Почему астероиды из груды щебня имеют форму бриллиантов?

12 сентября 2021 00:56:06
 

Ученым посчастливилось получить подробные снимки крупным планом околоземных астероидов Бенну и Рюгу. Оба астероида по какой-то причине имеют форму октаэдра. Почему? До сих пор это было загадкой.

Команда ученых занялась этим вопросом и, возможно, нашла на него ответ.

Астероиды являются постоянной целью изучения ученых. Это остатки изначальной Солнечной системы, материал, который не был уничтожен при формировании планет. Большинство из них находятся далеко в поясе астероидов, где их трудно изучать.

Но некоторые из них покинули пояс и приблизились к Земле. Эти околоземные астероиды дают ученым лучший шанс изучить их. Космические аппараты были отправлены на Рюгу и Бенну, чтобы собрать образцы и вернуть их на Землю. Японский космический аппарат Hayabusa 2 посетил Рюгу, а OSIRIS-REx НАСА посетил Бенну. Они оба интенсивно изучали свои цели на астероидах, в том числе собирали подробные изображения.

Оба астероида представляют собой груды обломков, что означает, что они состоят из кусков более мелкого материала, связанных вместе гравитацией, и оба имеют форму октаэдра. Оба также быстро вращаются.

Группа исследователей из Окинавского института науки и техники (OIST) и Университета Ратгерса опубликовала статью, объясняющую форму астероидов. Статья озаглавлена «Бенну и Рюгу: алмазы в небе» и опубликована в журнале «Гранулированная материя» (Granular Matter). Ведущий автор - доктор Тапан Сабувала из OIST.

Тот факт, что эти астероиды просто слабо скреплены вместе и состоят из небольших кусков материала, означает, что по составу они похожи на гранулированную материю, а не на более крупные и цельные куски камня. Поэтому, чтобы изучить их форму, команда ученых использовала гранулированное физическое моделирование. В этом случае модель течения песчинок помогла объяснить форму алмаза.

Это не первая попытка использовать модели для понимания формы астероидов. Эти модели полагались на вращение, чтобы объяснить форму, но модели не выдержали тестирования.

«Предыдущие модели объясняли эти ромбовидные формы силами, вызванными вращением, в результате которого материал перемещался от полюсов к экватору», - сказал ведущий автор статьи доктор Тапан Сабувала. «Но когда астероиды моделировались с использованием этих моделей, их форма была уплощенной или асимметричной, а не алмазной, поэтому мы знали, что что-то не так», - объяснил доктор Сабувала в пресс-релизе.

В пресс-релизе, сопровождающем исследование, в качестве примера использовался песок, проходящий через воронку. По мере засыпки песка он образует коническую форму. Конечно, на астероиде происходит гораздо больше, чем на простой куче песка. Гравитационные силы сильно отличаются. «Мы должны были учесть это в нашей модели, наряду с тем фактом, что вращение астероида также играет важную роль», - сказал доктор Сабувала.

Согласно статье, центробежная сила сыграла большую роль в форме Бенну и Рюгу. Вблизи полюсов астероидов он слабее, поэтому там накапливается больше материала. Это придает астероидам их особый вид. «Мы показываем, что это накопление приводит к увеличению высот на полюсах, в то время как центробежная миграция увеличивает высоты на экваторе, которые видны на Рюгу и Бенну», - пишут авторы в своей статье.

Эта работа отличается от предыдущих моделей еще одним важным аспектом. Она показывает, что астероиды не формировались как другая форма, а затем постепенно становились ромбовидными. Вместо этого ромбовидная форма сформировалась по мере формирования астероида и накопления материала. Форма астероидов со временем менялась незначительно.

«Модель основана на принципе критического угла покоя, принимаемого падающими камнями, осажденными на вращающихся астероидах, заваленных обломками. Поскольку модель основана на осаждении, наши результаты показывают, во-первых, что Бенну и Рюгу приобрели свои характерные формы в ранние времена, а во-вторых, что последующее изменение формы под воздействием других эффектов ... будет минимальной», - пишут они в резюме статьи.

Затем исследователи хотели бы взглянуть на другие астероиды, сложенные из обломков, которые вращаются медленнее. Эти типы астероидов должны иметь более сферическую форму, поскольку центробежная сила слабее. Когда они снизили частоту вращения в своем моделировании - они получили именно сферическую форму.

«Мы использовали простые концепции о том, как перемещаются мелкие камни, чтобы объяснить, как эти астероиды приняли свои любопытные формы», - сказал соавтор профессор Чакраборти из OIST. «То, что простые идеи могут осветить сложные проблемы, для нас, возможно, самый восхитительный аспект этой работы».