Данные зонда Gaia помогли объяснить хаотическое кувыркание астероидов
Данные миссии Gaia Европейского космического агентства привели к созданию новой теоретической модели, объясняющей, как астероиды кувыркаются в космическом пространстве. Это открытие может иметь ключевое значение для будущих миссий по планетарной защите, направленных на отклонение опасных небесных тел. Исследование было представлено на совместном совещании EPSC-DPS2025 в Хельсинки. В своей работе международная команда ученых раскрыла, что частота столкновений, которые испытывал астероид, является основным фактором, определяющим его поведение, например, обладает ли он упорядоченным вращением или хаотическим кувырканием, а вторым по значимости фактором стало влияние солнечного света.
«Используя уникальный набор данных Gaia, передовое моделирование и инструменты искусственного интеллекта, мы раскрыли скрытую физику, формирующую вращение астероидов, и открыли новое окно в недра этих древних миров», — заявил доктор Вэнь-Хань Чжоу из Токийского университета, который представил результаты на конференции. Космический аппарат Gaia собрал огромное количество наблюдений за астероидами, сфокусированных на их кривых блеска. По мере вращения астероидов количество отражаемого ими света изменяется, и эти изменения можно измерить. Когда исследователи построили график зависимости скорости вращения от диаметра астероида, они обнаружили в данных две отчетливые популяции. Новая работа наконец дала объяснение причине возникновения загадочного разрыва между этими двумя группами астероидов.
«Мы построили новую модель эволюции вращения астероидов, которая учитывает "перетягивание каната" между двумя ключевыми процессами: столкновениями в Поясе астероидов, которые могут ввергнуть астероид в состояние кувыркания, и внутренним трением, которое постепенно сглаживает его вращение, возвращая к стабильному состоянию», — пояснил Чжоу. «Когда эти два эффекта уравновешивают друг друга, они создают естественную разделительную линию в популяции астероидов». После сравнения предсказаний своей модели с реальными данными ученые обнаружили, что они совпадают.
Разделение на две группы объясняется неожиданной тенденцией астероидов либо к медленному, но хаотическому кувырканию, либо к более быстрому и упорядоченному вращению. Большое количество кувыркающихся астероидов и склонность небольших астероидов к медленному вращению долгое время ставили ученых в тупик. Согласно последнему исследованию Чжоу, солнечный свет и столкновения являются движущими факторами в поведении астероидов. Когда астероид вращается медленно, он с большей вероятностью подвержен влиянию столкновений, которые могут заставить его хаотически кувыркаться.
Обычно тонкое влияние солнечного света выравнивает движение астероида, приводя его к аккуратному вращению. Это происходит, когда астероид поглощает солнечный свет и излучает его обратно в виде фотонов, которые затем мягко подталкивают астероид. Хотя эти крошечные толчки могут ускорить или замедлить вращение астероида, они обычно поддерживают быстрое вращение, поскольку направление фотонов остается постоянным. Однако на кувыркающиеся астероиды этот эффект воздействует гораздо слабее, поскольку их хаотическое движение не позволяет постоянному однонаправленному давлению фотонов накопиться до значительного воздействия на астероид. Вместо этого вращение изменяется очень медленно, что и приводит к появлению медленно вращающейся группы астероидов, что явно прослеживается в данных.
Комбинируя эти новые знания с существующим пониманием того, как внутренняя структура астероида влияет на его вращение, исследователи могут лучше понять состав астероидов. Данные свидетельствуют о том, что большинство астероидов состоят из рыхлого щебня, удерживаемого вместе гравитацией и покрытого толстым слоем пыли, называемым реголитом, а не являются цельными телами. «Благодаря предстоящим обсерваториям, таким как Обсерватория Веры К. Рубин и её обзор LSST (Legacy Survey of Space and Time), мы сможем применить этот метод к миллионам других астероидов, уточнив наше понимание их эволюции и состава», — сказал Чжоу.
Понимание этого состава имеет важное значение для миссий по отклонению. Хотя миссия NASA DART уже успешно изменила курс астероида, то, является ли тело, которое нужно отклонить, рыхлой грудой щебня или твердой "скалой", будет существенно влиять на его поведение при кинетическом ударе. Вооружившись этим более детальным пониманием состава астероидов и того, как внешние факторы на них влияют, будущие миссии планетарной защиты смогут планировать свои операции с повышенной точностью.