«Астероиды: рожденные пламенем»

В 2024 году каталог известных человечеству астероидов включал 1,4 миллиона объектов, в том числе 37 тысяч околоземных. Откуда они прилетают, чем отличаются друг от друга и сколько из них угрожают жизни на нашей планете? В книге «Астероиды: рожденные пламенем» (издательство «Бомбора») астроном Леонид Еленин рассказывает о типах астероидов, их физикохимических свойствах и развитии планетарной защиты. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом о том, как ученые научились анализировать состав этих объектов.

Глава 3. Астероиды. Откуда взялись и какими бывают?

<..>

Закончив с описанием «зоопарка» астероидов, рассеянных от орбиты Меркурия до орбиты Нептуна, предлагаю перейти к разговору о тех самых уже упомянутых мной таксономических, или спектральных, классах. По сути, мы разделяем астероиды по их химическим особенностям. Как же ученым удалось выяснить, из чего состоят астероиды, если их вещество было доставлено на Землю лишь в XXI веке? Для этого они применили несколько методов, каждый из которых давал часть знаний, которые затем требовалось соединить воедино. Для решения этой непростой задачи, помимо изучения метеоритного вещества, собранного на Земле, стали применять спектроскопические наблюдения астероидов как в видимой, так и в ближней инфракрасной области спектра, поляриметрические наблюдения и инфракрасную радиометрию.

Спектроскопические наблюдения широко применяются для исследования астероидов с начала 1970-х годов прошлого века. Ученые выделяют — некую «подпись», по которой можно определить состав вещества, от которого был отражен полученный и разложенный по длинам волн свет. Поляриметрия и радиометрия позволяют более точно определить отражательную способность (альбедо) вещества, из которого состоит поверхность астероидов.

Большой вклад в внес будущий основоположник поиска околоземных объектов — Том Герелс, о котором я еще расскажу вам в одной из следующих глав. Полученные им данные показывали, что большинство достаточно крупных астероидов Главного пояса можно разделить на две группы: светлые и темные. «Светлыми» он назвал те объекты, свет от которых поляризован примерно так же, как от различных «земных» силикатов. Вторая группа представляла собой очень темные объекты с низким альбедо. Отраженный от них свет по степени своей поляризации походил на базальты или обломочные породы (брекчию) лунного реголита, и кроме того на… углистые метеориты, найденные на Земле.

Метод инфракрасной радиометрии был разработан в 1970 году американскими учеными Дэвидом Алленом и Деннисом Матсоном. Он основан на измерении инфракрасного (теплового) излучения от астероидов, что позволяет с гораздо большей точностью оценить их размер и истинное геометрическое альбедо. Ведь чем больше тело, тем большей площадью излучающей поверхности оно обладает, а темное тело лучше нагревается, поглощая больше солнечного излучения.

Собранные воедино данные позволили разделить астероиды на спектральные классы, впервые описанные в научной работе, опубликованной в журнале Icarus американскими учеными Кларком Чапменом, Дэвидом Моррисоном и Беном Зеллнером в 1975 году. Их таксономическая (классификационная) система, основанная на показателе цвета, альбедо и спектральной кривой, состояла всего из трех классов: С — от латинского carbonaceous — темные углеродистые объекты, S — silicaceous — каменные (силикатные) объекты и U — прочие астероиды, не попадавшие в первые два класса. В 1984 году американский астроном предложил расширенную классификацию, основанную на широкополосных спектрах, полученных в ходе «Восьмицветного обзора астероидов» (Eight-Color Asteroid Survey, ECAS), и показателях альбедо. В оригинальной статье приводились данные по 978 объектам, которые были разделены уже не на три, а на 14 классов (или типов) в трех группах.

