В научной среде нередко возникают сложности с интерпретацией визуальных данных: является ли зафиксированное изображение реальным физическим процессом или лишь артефактом съемки. В свежем материале журнала The Planetary Science Journal Джессика Саншайн и её коллеги из Мэрилендского университета описывают именно такой неоднозначный случай. Исследователи обнаружили на поверхности Диморфа — астероида, ставшего целью столкновения с зондом DART, — необычные веерообразные структуры. Первоначально их приняли за цифровой шум, однако после детальной коррекции снимков, проведения расчетов и лабораторных экспериментов стало ясно: ученые столкнулись с первым в истории задокументированным процессом межпланетного обмена веществом между двумя астероидами.
Диморф входит в состав двойной системы вместе со своим более массивным компаньоном Дидимом. Расстояние между ними составляет всего около 1,2 километра. Астрофизики давно предполагали, что малые астероиды могут терять массу в районе экватора вследствие эффекта ЯОРП (YORP). Под воздействием солнечного света поверхность небесного тела нагревается неравномерно, и возникающее инфракрасное излучение создает подобие реактивного момента. В течение миллионов лет это ускоряет вращение астероида до критических значений, при которых центробежные силы начинают выбрасывать фрагменты его породы в открытое пространство.
Изначально перед исследователями не стояла задача доказать эту теорию. Они просто обратили внимание на странные узоры на поверхности Диморфа и попытались установить их природу. Сперва возникло подозрение на программный сбой камеры. Однако после математического устранения теней, отбрасываемых валунами, веерообразные лучи не исчезли — они отчетливо сходились в районе экватора на той стороне Диморфа, которая обращена в противоположную от Дидима сторону.
Подтвердив реальность этих структур, ученые приступили к поиску причин их возникновения. Версия о сейсмических колебаниях была отвергнута, так как они не могли сформировать столь четкий направленный рисунок. Электростатический подъем пыли также выглядел неправдоподобно из-за отсутствия специфических условий в точках инициации узоров. В итоге наиболее логичным объяснением стал перенос материи с более крупного астероида на меньший.
Поскольку на месте оседания этих фрагментов не осталось ударных кратеров, скорость их падения должна была быть крайне низкой. Орбитальные расчеты показали, что частицы, покидающие экватор Дидима со скоростью всего 30,7 см/с (что медленнее неспешного шага человека), достигали дальней стороны Диморфа со скоростью соударения около 6 см/с. Этого было достаточно, чтобы мягкие конгломераты вещества — которые авторы в пресс-релизе метафорично назвали «космическими снежками» — рассыпались при контакте. Стоит уточнить, что состоят эти образования не из снега, а из пористого силикатного порошка, характерного для астероидов S-типа.
Для верификации гипотезы о переносе вещества авторы объединили компьютерное моделирование и физический эксперимент. С помощью мощностей Ливерморской национальной лаборатории было смоделировано столкновение рыхлого метрового комка частиц с каменистой поверхностью Диморфа. Результаты симуляции практически полностью совпали с реальными снимками: валуны блокировали распространение пыли непосредственно за собой, создавая характерные веерообразные «тени» из осевшего материала.
Финальным этапом стала физическая реконструкция: исследователи создали макет поверхности из песка и окрашенного гравия. Сбрасывая в эту «песочницу» шарики и фиксируя процесс на высокоскоростные камеры, они получили те же лучевые структуры, что наблюдались на астероиде и в компьютерных моделях. Совокупность этих доказательств позволила официально подтвердить факт активного перемещения вещества в двойной системе.
В ближайшее время ученые получат шанс проверить свои выводы на практике. В декабре к системе Дидим — Диморф прибудет европейский аппарат «Гера». Его миссия — детально оценить последствия удара DART. Мы уже знаем, что столкновение не только изменило орбитальный период системы, но и деформировало сам Диморф. С помощью камер «Геры» астрономы увидят, сохранились ли веерообразные лучи и как катастрофическое событие повлияло на интенсивность межпланетного обмена веществом. Ответы на эти вопросы мы начнем получать уже через год.
