Отсутствующее ядро Весты разрушает давние представления об астероиде

Корреляция между гравитацией и силой тяжести от формы и эффективной плотности. Автор: Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02533-7

Десятилетиями ученые считали, что Веста, один из крупнейших объектов в поясе астероидов нашей солнечной системы, не просто астероид, и в конечном итоге пришли к выводу, что это скорее планета с корой, мантией и ядром. Теперь Университет штата Мичиган внес вклад в исследование, которое переворачивает это представление с ног на голову.

«Отсутствие ядра было очень удивительным», — сказал доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде МГУ Сет Якобсон, соавтор статьи. «Это действительно другой способ думать о Весте».

Какова истинная личность Весты? У исследовательской группы есть две гипотезы, которые требуют дальнейшего изучения.

Первая возможность заключается в том, что Веста прошла неполную дифференциацию, то есть она начала процесс плавления, необходимый для придания астероиду отдельных слоев, таких как ядро, мантия и кора, но так и не завершила его. Вторая теория — это теория, которую Якобсон выдвинул на астрономической конференции много лет назад: Веста — это отколовшийся кусок растущей планеты в нашей солнечной системе.

На конференции Якобсон хотел, чтобы другие исследователи рассмотрели возможность того, что некоторые метеориты могут быть обломками столкновений, которые произошли в эпоху формирования планет. Он включил Весту в свое предложение, но не считал это реальной возможностью.

«Эта идея превратилась из довольно глупого предположения в гипотезу, которую мы теперь воспринимаем всерьез благодаря повторному анализу данных миссии NASA Dawn», — сказал Джейкобсон.

Больше, чем астероид

Большинство астероидов состоят из древнего космического осадочного гравия. Напротив, поверхность Весты покрыта вулканическими породами, состоящими из базальта. Эти породы указали ученым на то, что Веста прошла через процесс плавления, называемый планетарной дифференциацией, когда металл опускается в центр и образует ядро.

NASA запустило космический аппарат Dawn в 2007 году для изучения Весты и Цереры, двух крупнейших объектов в поясе астероидов. Целью было лучше понять, как формировались планеты.

Dawn провел месяцы с 2011 по 2012 год на орбите Весты, измеряя ее гравитационное поле и фотографируя достопримечательности, чтобы создать подробную карту ее поверхности. После выполнения тех же задач на Церере миссия завершилась в 2018 году, и ученые опубликовали выводы из полученных данных.

Якобсон сказал, что чем больше исследователи использовали данные, тем лучше они обрабатывали их. Они нашли способы делать более точные измерения, которые рисовали бы более точную картину состава Весты. Вот почему Райан Парк, старший научный сотрудник и главный инженер JPL, решил переобработать измерения Весты.

«В течение многих лет противоречивые данные о гравитации, полученные в результате наблюдений Весты с помощью Dawn, создавали головоломки», — сказал Парк. «После почти десятилетия совершенствования наших методов калибровки и обработки мы достигли замечательного соответствия между радиометрическими данными Deep Space Network с Dawn и данными бортовой визуализации.

«Мы были в восторге от подтверждения достоверности данных в раскрытии глубоких недр Весты. Наши выводы показывают, что история Весты гораздо сложнее, чем считалось ранее, и сформирована уникальными процессами, такими как прерывистая планетарная дифференциация и столкновения на поздней стадии».

Планетологи могут оценить размер ядра небесного тела, измерив то, что называется моментом инерции. Эта физическая концепция описывает, насколько сложно изменить вращение объекта вокруг оси. Якобсон сравнил эту концепцию с фигуристом, вращающимся на льду. Они изменяют свою скорость, прижимая руки, чтобы вращаться быстрее, и отводя их наружу, чтобы замедлиться. Их момент инерции изменяется за счет изменения положения их рук.

Небесные тела с плотным ядром движутся иначе, чем те, у которых вообще нет ядра. Вооружившись этими знаниями, исследовательская группа измерила вращение и гравитационное поле Весты. Результаты показали, что Веста не ведет себя как объект с ядром, что ставит под сомнение предыдущие представления о том, как она образовалась.

Астрономы также изучали Весту, чтобы получить представление о том, как формировались ранние планеты и как могла выглядеть Земля в младенчестве.

Две гипотезы

Ни одна из гипотез не была достаточно изучена, чтобы исключить любую из них, но обе имеют проблемы, для объяснения которых требуются дополнительные исследования. Хотя неполная дифференциация возможна, она не согласуется с метеоритами, которые исследователи собирали с течением времени.

«Мы действительно уверены, что эти метеориты прибыли с Весты», — сказал Якобсон. «И они не показывают очевидных доказательств неполной дифференциации».

Альтернативное объяснение основано на идее, что по мере формирования планет земной группы происходили крупные столкновения, в основном, в результате которых планеты росли, но также образовывался ударный мусор. Выброшенные в результате этих столкновений материалы включали бы породы, образовавшиеся в результате плавления, и, как и у Весты, у них не было бы ядра.

Лаборатория Якобсона уже изучала последствия гигантских столкновений в эпоху формирования планет. Он работает с одной из своих аспиранток, Эмили Элизондо, над идеей, что некоторые астероиды в поясе астероидов являются кусками, выброшенными из растущих планет.

Эта идея пока далека от подтверждения. Необходимо создать и доработать больше моделей, чтобы доказать, что Веста — это древний кусок формирующейся планеты. Ученые могут скорректировать способ изучения метеоритов Весты, чтобы глубже погрузиться в любую из гипотез, сказал Якобсон. Они также могут провести дополнительные исследования с новыми подходами к данным миссии Dawn.

Эта статья — только начало нового направления исследований, сказал Якобсон. Она может навсегда изменить то, как ученые смотрят на дифференцированные миры.

«Коллекция метеоритов Веста больше не является образцом космического тела, которое не смогло стать планетой», — сказал Якобсон. «Это могут быть части древней планеты до того, как она полностью сформировалась. Мы просто пока не знаем, что это за планета».

Больше информации: RS Park et al, A small core in Vesta inferred from Dawn's observations, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02533-7

Источник: Michigan State University