Астероиды - космические лилипуты
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
Лилипуты
Зонд "Dawn"
Страница: Миссия зонда "Dawn" (Part #1, Part #2), Первая встреча: Веста (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4, Part #5, Part #6);
Малые тела Солнечной системы

Прощание с Вестой

    5 сентября в 06:26 UTC американский зонд Dawn покинул сферу действия астероида Веста и вышел на траекторию перелета к карликовой планете Церера, окрестностей которой он должен достичь в феврале 2015 г.
    «Уважительно прощаясь с Вестой и вспоминая об удивительных открытиях, сделанных зондом за последний год, - отметил менеджер проекта Dawn Роберт Мейз (Robert A. Mase), - мы с нетерпением ожидаем следующего этапа нашего приключения на Церере, поскольку нам предстоят еще более захватывающие открытия».


    Что ж, самое время рассказать о работе АМС, которую мы оставили год назад в процессе перехода на низкую рабочую орбиту вокруг Весты (LAMO).
    При составлении баллистической схемы миссии на работу на орбите LAMO аппарату отводилось 70 суток. Однако уверенности в том, что сближение с Вестой, выход на высокую орбиту НАМO1 и последующее снижение пройдут строго по плану, не было, поэтому инженеры заложили 40 резервных суток на преодоление возможных неприятностей. Неприятности действительно случались: станция несколько раз переходила в защитный режим, прекращая сбор научных данных. К счастью, высокий профессионализм команды позволил решить все проблемы и обойти неисправности, не залезая в «неприкосновенный запас». Таким образом, к 12 декабря 2011 г. - к моменту выхода на орбиту картографирования высотой 210 км с периодом обращения 4.4 часа - ни один резервный день не был потрачен.
    Dawn должен был начать подъем с орбиты LAMO в начале апреля 2012 г., чтобы в июле выйти из сферы действия Весты и отправиться к Церере. Однако характеристики ионных двигателей оказались лучше расчетных, что позволяло сократить время перелеа. На этом можно было выиграть еще суток сорок, но было решено продлить пребывание станции на низкой орбите лишь на месяц. Так 70 дней превратились в 140, и в окончательном варианте плана датой начала подъема стало 1 мая 2012 г. Покинуть Весту аппарат должен был 26 августа.

Этот свежий кратер в квадранте Нумизия был сфотографирован 24 января 2012 г. с высоты 272 км, разрешение - 25 м. Обратите внимание на выступы светлого и темного материала на валу и внутреннем склоне.
ПРОЩАНИЕ С ВЕСТОЙ

