Астероид Церера — бывший океанический мир

Автор: Purdue University

С тех пор, как Джузеппе Пиацци в 1801 году впервые обнаружил первый и самый большой астероид в нашей солнечной системе, астрономы и планетологи размышляли о составе этого астероида/карликовой планеты. Его сильно измятая и ямчатая поверхность покрыта ударными кратерами. Ученые долго утверждали, что видимые кратеры на поверхности означают, что Церера не может быть очень ледяной.

Исследователи из Университета Пердью и Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) теперь считают, что Церера — очень ледяной объект, который, возможно, когда-то был грязным океаническим миром. Это открытие того, что Церера имеет грязную ледяную корку, возглавляют Ян Памерло, аспирант, и Майк Сори, доцент кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Университета Пердью, которые опубликовали свои выводы в Nature Astronomy. Дуэт вместе с Дженнифер Скалли, научным сотрудником JPL, использовали компьютерное моделирование того, как кратеры на Церере деформируются на протяжении миллиардов лет.

«Мы думаем, что у поверхности Цереры много водяного льда, и что она постепенно становится менее ледяной по мере погружения вглубь», — сказал Сори. «Раньше люди думали, что если бы Церера была очень ледяной, кратеры со временем быстро деформировались бы, как ледники, текущие по Земле, или как тягучий мед. Однако мы показали с помощью наших симуляций, что лед может быть намного прочнее в условиях Цереры, чем предсказывалось ранее, если смешать его с небольшим количеством твердой породы».

Открытие команды противоречит предыдущему мнению, что Церера была относительно сухой. Распространенное предположение состояло в том, что Церера была менее чем на 30% покрыта льдом, но теперь команда Сори считает, что поверхность скорее на 90% состоит из льда.

«Наша интерпретация всего этого заключается в том, что Церера раньше была «океаническим миром», как Европа (один из спутников Юпитера), но с грязным, илистым океаном», — сказал Сори. «Поскольку этот грязный океан со временем замерз, он создал ледяную корку с небольшим количеством каменистого материала, застрявшего в ней».

Памерло объяснил, как они использовали компьютерное моделирование для моделирования процесса релаксации кратеров на Церере на протяжении миллиардов лет.

«Даже твердые тела будут течь в течение длительного времени, а лед течет легче, чем камень. Кратеры имеют глубокие чаши, которые создают высокие напряжения, которые затем расслабляются до состояния с меньшим напряжением, что приводит к более мелкой чаше через течение твердого состояния», - сказал он. «Поэтому вывод после миссии NASA Dawn заключался в том, что из-за отсутствия расслабленных, неглубоких кратеров кора не может быть такой ледяной. Наши компьютерные моделирования учитывают новый способ, которым лед может течь с небольшим количеством неледяных примесей, смешанных с ним, что позволило бы очень богатой льдом коре едва течь даже в течение миллиардов лет. Таким образом, мы могли бы получить богатую льдом Цереру, которая все еще соответствует наблюдаемому отсутствию релаксации кратеров. Мы протестировали различные структуры коры в этих моделированиях и обнаружили, что постепенная кора с высоким содержанием льда вблизи поверхности, которая постепенно понижается до более низкого содержания льда с глубиной, была лучшим способом ограничить релаксацию кратеров Цереи».

Сори — планетолог, специализирующийся на планетарной геофизике. Его команда занимается вопросами о недрах планет, связями между недрами планет и поверхностями, и эти вопросы могут быть решены с помощью космических миссий. Его работа охватывает множество твердых тел в Солнечной системе, от Луны и Марса до ледяных объектов во внешней Солнечной системе.

«Церера — крупнейший объект в поясе астероидов и карликовая планета. Я думаю, иногда люди думают о маленьких, комковатых предметах как об астероидах (и большинство из них таковыми являются!), но Церера на самом деле больше похожа на планету», — сказал Сори. «Это большая сфера диаметром около 950 километров, на ее поверхности есть такие особенности, как кратеры, вулканы и оползни».

27 сентября 2007 года НАСА запустило миссию Dawn. Эта миссия стала первым и единственным космическим аппаратом, вышедшим на орбиту двух внеземных объектов — протопланеты Весты и Цереры. Хотя он был запущен в 2007 году, Dawn не достиг Цереры до 2015 года. Он вращался вокруг карликовой планеты до 2018 года.

«Мы использовали многочисленные наблюдения, сделанные с помощью данных Dawn, в качестве мотивации для поиска богатой льдом коры, которая сопротивлялась релаксации кратера на Церере. Различные особенности поверхности (например, ямы, купола и оползни и т. д.) предполагают, что близлежащая недра Цереры содержит много льда», — сказал Памерло. «Спектрографические данные также показывают, что под реголитом на карликовой планете должен быть лед, а данные о гравитации дают значение плотности, очень близкое к значению плотности льда, в частности, нечистого льда. Мы также взяли топографический профиль реального сложного кратера на Церере и использовали его для построения геометрии для некоторых наших симуляций».

Сори говорит, что поскольку Церера является крупнейшим астероидом, возникло подозрение, что это мог быть любой ледяной объект, исходя из некоторых оценок его массы, сделанных с Земли. Эти факторы сделали его отличным выбором для посещения космическим аппаратом.

«Для меня самое захватывающее во всем этом, если мы правы, то, что у нас есть замерзший океанический мир довольно близко к Земле. Церера может быть ценной точкой сравнения для океанических ледяных лун внешней Солнечной системы, таких как спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад», — сказал Сори. «Мы считаем, что Церера, таким образом, является самым доступным ледяным миром во Вселенной. Это делает ее прекрасной целью для будущих миссий космических аппаратов. Некоторые из ярких деталей, которые мы видим на поверхности Цереры, — это остатки мутного океана Цереры, теперь в основном или полностью замерзшего, извергнувшегося на поверхность. Таким образом, у нас есть место для сбора образцов из океана древнего океанического мира, куда не так уж сложно отправить космический аппарат».

Больше информации: IF Pamerleau et al, An ancient and impure frozen ocean on Ceres implied by its ice-rich crust, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02350-4

Источник: Purdue University