Астероид Бенну оказался необычайно рыхлым

Планетологи, работающие с данными межпланетной станции OSIRIS-REx, представили результаты исследований физических свойств поверхностного слоя астероида в ходе процедуры отбора пробы грунта с него. Оказалось, что грунт Бенну вблизи его поверхности характеризуется низкой плотностью и плохой связанностью и вел себя как вязкая жидкость, оказывающая минимальное сопротивление движению головной части пробоотборника. Статьи (1, 2) опубликованы в журналах Science Advances и Science.

Околоземный 500-метровый астероид 101955 (Бенну) C-класса стал третьим малым телом Солнечной системы, с поверхности которого были взяты пробы грунта для их доставки в земные лаборатории. Сделала это межпланетная станция OSIRIS-REx в октябре 2020 года, собрав около 400 граммов вещества астероида из области «Соловей» в северном полушарии. В сентябре 2023 года возвращаемая капсула с грунтом должна приземлиться на полигоне в штате Юта.

Процедура забора грунта с астероида проводилась при помощи механизма TAGSAM, использующего раскладывающийся манипулятор с головной частью, которая выстреливала зарядом газообразного азота при контакте с поверхностью астероида для поднятия вверх и захвата частиц реголита. Данные и снимки, собранные во время этого процесса, обладают не только технической, но и научной ценностью, так как позволяют оценить структуру поверхностного слоя Бенну, относящегося к телам типа «кучи щебня», которые формируются из обломочного материала после разрушения родительского тела.

Кевин Уолш (Kevin J. Walsh) из Юго-западного исследовательского института и его коллеги анализировали снимки, сделанные бортовой камерой SamCam станции OSIRIS-REx с интервалом 1,2 секунды во время операции забора пробы грунта с Бенну, чтобы определить физические свойства верхнего слоя астероида глубиной до 10 сантиметров.

Ученые определили, что объемная плотность вещества астероида составляет от 440 до 600 килограммов на кубический метр для самых верхних 6-7 сантиметров грунта и, вероятно, верхних 10-20 сантиметров, которые были затронуты во время отбора проб.  Это значение отличается от  объемной плотности Бенну, составляющей 1190 килограммов на кубический метр. Валуны на Бенну могут характеризоваться уровнем микропористости от 24 до 55 процентов, что соответствует плотности от 1332 до 2249 килограммов на кубический метр. Это дает значение коэффициента упаковки частиц грунта от 0,2 до 0,45 для приповерхностных слоев, что типично для сред, где гравитационные силы преобладают над когезионной связью.

Прочность на сжатие приповерхностных слоев Бенну составляет от 2 до 200 Паскалей, что аналогично значению, полученному для поверхности ядра кометы Чурюмова—Герасименко, а объемное сцепление — примерно от 0,2 до 20 Паскалей, что на несколько порядков меньше, чем значение, полученное для крупных безатмосферных тел, таких как Луна. Рыхлость вещества астероида и низкий коэффициент упаковки имеют важные последствия для эволюции поверхности астероида, так как при его раскрутке из-за эффекта  Ярковского она способна разрушаться. В случае Бенну наблюдается движение вещества астероида к его экватору, что интерпретируется как дестабилизация поверхностного слоя. Кроме того, способность астероида поддерживать макропористую структуру в верхних слоях может оставить путь для просачивания мелких частиц внутрь астероида с течением времени, а приповерхностный слой грунта может сжиматься под действием силы тяжести и удерживать мелкие частицы в низинах на поверхности астероида.

Данте Лауретта (Dante S. Lauretta) из Аризонского университета и его коллеги анализировали снимки, сделанные камерой SamCam, технические данные, полученные во время процедуры забора грунта, а также дистанционные данные наблюдений OSIRIS-REx за областью «Соловей». 

Исследователи определили, что TAGSAM проник в грунт Бенну на глубину 48,8 сантиметров, а выстрел азотом сформировал кратер, обладающий размерами 9х6,5 метров. Его глубина была оценена в 0,68 метров, кратер окружен скалами дециметрового масштаба, перемещенными в результате отбора проб. Общая масса пылевого облака, созданного при процедуре получения грунта, была оценена в 1,8 килограммов, что при плотности частиц, близкой к плотности углистых хондритов, эквивалентно слою пыли толщиной 3,2 миллиметра, распределенному по кругу диаметром 60 сантиметров.

Локальная объемная плотность вещества астероида была оценена от 500 до 700 килограммов на кубический метр, что согласуется с результатами, полученными на основе данных TAGSAM. Предполагается, что в ходе отбора проб было мобилизовано не менее 6 тысяч килограммов реголита, что значительно больше, чем предполагалось. Кроме того, реголит в кратере стал краснее, чем до отбора проб, что связывается со свежим, богатым органическими веществами материалом. Ученые предполагают, что он по своим свойствам будет отличаться от свойств поверхности Бенну, которая изучалась OSIRIS-REx дистанционно.

О некоторых открытиях, сделанных OSIRIS-REx, можно прочесть в материале «Небесное тело алмазной формы».

Александр Войтюк