    Продлить работу станции на низкой орбите LAMO очень хотелось для того, чтобы получить достаточно данных от прибора GRaND (Gamma Ray and Neutron Detector - детектор нейтронов и гамма-лучей). Космические лучи и частицы солнечного ветра, врезаясь в поверхность Весты, заставляют атомы излучать нейтроны и гамма-кванты определенных энергий, что позволяет определить химический состав поверхности и подповерхностного (до глубины 1м) слоя. Однако интенсивность излучения Весты в гамма-диапазоне очень низка - и нужно длительное накопление сигнала.
    Первоначально запланированного времени пребывания аппарата на LAMO не хватило для полного 56-суточного цикла измерений GRaND. Этот прибор вообще не мог работать постоянно: когда Dawn поворачивал главную антенну в сторону Земли, GRaND не видел поверхность Весты.
    На это неизбежное ограничение наложилась серия ЧП: 13 января и 21 февраля аппарат уходил в защитный режим, прервав наблюдения в общей сложности на 15 суток, плюс к тому сильные солнечные вспышки в январе и марте нарушали нормальную работу детектора. Благодаря продлению работы проблема была решена: GRaND набрал данные за 91 сутки.
    Другой важной целью длительного пребывания на LAMO явилось изучение гравитационного поля Весты, позволяющее узнать ее внутреннюю структуру. Области с большей плотностью сильнее притягивают к себе аппарат, и по возмущениям его орбиты, пусть даже микроскопическим, можно вычислить распределение масс в теле астероида. Долгая работа на низкой орбите позволила вести измерения допплеровских вариаций сигнала в течение 80 суток вместо 26 по плану.
    «Бонусом» нахождения зонда Dawn на низкой орбите была возможность детальной съемки и спектрографирования. КА передал на Землю более 13 000 снимков с разрешением 25 метров и свыше 2.6 млн спектров.
    Начав спиральный подъем 1 мая, Dawn достиг орбиты НАМO2 наклонением 94°, высотой 680 км и периодом обращения 12.3 часа к 15 июня и вел топографические наблюдения и стереосъемку в течение 40 суток. За это время было передано более 4700 снимков и 6 млн спектров прибора VIR. В частности, смена времени года на Весте позволила отснять районы севернее 50° с. ш., которые осенью 2011 г. находились в тени.
    Новый этап разгона начался 25 июля в 16:45 UTC с целью окончательного ухода от Весты к 26 августа. Однако 9 августа в ходе сеанса связи специалисты обнаружили, что днем ранее бортовой компьютер отключил питание одного из маховиков в системе ориентации из-за повышенного трения. (Так уже было с другим маховиком в июне 2010 г.) 14 августа инженеры вернули Dawn в штатный режим, решив продолжать полет без использования маховиков, только на двигателях ориентации. 17 августа вновь включился маршевый двигатель, который к 5 сентября «вытолкал» аппарат из сферы действия Весты на высоте около 17 200 км.
    К концу пятого года полета (27 сентября) электрореактивная ДУ КА Dawn израсходовала 267 кг ксенона, придав ему суммарное приращение скорости более 7100 м/с.

Разгадывая загадки астероида

    В мае 2012 г. журнал Science опубликовал шесть статей о самых первых результатах исследований астероида зондом Dawn.
    Удивительным открытием стало обнаружение в южном полушарии Весты двух огромных кратеров, частично перекрывающих друг друга. Первый имеет диаметр 395 км, а второй - 505 км, или почти 90% диаметра самой Весты. Можно представить себе чудовищную силу этого второго удара, искалечившего целое полушарие и поднявшего «в воздух» до 1% вещества астероида! Даже теперь в южной зоне есть места на 60 км ниже, чем экваториальные возвышенности Весты, зато центральный пик высотой 22 км почти не уступает марсианскому Олимпу, крупнейшей горе Солнечной системы. Специалисты полагают, что ударные волны от этих событий прошли насквозь все тело астероида и образовали систему глубоких борозд, опоясывающих Весту по экватору.

Кратер Реясильвия - гигантская астроблема в южном полушарии Весты (ml - миля)
ПРОЩАНИЕ С ВЕСТОЙ

    Сюрпризом стала молодость обоих суперкратеров: Верения* возникла около 2 млрд, а Реясильвия** - 1 млрд лет назад. Сначала исследователи полагали, что они образовались в период «поздней тяжелой бомбардировки» 4.1-3.8 млрд лет назад, когда пояс астероидов был густо населен и столкновения случались чаще. Однако новые оценки достаточно надежны, так как основаны на подсчете числа вторичных кратеров.

ПРОЩАНИЕ С ВЕСТОЙ
    * leneneia - имя одной из весталок; в английских текстах используется два варианта написания имени великой девы - Veneneia и Verenia, а в русских - только второй.
    ** Кратер получил имя Реясильвия, в честь одной из самых знаменитых весталок - Реи Сильвии, матери Ромула и Рема.
ПРОЩАНИЕ С ВЕСТОЙ

