Лабораторные исследования оврагов на астероиде Веста

Чтобы изучить возможные объяснения глубоких каналов или оврагов, наблюдаемых на Весте, ученые использовали испытательный стенд JPL Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments (DUSTIE) для моделирования условий на гигантском астероиде, которые возникнут после падения метеороидов на поверхность. Автор: NASA/JPL-Caltech

Основная гипотеза гласит, что они образовались из сухих обломочных потоков, вызванных геофизическими процессами, такими как удары метеоритов и изменения температуры из-за воздействия солнца. Однако недавнее исследование НАСА предоставляет некоторые доказательства того, что удары по Весте могли спровоцировать менее очевидный геологический процесс: внезапные и кратковременные потоки воды, которые прорезали овраги и отложили конусы осадков.

В исследовании, опубликованном в журнале The Planetary Science Journal, впервые подробно описано, из чего может состоять эта жидкость и как долго она будет течь, прежде чем замерзнет, с помощью лабораторного оборудования, имитирующего условия на Весте.

Хотя существование залежей замороженного рассола на Весте не подтверждено, ученые ранее выдвигали гипотезу, что удары метеороидов могли обнажить и растопить лед, лежащий под поверхностью таких миров, как Веста. В этом сценарии потоки, возникающие в результате этого процесса, могли протравить овраги и другие поверхностные особенности, напоминающие те, что есть на Земле.

Но как безвоздушные миры — небесные тела без атмосферы, подверженные интенсивному вакууму космоса — могли бы содержать жидкости на поверхности достаточно долго, чтобы они могли течь? Такой процесс противоречил бы пониманию того, что жидкости быстро дестабилизируются в вакууме, превращаясь в газ при падении давления.

«Удары не только вызывают поток жидкости на поверхности, жидкости активны достаточно долго, чтобы создать определенные особенности поверхности», — сказала руководитель проекта и планетолог Дженнифер Скалли из Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии, где проводились эксперименты. «Но как долго? Большинство жидкостей быстро становятся нестабильными на этих безвоздушных телах, где вакуум космоса непреклонен».

Критически важным компонентом оказывается хлорид натрия — поваренная соль. Эксперименты показали, что в условиях, подобных тем, что были на Весте, чистая вода замерзала почти мгновенно, в то время как соленые жидкости оставались жидкими не менее часа. «Этого достаточно для формирования связанных с потоком особенностей, выявленных на Весте, на которые, по оценкам, требовалось до получаса», — сказал ведущий автор Майкл Дж. Постон из Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио.

Запущенный в 2007 году космический аппарат Dawn отправился к главному поясу астероидов между Марсом и Юпитером, чтобы вращаться вокруг Весты в течение 14 месяцев и Цереры в течение почти четырех лет. Перед завершением в 2018 году миссия обнаружила доказательства того, что Церера была домом для подземного резервуара рассола и, возможно, все еще переносит рассолы из своих недр на поверхность. Недавнее исследование дает представление о процессах на Церере, но фокусируется на Весте, где лед и соли могут производить соленую жидкость при нагревании в результате удара, говорят ученые.

Космический аппарат NASA Dawn сделал этот снимок Весты, когда она покинула орбиту гигантского астероида в 2012 году. Кадровая камера была направлена вниз на северный полюс, который находится в середине изображения. Автор: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Воссоздание Весты

Чтобы воссоздать условия, подобные Весте, которые возникли бы после падения метеорита, ученые использовали испытательную камеру в JPL под названием Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments (DUSTIE). Быстро снижая давление воздуха вокруг образцов жидкости, они имитировали среду вокруг жидкости, которая выходит на поверхность. Подвергшись воздействию вакуума, чистая вода мгновенно замерзала. Но соленые жидкости оставались там дольше, продолжая течь перед замерзанием.

Глубина рассолов, с которыми они экспериментировали, составляла чуть больше дюйма (несколько сантиметров); ученые пришли к выводу, что для повторного замерзания потоков на Весте, глубина которых составляет от нескольких ярдов до десятков ярдов, потребуется еще больше времени.

Исследователи также смогли воссоздать «крышки» замороженного материала, которые, как предполагалось, образуются на рассолах. По сути, замороженный верхний слой, крышки стабилизируют жидкость под собой, защищая ее от воздействия вакуума космоса — или, в данном случае, вакуума камеры DUSTIE — и помогая жидкости течь дольше, прежде чем снова замерзнуть.

Это явление похоже на то, как на Земле лава течет дальше в лавовых трубках, чем при воздействии низких температур поверхности. Это также совпадает с исследованиями моделирования, проводимыми вокруг потенциальных грязевых вулканов на Марсе и вулканов, которые могли извергать ледяной материал из вулканов на спутнике Юпитера Европе.

«Наши результаты вносят вклад в растущий объем работ, в которых используются лабораторные эксперименты для изучения того, как долго сохраняются жидкости в различных мирах», — сказал Скалли.

Больше информации: Michael J. Poston et al, Experimental Examination of Brine and Water Lifetimes after Impact on Airless Worlds, The Planetary Science Journal (2024). DOI: 10.3847/PSJ/ad696a

Источник: NASA