Астероид Психея

Так выглядит астероид (16) Психея — одно из самых интересных и загадочных тел в главном поясе астероидов, расположенном между орбитами Марса и Юпитера. Это художественное изображение Психеи было создано на основе компьютерной модели, полученной после обработки множества радарных снимков поверхности астероида.

Астероид номер 16 пояса астероидов был открыт в 1852 году итальянским астрономом Аннибале де Гаспарисом и назван в честь Психеи — олицетворения души в древнегреческой мифологии. Это очень необычный астероид. Он сильно отличается от своих соседей — тысяч других малых небесных тел пояса астероидов. Астероид Психея относится к малоизученному спектральному классу М — это астероиды, практически полностью состоящие из металлов. Высокая плотность в сочетании с немаленьким размером делают Психею необычайно тяжелой: на нее приходится около 1% от массы всех астероидов главного пояса, которая, по разным оценкам, составляет от 2,8 до 3,2·10²¹ кг. Психея занимает 11-е место среди самых массивных астероидов главного пояса.

Результаты радиолокационных и спектральных исследований говорят о высоком содержании в составе астероида не только металлического железа и никеля, но и металлов более тяжелых и более ценных — золота и металлов платиновой группы. При оценочных содержаниях около 0,5% общие запасы благородных металлов в породах Психеи должны составлять около 110 млрд тонн. Если бы это космическое тело можно было бы каким-то образом доставить к Земле и переработать, то стоимость только железа, извлеченного из него, составила бы 10 тысяч квадриллионов долларов. Неудивительно, что Психея всерьез рассматривается в качестве объекта номер один для начала добычи полезных ископаемых в космосе.

Неменьший интерес представляет астероид и для ученых. Согласно основной гипотезе астрофизиков, 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 столкновения силикатные породы оболочек, окружающих металлическое ядро, были отколоты и разлетелись. Сейчас поверхность астероида примерно на 90% состоит из металлов и на 10% — из силикатов. Если ученым удастся добраться до Психеи, они смогут не только понять, как она образовалась, но и расширить свои знания о ранних этапах формирования планет Солнечной системы в целом и Земли в частности. Ведь ядро Земли тоже предположительно состоит из железа и никеля, но получить к нему доступ нам вряд ли когда-нибудь удастся.

Аппарат «Психея» на орбите астероида Психея в изображении художника. Рисунок с сайта en.wikipedia.org

НАСА завершает работы по проектированию космического корабля «Психея» (см. Psyche), который будет отправлен к астероиду летом 2022 года с запланированным прибытием к нему в 2026 году — на четыре года раньше первоначального графика (планировалось, что запуск корабля будет произведен в 2023 году, а астероида он достигнет в 2030-м). Бюджет проекта составляет 450 млн долларов. Корабль будет оборудован магнитометром для измерения остаточного магнитного поля астероида; камерой для спектрозональной съемки, обеспечивающей высокое разрешение изображений и использующей специальные фильтры, позволяющие различить металлические и силикатные составляющие на поверхности астероида; спектрометрами гамма-лучей и нейтронов, анализирующими элементный состав Психеи; системой измерения гравитационного поля астероида, что позволит судить о его внутреннем составе; а также новой системой лазерной оптической связи DSOC (Deep Space Optical Communication) для передачи данных на Землю. Использование света вместо радиоволн позволит космическому аппарату передавать больше данных за тот же промежуток времени.

Если Психея когда-то была расплавленным металлическим ядром, то у нее должно было возникнуть магнитное поле. С помощью установленных на борту магнитометров ученые надеются обнаружить следы остаточной намагниченности — это главная цель миссии. Подробнее за ходом проекта можно следить на специальном сайте psyche.asu.edu, а также на сайте НАСА.