    Dawn подтвердил гипотезу о том, что именно Веста является источником так называемых вестоидов. Эти астероиды выделяются из общего списка по параметрам орбит и по сходству состава с метеоритами типа HED (Howardite, Eucrite, Diogenite - говардит, эвкрит и диогенит), которые составляют примерно б% всех земных находок. Спектральные измерения и данные GRaND по соотношениям Fe/О и Fe/Si показали, что пироксены HED-метеоритов соответствуют материалу поверхности Весты. Масса вещества, выброшенного при образовании кратера Реясильвия, превышает суммарную массу вестоидов, так что вероятный источник их также понятен. Кстати, заметные размеры некоторых вестоидов (до 10 км) также говорят в пользу их сравнительно молодого возраста.
    Dawn пролил свет на историю образования Весты и подтвердил, что это тело должно рассматриваться как протопланета земного типа, развитие которой было остановлено гравитационными возмущениями со стороны Юпитера. «Вполне вероятно, что Веста была когда-то больше, чем сегодня, - считает научный руководитель проекта Кристофер Рассел (Christopher Т. Russell). - Огромные фрагменты откололись от нее в результате протопланетных столкновений. Тем не менее Веста была достаточно большой, чтобы сформировать металлическое ядро, окруженное каменной мантией».

ПРОЩАНИЕ С ВЕСТОЙ

    По результатам съемок и измерений с Dawn'a форма Весты аппроксимируется эллипсоидом с полуосями 286.3x278.6x223.2 км, ее масса определена в 2.59*1020 кг при средней плотности 3.456 г/см3 и гравитационном моменте J2=0.03178. Эти данные позволяют оценить радиус ядра в 107-113 км при среднем радиусе Весты 262.7 км.
    Итак, Веста образовалась в первые миллионы лет существования Солнечной системы, примерно 4.56 млрд лет назад, и провела молодость в расплавленном состоянии за счет распада радиоактивных элементов, главным образом 26Аl и 60Fe. В это время произошло разделение астероида на каменную оболочку и железное ядро, которые остались у него до настоящего времени. Судьба других дифференцированных протопланет могла быть не столь счастливой, и, возможно, до наших дней сохранилась лишь одна из них. Посмотрим, чем порадует нас Церера!

Срезы метеоритов, которые попали к нам с Весты.
ПРОЩАНИЕ С ВЕСТОЙ

    Далеко не все загадки Весты разгаданы. Например, светлые и темные образования на поверхности астероида по-прежнему вызывают вопросы. Это может быть материал, занесенный на Весту из более далеких областей пояса астероидов, или результат древней вулканической активности.

Откуда на Весте вода?