Группа С — углеродистые астероиды с низким альбедо. Помимо основного типа, к которому относится астероид (10) Гигея, Толен ввел дополнительный класс более «светлых» тел — B, представителем которого является астероид (2) Паллада. Астероиды редкого F-класса в целом схожи с астероидами B-класса, но в их спектрах отсутствует часть линий поглощения, которые свидетельствуют о наличии в их составе . G-класс, к которому по Толену относится астероид (1) Церера (ныне карликовая планета), достаточно редкий и составляет всего около пяти процентов исследованной популяции. Объекты G-класса, как и тела F-класса, также во многом схожи с обычными углеродистыми астероидами, но в их спектрах присутствуют линии поглощения, указывающие на наличие в составе глины (глинистых минералов) или слюды. К этой же группе принадлежит и класс D — типичный представитель внешних областей Главного пояса, троянских астероидов Юпитера и объектов за его орбитой. Астероиды D-класса — это объекты со спектральными линиями, смещенными в красную область, лишенные каких-либо особенностей. В состав подобных объектов входят богатые органикой силикаты, углерод, безводные силикаты и, возможно, водяной лед. Замыкают эту обширную группу астероидов объекты T-класса, схожие по своему спектру и альбедо с классом D, но находящиеся во внутренней части Главного пояса. На Земле пока не найдено ни одного метеорита, имеющего схожий химический состав и спектральные особенности. Возможно, что это объекты D-класса, мигрировавшие на более близкие к Солнцу орбиты и полностью лишившиеся связанной воды.

Группа S — каменные (кремниевые) объекты. Помимо самих объектов S-класса, она включает в себя астероиды семейства Весты (V-класс) — объекты с более высоким альбедо, содержащие обширную группу силикатов — пироксенов. По своему химическому составу эти астероиды схожи с метеоритами HED-клана. В эту же группу входят еще три достаточно редких класса. Астероиды А-класса располагаются во внутренней области астероидного пояса и отличаются большим содержанием оливина, что придает им достаточно высокую для каменных тел плотность — более 3,5 грамм на кубический сантиметр. Спектральные линии астероидов Q-класса очень близки к обыкновенным хондритам — самым многочисленным метеоритам, найденным на поверхности нашей планеты. Не стоит этому удивляться, ведь к этому спектральному классу относятся такие известные околоземные астероиды, как (1862) Аполлон и (6489) Голевка, о которых мы говорили с вами совсем недавно. Еще более редкий R-класс представляют астероиды, обладающие переходными характеристиками между объектами V- и A-классов.

Группа Х — объекты с необычными спектрами, разделяющиеся на три класса. P-класс — «примитивные», одни из самых темных известных астероидов, с альбедо менее 10 процентов. Их плотность ниже, чем у других темных астероидов С-класса. В целом этот класс сходен с классами C и D, отличаясь лишь некоторыми спектральными особенностями. Его основными представителями являются главные астероиды семейств внешней части Главного пояса — (65) Кибела и (153) Хильда. Самыми интересными с точки зрения будущей разработки и добычи полезных ископаемых, конечно же, являются металлические астероиды М-класса. Их самый крупный представитель — астероид (16) . Спектр этих объектов сходен со спектром найденных на Земле железоникелевых метеоритов. К одному из самых «светлых» классов — спектральному классу Е — относятся астероиды семейства Венгрии. Их альбедо превышает 30 процентов, а спектр коррелирует с метеоритами, найденными на Земле — энстатитовыми ахондритами, или . Именно к этому спектральному классу принадлежит небольшой метеорит, упавший недалеко от Берлина 21 января 2024 года. Астрономы обнаружили его еще в космосе на подлете к Земле (астероид-импактор 2024 BX1).

Два десятилетия таксономическая система Толена была основной в классификации астероидов по их составу, хотя и не единственной. В 2002 году американские астрономы и предложили научному сообществу свое видение развития системы Толена, основанное на совершенствовании технических возможностей спектроскопических измерений. Новая таксономическая система базировалась на второй фазе современного обзора 1447 астероидов — «Спектроскопического обзора малых астероидов Главного пояса» (Small Main-Belt Asteroid Spectroscopic Survey II, SMASS II). Хотя общее число изученных астероидов обзора SMASS II ненамного превышало их число в обзоре ECAS, сами спектры были получены со значительно более высоким разрешением, что позволило ученым обнаружить и классифицировать тонкие различия в более слабых линиях поглощения. В отличие от системы Толена, SMASS II не учитывает данные об истинной геометрической отражательной способности астероидов, которые получены лишь для ограниченного числа каталогизированных астероидов.

