом и о формировании и эволюции двойных астероидов в частности», — заключают исследователи.
