астероид из груды щебня
Астероид из кучи щебня — это астероид, состоящий из слабой совокупности крупных (размером с валун) и / или мелких (размером с гравий или песчинку) компонентов, удерживаемых вместе за счет силы тяжести, а не прочности материала. Считается, что астероиды 45 Евгения и 253 Матильда имеют такую структуру, как и спутник Юпитера Амальтея.На самом деле астрономы подозревают, что многие астероиды представляют собой скопления фрагментов и, следовательно, удивительно хрупкие структуры. Если это так, то это имеет далеко идущие последствия для нашего понимания того, как сформировались планеты, а также методов, которые могут быть использованы в будущем для отклонения астероидов, находящихся на возможных курсах столкновения с Землей.
Свидетельства свайно-щебеночной структуры
Идея о том, что некоторые астероиды могут быть не твердыми камнями, восходит к концу 1970-х годов, когда Кларк Р. Чепмен, ныне работающий в Юго-западном научно-исследовательском институте, и Дональд Р. Дэвис из Института планетологии в Тусоне показали, что энергия, необходимая для распада астероида намного меньше, чем нужно, чтобы полностью рассеять все его осколки. В результате, если астероид разлетится на куски при столкновении с другим астероидом, он, скорее всего, снова соберется в рыхлый набор фрагментов — так называемую груду щебня, — чем рассеется.
Совсем недавно астрономы нашли неопровержимые (хотя и не окончательные) доказательства структуры груды щебня. В некоторых случаях они видели гигантские кратеры, выдолбленные в астероиды. Изображения астероида Матильда, например, показывают как минимум пять кратеров диаметром около 20 км, что составляет половину длины Матильды. Моделирование, проведенное Эриком Асфаугом из Калифорнийского университета в Санта-Крузе и Вилли Бенцем из Бернского университета в Швейцарии, показало, что сильные удары, необходимые для выемки таких гигантских ям, могли бы разрушить твердое скальное тело; единственный способ, которым Матильда могла бы выжить, — это если бы это уже была груда щебня. Низкая плотность Матильды, измеренная в 1997 году аппаратом NEAR-Shoemaker, подтверждает идею о том, что астероид представляет собой пористую совокупность гравитационно-связанных кусков.
Некоторые из самых убедительных доказательств в поддержку модели груды щебня были получены в исследованиях вращения астероидов. Самые большие астероиды имеют тенденцию вращаться медленно.На самом деле никто никогда не наблюдал астероид размером более 150 м, у которого период вращения был бы меньше 2 часов. Это как раз то, что предсказывает модель груды щебня. Если бы астероид шириной 150 м, состоящий из груды булыжников, вращался немного быстрее, центробежная сила преодолела бы гравитацию и заставила бы фрагменты разлететься. Единственные астероиды, которые вращаются быстрее, — это астероиды диаметром менее 100 м; таким образом, кажется, что эти маленькие объекты представляют собой твердые куски, удерживаемые вместе силой сцепления их породы.
Астрономы до сих пор не знают, какая часть более крупных астероидов состоит из груды камней, а какая из твердых пород. Определить внутреннее строение тела в космосе очень сложно, поэтому так важны исследования с близкого расстояния с помощью беспилотных космических аппаратов. Исследование NEAR Shoemaker большого астероида 433 Эрос позволяет предположить, что этот конкретный объект является монолитным, хотя и имеет серьезные разломы. Японский зонд «Хаябуса», изучающий астероид Итокава, в настоящее время предоставляет больше данных о составе астероидов.
Формирование планет и семейства астероидов
 |
| Моделирование столкновения двух астероидов из груды обломков, изображенных красным и зеленым цветом. Каждый астероид имеет диаметр 2 км и состоит примерно из 5000 частиц, каждая из которых имеет диаметр 100 м. Столкновение произошло со скоростью 2,6 м/с — типичной скоростью, с которой могли сталкиваться каменные объекты во время раннего формирования планет. Кредит: Ричардсон и Лейнхардт |
Если модель груды щебня является точным описанием большинства астероидов, возможно, потребуется пересмотреть теории формирования планет. Согласно стандартной модели, планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — возникли, когда частицы пыли миллиметрового размера, окружавшие молодое Солнце, слились в валуны размером с дом, затем в объекты размером с астероид и, наконец, в планеты. Астероиды, наблюдаемые сегодня, были бы остатками этого процесса.Если бы астероиды в ранней Солнечной системе состояли из слабо связанных скоплений более мелких камней, скорость, с которой они сталкивались бы и слипались, могла бы отличаться от текущих оценок. Тем не менее, теоретики не уверены, будут ли астероиды из груды щебня более или менее эффективными для создания планеты.
Модель груды щебня может также иметь отношение к подсчету семейств астероидов, каждое из которых возникло в результате откалывания различных материнских пород в поясе астероидов. Число хорошо задокументированных семей, наблюдаемых сегодня, составляет около 20. Раньше ученые думали, что их было больше, когда Солнечной системе было всего несколько сотен миллионов лет, но многие из них были уничтожены в последующих столкновениях. Однако, если астероиды представляют собой груды обломков, которые нелегко разбить во время столкновений, то количество наблюдаемых сегодня семейств может не сильно отличаться от того, что существовало раньше. Вероятно, мы видим все семейства астероидов, которые когда-либо находились в поясе астероидов.
Отклонение астероида из груды обломков
Земля много раз сталкивалась с астероидами в прошлом и будет сталкиваться с ними снова в будущем, если только мы не предпримем шаги, чтобы отклонить любой объект, который окажется на пути столкновения с нами. Методы, которые были предложены для борьбы с астероидом на траектории столкновения, варьируются от взрыва его с помощью ядерного оружия до осторожного отталкивания его в сторону с помощью космического корабля. Удивительно, но если бы каменное тело, несущееся к нам, было грудой щебня, с ним было бы труднее справиться. Очень сильно ударять по нему быстродвижущимся предметом (скажем, массовым приводом или пытаться взорвать его большим ядерным зарядом) было бы бесполезно: энергия снаряда или взрыва будет поглощаться так же, как и зоны смятия. автомобиля поглощают энергию внезапного столкновения. Вместо этого были предложены более тонкие подходы. Один из них включает расплавление части поверхности астероида, возможно, с использованием космических зеркал, для создания струй газа, которые постепенно превращали бы объект в новая орбита.Другим решением может быть использование роботизированного корабля для окраски одной стороны поверхности астероида веществом, которое изменит отражательную способность или теплопроводность камня. Достаточно большое изменение со временем изменит взаимодействие астероида с солнечным светом и изменит его путь. Эффективность таких планов в значительной степени зависела бы от того, насколько мы были предупреждены об угрозе астероида. Подход мягкого подталкивания работает только в том случае, если он применяется в течение десятилетий или даже столетий.