Таксономическая система SMASS II увеличила число спектральных классов с 14 до 26. Во многом она не открыла что-то новое, а лишь добавила дополнительные «переходные» классы. К примеру, в группу С добавлены классы Cb (переходный между классами С и B), Cg (переходный между классами C и G), и так далее. Класс Ch указывает на наличие у астероида C-класса признаков гидратированной воды, заключенной (связанной) в твердом веществе.

В группе S помимо все тех же «переходных» классов выделены два новых: K и L. Спектр астероидов K-класса напоминает спектры CO- и CV-хондритов, найденных на Земле. Они содержат около одного процента связанной воды и состоят в основном из пироксена, оливина и других обезвоженных (дегидратированных) силикатов. В них также встречается небольшое количество никелистого железа. Самым крупным представителем этого спектрального класса является 190-километровый астероид (9) . L-класс во многом схож с K-классом, но демонстрирует более красноватый спектр в видимой области и уплощенный спектр в ближнем инфракрасном диапазоне.

Группа X представлена в основном объектами с большим содержанием металлов и дополнительными «переходными» классами, как в группах C и S. Новым классом, не представленным у Толена, является O-класс, не входящий ни в одну из групп. Спектр этих объектов сходен со спектром частых гостей среди метеоритов — обыкновенных хондритов типов L6 и LL6 (содержание железа от 18 до 24 процентов). То есть по своему составу эти астероиды похожи на объект, вошедший в земную атмосферу над Челябинском 15 февраля 2013 года. Из известных объектов O-класса наиболее крупным считается 7-километровый астероид Главного пояса (3628) , а все остальные тела этого спектрального класса принадлежат к околоземным объектам трех из четырех семейств, за исключением околоземного семейства Атиры.

В 2010 году космический аппарат «Хаябуса» впервые доставил на Землю микроскопические частицы астероида, что наконец-то позволило ученым детально изучить их в лабораторных условиях. Анализ вещества с поверхности околоземного астероида (25143) Итокава, относящегося к S-классу, показал, что оно сходно с метеоритным веществом обыкновенных хондритов с низким содержанием железа (LL-тип). В декабре 2020 года космический аппарат «Хаябуса-2» доставил пробы еще одного околоземного астероида — (162173) Рюгу, относящегося к углеродистым астероидам переходного спектрального класса Cb. Лабораторный анализ вещества показал, что оно наиболее сходно с составом CI-хондритов, выделяющихся среди прочих метеоритов бо льшим процентным содержанием связанной в кристаллах воды. В пробах грунта с Рюгу вода составляла около семи процентов общей массы собранного вещества. Более того, в одном из кристаллов сульфида железа была обнаружена жидкая вода, насыщенная углекислым газом. Ее анализ показал содержание соли и органических веществ. Помимо этого, в собранных образцах ученые обнаружили частички твердого вещества старше нашей Солнечной системы, то есть образовавшегося еще до ее формирования и рождения самого Солнца, — так называемые досолнечные зерна.

В 2023 году американская автоматическая межпланетная станция OSIRIS-REx доставила на Землю пробы вещества околоземного астероида (101955) Бенну, относящегося к спектральному классу B. При их анализе ученые обнаружили, как и в случае с веществом Рюгу, большое процентное содержание связанной воды — около шести процентов. Как и вещество с Рюгу, пробы грунта Бенну больше всего сходны с химическим составом CI-хондритов, и в них также были обнаружены микроскопические досолнечные зерна. Из-за высокого содержания связанной воды астероиды классов Cb и B вполне могут быть ядрами некогда активных комет. К примеру, подобная активность околоземного астероида Бенну подтверждена непосредственными наблюдениями космического аппарата OSIRIS-REx, хотя сам астероид пока что не получил альтернативного кометного обозначения.

Подробнее читайте:
Еленин, Леонид Владимирович. Астероиды: рожденные пламенем / Леонид Еленин. — Москва : Эксмо, 2025. — 304 с. — (Подпишись на науку. Книги российских популяризаторов науки).