Для того, чтобы миссия «Психея» была реализована успешно, ученые активно изучают всеми доступными методами сам астероид, стараясь максимально точно оценить его параметры. Психея достаточно массивна, чтобы оказывать гравитационные возмущения на орбиты других, более мелких астероидов в случае сближения с ними. Наблюдения за подобными событиями позволяют измерить массу этого тела. Также ведутся наблюдения с целью установить размеры астероида, по которым можно судить о его плотности. Оценки размера астероида были получены на основе анализа данных космического телескопа IRAS и затем уточнены при анализе покрытия звезд астероидом. В итоге Психея была идентифицирована как эллипсоид размером 214×181×145 км. По результатам наблюдений за Психеей с помощью новейшей системы адаптивной оптики SHERE (Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research), которая установлена на самом большом на Земле телескопе VLT (Very Large Telescope), масса астероида составляет (2,41±0,32)·10¹⁹ кг, а плотность — 3,99±0,26 г/см³. Наблюдения с помощью телескопов обсерваторий «Кек» и «Джемини», также оснащенных системами адаптивной оптики, дали несколько другие результаты: размеры астероида — 274×231×176 км, масса — (2.43 ±0,35)·10¹⁹ кг, плотность — 4,16±0,64 г/см³.

Радарные снимки Психеи, сделанные в обсерватории Аресибо в 2015 году. Изображение из статьи M. Shepard et al., 2017. Radar observations and shape model of asteroid 16 Psyche

А пока космический корабль «Психея» не долетел до астероида и не увидел его поверхность в мельчайших деталях, ученым приходится довольствоваться весьма нечеткими фотографиями и радиолокационными изображениями низкого разрешения и на их основе строить компьютерные модели.

Суть радарной съемки заключается в том, что мощный направленный радиосигнал передается в направлении целевого объекта. Небольшая часть этой энергии отражается от цели назад в направлении Земли. Это радиоэхо обрабатывается, а затем анализируется для получения информации о размере, форме, скорости вращения, плотности, составе, свойствах поверхности и рельефе целевого объекта. Радиотелескоп обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, специализирующейся на радиолокационных наблюдений объектов Солнечной системы (см. Радиолокационная астрономия), может измерять расстояние до астероида (обычно это миллионы километров) с точностью до нескольких метров и скорость движения астероида (обычно это десятки км/с) с точностью до миллиметров в секунду. Главным измеряемым параметром является функция изменения блеска астрономического объекта во времени (см. Кривые блеска).

Трехмерная компьютерная модель астероида Психея, построенная на основе анализа кривых блеска. Изображение с сайта ru.wikipedia.org

На следующем этапе обработки радарных снимков ученые использовали методы адаптивной оптики, позволяющие устранить нерегулярные искажения с помощью управляемых оптических элементов.

Компьютерная модель рельефа поверхности астероида Психея в различных проекциях, построенная на основе анализа радарных снимков с использованием адаптивной оптики. Изображение с сайта naic.edu

Детализированное компьютерное моделирование показало, что Психея, обладая в целом эллипсоидальной формой, имеет участок дефицита массы по одной из осей и две крупные депрессии диаметром 50–70 км вблизи ее южного полюса — их интерпретировали как кратеры.

Детальная компьютерная модель поверхности астероида Психея. Изображение из статьи M. Shepard et al., 2017. Radar observations and shape model of asteroid 16 Psyche

На основе этой детальной модели и было создано художественное изображение астероида.

Природа выявленных кратеров пока до конца не понятна. Наряду с традиционной импактной гипотезой, предполагающей их возникновение при ударном воздействии других космических тел, недавно возникло предположение о том, что это — вулканические кратеры, образовавшиеся при извержении расплавленного железа (гипотеза ферровулканизма). Надеемся, что миссия «Психея» даст ответ на вопрос о природе этих кратеров, выяснив, является ли астероид Психея бывшим планетарным ядром или плотным холодным объектом, который никогда не плавился.

Изображение с сайта solarsystem.nasa.gov.

Владислав Стрекопытов