Назад в будущее

На 16 октября намечен запуск космического аппарата НАСА “Люси”, который отправится к троянским астероидам Юпитера. Эти небольшие небесные тела, движущиеся вокруг Солнца по той же орбите, что и ближайшая планета, по мнению ученых, представляют собой фрагменты исходного протопланетного материала. С этой точки зрения миссия “Люси” своего рода путешествие во времени, уникальная возможность посмотреть, как выглядела и из чего состояла молодая Солнечная система четыре с половиной миллиарда лет назад.

Точки Лагранжа

В конце XVIII века французский математик и астроном Жозеф Луи ЛАГРАНЖ доказал, что в системе двух массивных тел, например в такой, как Солнце и вращающаяся вокруг него планета, есть точки, где гравитационное воздействие уравновешивается. И их пять.

В точках Лагранжа, как их с тех пор называют и обозначают от L1 до L5, тела малой массы не испытывают никаких других воздействий, кроме гравитационных со стороны двух главных тел системы, и остаются неподвижными относительно них. Другими словами, малые космические объекты, попадая в окрестности точек Лагранжа какой-либо планеты, начинают вращаться вместе с ней вокруг Солнца.

В 1906 году теория французского ученого подтвердилась: в одной из точек Лагранжа системы Юпитер - Солнце обнаружили астероид, которому дали имя Ахиллес в честь героя эпической поэмы ГОМЕРА “Илиада” о Троянской войне. Почти сразу открыли еще два десятка астероидов на орбите Юпитера в точках L4 и L5 и назвали их троянскими. Объекты в точке L4 получили имена греческих персонажей поэмы, в L5 - защитников Трои.

А миссия “Люси” названа в честь первого австралопитека, древнейшего предка человека, найденного в 1974 году в Эфиопии французско-американской экспедицией во главе с ученым из США Дональдом ДЖОХАНСОНОМ. Тут двойной смысл. С одной стороны, космический аппарат направляется к “троянцам” Юпитера как к древнейшим космическим “ископаемым остаткам”, свидетельствующим о самом раннем этапе становления Солнечной системы. А с другой - по пути, в главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера, “Люси” пролетит мимо астероида 52246 Donaldjohanson, названного в честь американского антрополога.

На сегодняшний день в Солнечной системе насчитывается 7681 “троянец”. У Юпитера - 7642, у Марса - девять, у Нептуна - 28 и по одному у Урана и Земли. Ученые до сих пор не знают, почему у Юпитера их так много.

- Одна из основных задач миссии “Люси” - определить, как они там накопились. Это неоднозначный вопрос. По-видимому, “троянцы” возникли на самых ранних стадиях формирования Солнечной системы. Изучив их состав и морфологию, мы сможем более определенно говорить о происхож­дении, - объяснил заведующий отделом исследований Солнечной системы российского Института астрономии РАН Валерий ШЕМАТОВИЧ.

Семь лет назад, когда обсуждали проект миссии, предполагали, что аппарат посетит два астероида, но с помощью современных суперкомпьютеров рассчитали оптимальную траекторию орбиты, и топлива хватит на шесть “троянцев” из обеих группировок.

Миссия рассчитана на 12 лет. В 2027-м аппарат прибудет в точку L4 и пролетит мимо четырех астероидов. После этого “Люси” вернется к Земле, и гравитационный маневр доставит ее к 2033 году в точку L5 системы Юпитер - Солнце, где “Люси” посетит уникальный двойной астероид Патрокл-Менетий.

Свидетели рождения

По составу “троянцы” должны быть максимально близки к первичному веществу, из которого формировалась Солнечная система. В то же время это не совсем то, из чего состояло протопланетное облако.

- Речь идет о материале так называемого осколочного диска, включающего в себя остатки первичного вещества, не использованного для образования планет, но уже прошедшего некоторую переработку. Астероиды - объекты, немного эволюционировавшие за счет столкновений друг с другом. В частности, в некоторых начиналась первичная дифференциация, - уточняет Валерий Шематович.

Имеется в виду гравитационная дифференциация - процесс, при котором под воздействием гравитации более тяжелые химические элементы, такие как железо, никель и другие металлы, постепенно опускаются вниз и скапливаются в ядре протопланеты, а более легкие, например кремний, поднимаются к поверхности.

О дифференциации свидетельствует то, что среди астероидов есть почти целиком металлические. “Люси” должна найти такие у Юпитера.

- Когда мы их изучим - состав, морфологию, тогда, вероятно, мы сможем сказать, что это было: разрушенный большой астероид или зародыш планеты. Пока мы не в состоянии заглянуть так далеко назад, - говорит ученый.

Классический пример металлического астероида - Психея в главном поясе, между орбитами Марса и Юпитера. Считается, что Психея - это металлическое ядро или фрагмент ядра протопланеты, которая на заре формирования Солнечной системы разрушилась из-за столкновения с другим крупным небесным телом. В результате силикатные породы оболочек, окружающих металлическое ядро, откололись и разлетелись. Сейчас астероид примерно на 90 процентов состоит из металлов и на десять - из силикатов. НАСА планирует отправить к Психее одноименную космическую миссию в июле 2022 года.

Ключи к разгадке

С Земли и в космические телескопы “троянцы” выглядят по-разному. Но это не означает, что они отличаются по составу или пришли из разных частей Солнечной системы. Ученые предполагают, что это просто визуальный эффект поверхности, которая может меняться из-за ударного нагрева.

- Астероиды и сейчас периодически сталкиваются между собой, а молодая Солнечная система была еще более возмущенной по динамике, - отмечает Шематович.

Исследователи надеются получить с помощью “Люси” детальную информацию о троянских астероидах. На борту аппарата установлены камера высокого разрешения L’LORRI, визуализатор L’Ralph, работающий как инфракрасный спектроскопический картограф, и тепловой инфракрас­ный спектрометр L’TES.

Камера L’LORRI даст самое подробное изображение “троянцев”. Подсчитав кратеры на поверхности, ученые узнают, в какой части протопланетного диска эти небесные тела сформировались миллиарды лет назад. Множество крупных кратеров указывает на то, что астероид образовался в турбулентной и более теплой области ближе к Солнцу.

Главная задача прибора L’Ralph - заглянуть в самые глубокие уголки кратеров или трещин. В таких местах вероятнее всего найти поверхность, не подвергшуюся мощным потокам радиации и микрометеоритов и сохранившую исходную структуру. Также прибор способен обнаружить силикаты, лед и органические вещества. Тепловой инфракрасный спектрометр L’TES соберет сведения о составе и структуре вещества.

- Астероиды только отражают солнечное излучение, поэтому инфракрасный диапазон позволяет получить наиболее детальную информацию о химическом и даже в какой-то степени минеральном составе поверхности тел, а значит, и об их происхождении, - заключает Валерий Шематович.

“Люси” - первый космический зонд, который посетит “троянцев” и исследует так много независимых тел Солнечной системы за один полет - семь с учетом астероида 52246 Donaldjohanson. Эта миссия, по мнению ученых, станет серьезной проверкой общепринятой теории образования планет Солнечной системы.

ria.ru