    В январе 2012 г. американские астрофизики Тимоти Стаббс (Timothy Stubbs) и Ван Юнли (Wang Yongli) предположили, что на Весте может существовать вода в виде включений льда в реголите или залежей в кратерах - ведь средняя температура и освещенность там достаточно низкие, чтобы молекулы воды могли сохраниться.
    Две группы астрофизиков под руководством Томаса Преттимана (Thomas Н. Prettyman) из Института планетологии в Тусоне и Бретта Деневи (Brett W. Denevi) из Университета Джонса Хопкинса в городе Лорел проанализировали информацию о химическом составе Весты, которую собрал GRaND за пять месяцев работы на низкой орбите, и подтвердили эту гипотезу, но лишь отчасти!
    В работе Преттимана и коллег, опубликованной в Science 20 сентября, говорится, что счетчик нейтронов в составе GRaND показал заметные количества водорода в реголите Весты с максимальной концентрацией в старых темных областях вблизи экватора, где условия стабильности водного льда не выполняются. В то же время в глубоком бассейне Реясильвия содержание водорода оказалось минимальным.
    Максимальная концентрация водорода оценена в 400 микрограмм на грамм породы, или 0.04%, и тогда общая масса водорода в грунте Весты составляет по меньшей мере 240000 тонн. Для сравнения: лунный реголит содержит всего 16-60 микрограммов водорода на грамм грунта. Таким образом, Веста оказалась необычайно богата водородом по сравнению с другими телами Солнечной системы, не обладающими атмосферой. Авторы объясняют найденные особенности распределения водорода его постепенным притоком с метеоритами класса углистых хондритов с последующим удалением или захоронением при падении крупных тел. Вероятной формой его залегания являются гидратированные минералы.
    Вторая группа геологов под руководством Деневи изучила так называемые кратеры обрушения - глубокие неправильные депрессии на дне или в окрестностях обычных ударных кратеров. Их отличительной особенностью является отсутствие вала или каких-либо иных следов падения астероида, а также других видов физического воздействия. Подобные воронки впервые были обнаружены на Марсе, где их появление связывается с нагревом в результате ударного воздействия грунта со значительной долей летучих веществ (водяной пар, углекислый газ и азот), их дегазацией и потерей прочности. По мнению Деневи и его коллег, воронки на Весте очень похожи на аналогичные марсианские провалы и могли возникнуть сходным образом. Во всяком случае, в окрестностях кратеров обрушения отсутствуют обломки пород и другие следы «исчезнувшего» вещества.
    Здесь-то и стыкуются два, казалось бы, разных исследования. Dawn сфотографировал обширный район кратеров обрушения диаметром до 1 км и глубиной до 200 м в ударном кратере Марсия (Marcia) в богатой водородом экваториальной зоне Весты. Однако непосредственно вблизи Марсии водорода как раз меньше, чем западнее и восточнее. Похоже, недостающий водород мог перейти в состав воды и других летучих веществ и испариться вместе с ними после падения астероида и разогрева пород Весты в зоне Марсии.
    Таким образом, астрофизики обнаружили большие запасы водорода на астероиде Веста и показали, что некоторая их часть может представлять собой молекулы воды.
    26 сентября на Европейском планетологическом конгрессе в Мадриде астрономы выдвинули версию о появлении воды на Весте в результате «пылевого дождя».
    «На поверхности Весты выявлены четко выраженные зоны, обогащенные гидратированными материалами, - заявила Мария Де Санктис (Maria De Sanctis) из Национального института астрофизики в Риме, руководитель группы, исследовавшей распределение гидроксила ОН по данным спектрометра VIR. - Эти зоны не зависят от температуры или освещенности Солнцем, как на Луне. Неравномерное распределение неожиданно и указывает на древние процессы, отличающиеся от тех, что отвечали за доставку воды на другие безатмосферные тела, например на Луну».

Карта распределения водорода на поверхности астероида Веста.
ПРОЩАНИЕ С ВЕСТОЙ

Карта распределения гидратированных минералов на Весте. Такие породы концентрируются на светлых участках. Данные получены ИК спектрометром.
ПРОЩАНИЕ С ВЕСТОЙ

    Солнечный ветер считается основным источником гидратированных минералов на поверхности большинства безатмосферных тел, в том числе и Луны. Протоны солнечного ветра сталкиваются с молекулами других веществ, и часть из них соединяется с кислородом, образуя гидроксил. На Луне его концентрация максимальна в постоянно затененных и очень холодных полярных кратерах. На Весте эта закономерность не действует: районы с высокой концентраций гидроксила соответствуют самым древним участкам поверхности. В крупных и молодых ударных кратерах его практически нет, а значит нет и современного механизма накопления.
    По словам ученых, солнечный ветер не может быть источником гидроксила на Весте. Данные VIR позволяют утверждать, что большая часть гидроксила занесена небольшими (не более нескольких сантиметров) частицами примитивного материала, причем в течение ограниченного времени в прошлом. Похоже, Веста приобрела большую часть своих водных запасов примерно в то же время, что и Земля - в эпоху так называемой «поздней тяжелой бомбардировки».
    Впрочем, не всё на поверхности Весты соответствует этой гипотезе. Так, кратер Оппия (Oppia) богат гидроксилом, однако его породы не покрыты примитивным темным материалом. Обработка информации об этой области Весты станет одной из следующих задач научной команды зонда Dawn.
Автор: А. ИЛЬИН, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru