Более двух столетий прошло с тех пор, как астероид 16 Психея был впервые замечен в телескоп, но его происхождение до сих пор остается предметом споров. Это не просто еще один каменный обломок в поясе между Марсом и Юпитером. Психея — крупнейший из известных металлических астероидов, достигающий около 226 километров в поперечнике, и ее состав может рассказать о том, как формировались планеты в ранней Солнечной системе.
Сейчас ученые получили новый инструмент для разгадки этой тайны, и он находится прямо на поверхности астероида. Речь идет об огромном кратере вблизи северного полюса Психеи. Исследователи из Лаборатории лунных и планетарных исследований Университета Аризоны провели серию моделирований, чтобы понять, как этот кратер мог образоваться при разных сценариях внутреннего строения астероида. Их работа опубликована в журнале JGR Planets и содержит прогнозы, которые будут проверены, когда космический аппарат NASA «Психея» достигнет цели в 2029 году.
Две версии происхождения
Основная интрига вокруг Психеи строится на нескольких гипотезах. Согласно одной из них, астероид может представлять собой обнаженное ядро протопланеты, которая была разрушена мощными столкновениями на заре существования Солнечной системы. В этом случае мы имеем редчайшую возможность заглянуть в недра тела, которое когда-то могло стать полноценной планетой, но не сложилось.
Другая версия предполагает, что Психея изначально не имела четкой структуры, а сформировалась как смесь металла и силикатов в результате многократных столкновений, перемешавших ее вещество. Есть и третий вариант: астероид мог быть богат металлами с самого начала, без стадии расплавленного ядра и каменной мантии.
Каждая из этих теорий по-своему объясняет историю формирования не только самой Психеи, но и механизмы образования планет в целом. Проблема в том, что прямых наблюдений пока недостаточно, чтобы сделать окончательный выбор между ними.
Что показало моделирование кратера
Крупные ударные структуры на астероидах — это естественные зонды, позволяющие заглянуть в их недра. Удар, создавший кратер, вскрывает глубинные слои и выбрасывает на поверхность материал, который обычно скрыт от наблюдения. Моделируя этот процесс, ученые могут предсказать, какие особенности внутреннего строения приведут к появлению тех или иных форм рельефа.
Одним из ключевых факторов, которые исследователи учли в своей работе, стала пористость. Многие астероиды не являются монолитными кусками породы — они содержат пустоты, трещины и разломы, накопленные за историю столкновений. Когда такой пористый объект испытывает удар, он ведет себя иначе, чем твердое тело: энергия удара рассеивается за счет сжатия пустот, кратер получается глубже и круче, а выбросы материала — меньше.
В моделировании команда воссоздала трехмерную форму Психеи, основанную на реальных телескопических данных, и «столкнула» с ней ударник типичного для пояса астероидов размера — около пяти километров в поперечнике. Скорость столкновения задавалась примерно пять километров в секунду. Ученые сравнили два сценария внутреннего строения: слоистый (металлическое ядро с каменной оболочкой) и однородный (перемешанная смесь металла и силикатов).
Результаты показали, что в обоих случаях можно получить кратер нужных размеров — около 50 километров в ширину и пяти в глубину. Однако форма кратера, распределение выбросов и степень сжатия материала под ударом будут различаться в зависимости от того, насколько пористым окажется астероид и как именно распределены металл и камень внутри него.
Что увидит космический аппарат
Миссия NASA «Психея», запущенная в октябре 2023 года, сейчас находится в пути. Космический аппарат оснащен набором инструментов, которые позволят изучить астероид с беспрецедентной детализацией. Камеры снимут поверхность в высоком разрешении, гамма-спектрометр определит элементный состав, магнитометр проверит наличие магнитного поля (которое могло бы сохраниться от древнего динамо-эффекта), а радионаучный эксперимент позволит составить карту гравитационного поля и уточнить внутреннее распределение масс.
Особый интерес для проверки гипотез, выдвинутых в новом исследовании, представляет форма самого кратера и характер материала вокруг него. Если Психея окажется слоистой, удар мог вскрыть более богатые металлом участки на глубине и выбросить их на поверхность. Если же структура однородная, распределение металла будет более равномерным, а следы сжатия — иными.
Кроме того, важную роль сыграют измерения плотности и пористости. Если астероид действительно содержит значительные пустоты, это повлияет на его гравитационное поле и на то, как космический аппарат будет двигаться по орбите.
Окно в прошлое
Значение миссии выходит далеко за рамки изучения одного конкретного астероида. Психея рассматривается как возможный аналог ядер планет земной группы, включая Землю. Мы не можем добраться до собственного ядра — оно слишком глубоко и недоступно для прямых измерений. Но если Психея действительно является фрагментом такого ядра, у ученых появляется уникальный шанс изучить материал, из которого миллиарды лет назад формировались внутренние планеты.
Даже если окажется, что Психея представляет собой смешанное тело, это даст не менее ценную информацию. Это покажет, что в ранней Солнечной системе существовали не только четко дифференцированные протопланеты, но и объекты, прошедшие через катастрофические столкновения, перемешавшие их вещество в однородную массу.
До прибытия зонда осталось несколько лет. Космический аппарат уже преодолел значительную часть пути, и в 2029 году, когда он выйдет на орбиту вокруг Психеи, накопленные модели и прогнозы пройдут проверку реальными измерениями. До этого момента астероид будет оставаться загадкой, но теперь у ученых есть карта — пусть пока предварительная — которая укажет, куда смотреть в первую очередь.