Фаэтон: астероид или комета? Ответ в новом исследовании

Автор: Unsplash/CC0 Public Domain

В чем разница между астероидом и кометой? Комета — это по сути грязный ледяной шар, состоящий из камня и льда. Классический образ — яркая «звезда» на ночном небе с длинным изогнутым хвостом, простирающимся в космос. Вот что происходит, когда они приближаются к солнцу и начинают выделять газы и пыль. Обычно это продолжается до тех пор, пока не останется ничего, кроме камня, или пока они не распадутся на пыль.

Однако эти два космических объекта не всегда так уж взаимоисключающи, как можно было бы предположить. Позвольте мне представить Фаэтон, «каменную комету», которая стирает границы между астероидом и кометой, и позвольте мне рассказать вам, почему стоит обратить внимание на этот увлекательный объект в ближайшие годы.

Фаэтон был случайно обнаружен в 1983 году двумя астрономами из Университета Лестера, Саймоном Грином и Джоном Дэвисом. Они наткнулись на него, вращающегося вокруг Солнца, анализируя изображения, полученные космическим телескопом под названием Инфракрасный астрономический спутник (Iras). Вскоре после этого другие астрономы признали, что Фаэтон является источником ежегодного метеорного потока Геминиды — одного из самых ярких метеорных проявлений в календаре Земли.

Каждый декабрь, когда наша планета пересекает пыльный след, оставленный Фаэтоном, мы становимся свидетелями яркого зрелища, когда его пылинки сгорают в нашей атмосфере. Однако поведение Фаэтона не похоже на поведение других объектов, ответственных за метеоритный дождь.

В отличие от типичных комет, которые сбрасывают значительное количество пыли, когда нагреваются вблизи Солнца, Фаэтон, похоже, не выпускает достаточно пыли сегодня, чтобы объяснить Геминиды. Это отсутствие значительных выбросов пыли порождает интересную проблему.

Орбита Фаэтона приближает его к Солнцу очень близко, гораздо ближе, чем Меркурий, наша самая близкая планета. В момент наибольшего сближения (называемого перигелием) температура его поверхности достигает экстремальных значений около 730°C.

Можно было бы ожидать, что такой сильный жар удалит все летучие материалы, которые существуют на поверхности Фаэтона. Это должно либо обнажить свежие, ненагретые слои и сбросить огромные объемы пыли и газа каждый раз, когда он проходит близко к солнцу, либо сформировать бесплодную корку, которая защищает богатые летучими веществами внутренние части от дальнейшего нагрева, что приведет к отсутствию выбросов газа или пыли.

Однако ни один из этих процессов, похоже, не происходит. Вместо этого Фаэтон продолжает проявлять кометоподобную активность, испуская газ, но не сопровождающее его пылевое облако. Следовательно, он не сбрасывает слои, поэтому загадка заключается в том, почему та же самая кора может все еще испускать летучие газы каждый раз, когда она нагревается солнцем.

Наш эксперимент

Я руководил недавно опубликованным в Nature Communications исследованием, направленным на решение этой загадки путем моделирования интенсивного солнечного нагрева, которому подвергается Фаэтон во время своего перигелия.

Мы использовали осколки редкой группы метеоритов, называемых хондритами CM, которые содержат глины, предположительно схожие по составу с Фаэтоном. Их нагревали в бескислородной среде несколько раз, имитируя циклы жара-холод/день-ночь, которые происходят на Фаэтоне, когда он находится близко к солнцу.

Результаты оказались неожиданными. В отличие от других летучих веществ, которые обычно исчезают после нескольких циклов нагрева, небольшие количества сернистых газов, содержащихся в метеоритах, высвобождались медленно, в течение многих циклов.

Это говорит о том, что даже после многочисленных близких прохождений мимо Солнца у Фаэтона все еще остается достаточно газа, чтобы генерировать кометоподобную активность во время каждого перигелия.

Но как это может работать? Наша теория заключается в том, что когда поверхность Фаэтона нагревается, минералы сульфида железа, содержащиеся в его недрах, распадаются на газы, такие как диоксид серы. Однако, поскольку поверхностные слои Фаэтона относительно непроницаемы, эти газы не могут быстро выходить. Вместо этого они накапливаются под поверхностью, например, в порах и трещинах.

По мере вращения Фаэтона, которое занимает чуть меньше четырех часов, день сменяется ночью, а недра охлаждаются. Некоторые из захваченных газов способны «реагировать обратно», образуя новое поколение соединений. Когда ночь снова сменяется днем и нагревание возобновляется, они разлагаются, и цикл повторяется.

Почему это важно

Эти результаты не только академические, но и имеют значение для миссии Destiny+ Японского космического агентства (Jaxa), запуск которой запланирован на конец этого десятилетия. Этот космический зонд пролетит мимо Фаэтона и изучит его с помощью двух многоспектральных камер и анализатора пыли. Он, как мы надеемся, соберет частицы, которые дадут дополнительные подсказки о составе этого загадочного объекта.

В любом случае, теория нашей исследовательской группы о процессах выделения газа Фаэтоном получит решающее значение для интерпретации данных. Если мы окажемся правы, это изменит то, как ученые думают о солнечном нагреве как о геологическом процессе, сделав его релевантным не только для комет, но и для астероидов.

Важно то, что Фаэтон не одинок. Около 95 астероидов проходят в пределах 0,20 астрономических единиц (почти 19 миллионов миль) от Солнца. Все, что мы узнаем о Фаэтоне, может дать представление об их поведении и долгосрочной стабильности.

Наконец, вы можете задаться вопросом, как все это связано с метеорным потоком Геминиды. Скорее всего, Фаэтон испускал пыль много лет назад. Это могло бы создать полосу обломков, которая создает поток Геминиды каждый раз, когда частицы вступают в контакт с атмосферой Земли. Когда мы говорим о подарках, которые продолжают приносить, трудно придумать лучший пример.

Больше информации: Martin D. Suttle et al, Rapid heating rates define the volatile emission and regolith composition of (3200) Phaethon, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51054-w

Источник: The Conversation