Detailné zábery rozbitia asteroidov DART odhaľujú zložité trosky

V roku 2022 test dvojitého presmerovania asteroidov (DART) agentúry NASA deorbituje asteroid v úspešnom teste technológie planetárnej obrany. Tento úspech bol meraný významnou zmenou obežnej dráhy Dimorphosu okolo veľkého asteroidu Didymos. Odvtedy rôzne observatóriá analyzujú údaje, aby zistili, čo nám úlomky z dopadu hovoria o zložení asteroidu.

Všetky tieto pozorovania sa uskutočnili vo veľkých vzdialenostiach od dopadu. Ale DART vzal so sebou na jazdu malý CubeSat s názvom LICIACube a niekoľko týždňov pred nárazom ho vypustil po vlečnej dráhe. Trvalo nejaký čas, kým sa všetky obrázky LICIACube dostali späť na Zem a analyzovali ich, ale výsledky teraz prichádzajú a poskytujú vodítka o štruktúre a histórii Dimorphosu, ako aj o vplyve, ktorý mal taký veľký vplyv na jeho orbite. Prečo sa to stalo?

Trosky sa skúmajú

LICIACube mal na palube úzke aj široké zobrazovače (tieto boli pomenované LEIA a LUKE prostredníctvom niektorých starostlivo vybraných skratiek). Sledoval DART cez zónu nárazu približne tri minúty a zachytával snímky začínajúce približne minútu pred nárazom a viac ako päť minút po ňom.

Tie odhalili, že náraz vytvoril komplexné pole trosiek. Namiesto jednoduchého kužeľa materiálu tam boli vlákna a zhluky vyvrhnutých látok, ktoré sa všetky pohybovali rôznymi rýchlosťami. Dokument, ktorý dnes vyšiel v Nature, sa pokúša katalogizovať veľa z týchto vecí. Takže napríklad identifikuje prúd vyvrhnutého materiálu, ktorý je viditeľný na prvých snímkach po náraze a možno ho sledovať, kým sa zobrazovanie nezastaví. V tomto bode sa rozšírila viac ako osem kilometrov od miesta dopadu. To vytvára rýchlosť približne 50 metrov za sekundu.

Samostatne tam bola skupina materiálu, ktorá bola viditeľná asi minútu a pol a pohybovala sa rýchlosťou asi 75 metrov za sekundu; Druhá skupina sa pohybovala približne polovičným tempom.

Najrýchlejšie sa pohybujúci materiál, ktorý mohli sledovať, bol vyvrhnutý rýchlosťou asi 500 metrov za sekundu, čo je asi 1 800 kilometrov za hodinu (1 100 mph). A to pomáha zvyšovať hodnotu LICIACube, pretože najlepšie pozorovania, ktoré máme z diaľky, urobil Hubble a detekoval len objekty pohybujúce sa polovičnou rýchlosťou.

Zvláštne je, že emitovaný materiál sa spočiatku javí ako červený, ale postupne sa časom mení na modrastú farbu. Vedci naznačujú, že by to mohlo znamenať, že povrch asteroidu bol vystavený žiareniu sčervenaný a prvý materiál vymrštený z dopadu pochádzal z povrchu. Neskôr, keď prišlo viac materiálu, začervenanie ustúpilo.

Koncom minulého roka bol samostatný článok zameraný na rozmery kužeľa sutiny. Pomocou nich sa pracovalo spätne, aby sa vyhodnotilo, kde na povrchu sa kužeľ dimorfoval. Na základe toho vedci odhadli, že materiál pochádza z krátera s priemerom približne 65 metrov.

slabé jadro

Sledovanie všetkých zložitých nečistôt je sčasti dôležité, pretože zohralo úlohu v účinnosti DART. Presne vieme, akú rýchlosť získala kozmická loď DART pri zrážke, a môžeme to porovnať s odhadom množstva potrebného na zmenu obežnej dráhy Dimorphosu. Na základe veľkosti zmeny obežnej dráhy, ako aj odhadu počiatočnej hmotnosti Dimorphos, je celkom jasné, že pohyb DART nemôže zodpovedať za všetky zmeny. Preto došlo k významnej výmene hybnosti, keď úlomky z nárazu odniesli hybnosť preč z dimorfózy.

Ďalší článok berie údaje LICIACube o vyvrhnutom materiáli a používa ich na odvodenie vnútorných vlastností dimorfózy. Model fyziky kolízie sa použil na testovanie rôznych vnútorných zložení asteroidu, ktoré sa menili na základe ich hustoty, množstva pevnej horniny oproti voľnému materiálu a ďalších charakteristík. Najlepšie výsledky dosiahli porézne telesá s relatívne nízkou hustotou, ktoré nemajú pri povrchu veľa veľkých kameňov.

Vzhľadom na túto štruktúru vedci dospeli k záveru, že DART pravdepodobne spôsobil globálne narušenie štruktúry svojho cieľa.

Slabá, fragmentovaná štruktúra Dimorphosu vyzerá veľmi podobne ako to, čo sme videli na asteroidoch, ktoré nazývame „sutinové asteroidy“, ako sú Bennu a Ryugu. Zvláštnosťou je, že je štruktúrou oveľa slabšia ako jeho väčší sused Didymos. Je to však v súlade s modelmi toho, ako sa Dimorphos mohol sformovať. Tie ukazujú, že Didymos uvoľnil materiál, z ktorého časť zostala gravitačne viazaná a skončila na obežnej dráhe.

Jedným zo spôsobov, ako sa to môže stať, môže byť kolízia, ale dalo by sa očakávať, že bude dostatočne energická na to, aby uvoľnila širokú škálu materiálov z Didymosu. Jednou z možností však je, že solárny ohrev by mohol zvýšiť rotáciu Didymosu, kým už nebude mať dostatočnú gravitačnú silu, aby udržal všetok svoj materiál. V tomto prípade je pravdepodobné, že ľahší materiál sa z povrchu vysype ako prvý, pravdepodobne kvôli relatívne malej veľkosti materiálu v dimorfóze.

Dobrou správou je, že o niekoľko rokov získame po dopade ešte lepší pohľad na systém. Koncom roka 2024 plánuje ESA vypustiť sondu Hera, ktorá sa dostane na obežnú dráhu okolo systému Didymos/Dimorphos a poskytne podrobné údaje o následkoch kolízie.

The Planetary Science Journal, 2023. doi: 10.3847/psj/ad09ba (O DOI).

Príroda, 2024. doi: 10.1038/s41586-023-06998-2

Prírodná astronómia, 2024. DOI: 10.1038/s41550-024-02200-3