Впервые человек заставил астероидную систему изменить свою орбиту вокруг Солнца

Новые данные показали, что удар зонда DART не только изменил орбитальный период небольшого спутника Диморфа вокруг его «родителя» Дидима, но и вызвал небольшое изменение движения всей бинарной системы вокруг Солнца. Эти результаты укрепляют уверенность ученых в том, что технология кинетического удара, при заблаговременном обнаружении опасного объекта, может помочь отклонить потенциально опасный астероид от столкновения с Землей.

Миссия DART (Double Asteroid Redirection Test) — первый в истории человечества полномасштабный эксперимент по изменению орбиты небесного тела. Ученые надеялись проверить метод, который теоретически может отклонить опасный объект в случае его направления к Земле. По мнению исследователей, для этого не обязателен ядерный взрыв, как часто показывают в голливудских блокбастерах. Достаточно врезаться в астероид тяжелым зондом на огромной скорости.

Для эксперимента выбрали двойную систему — маленький Диморф (диаметром 160 метров), который вращается вокруг более крупного Дидима (диаметром почти 800 метров). Это идеальный полигон. Во-первых, орбита Диморфа и Дидима не пересекается с орбитой Земли, а сами астероиды не представляли опасности при проведении эксперимента. Во-вторых, в бинарной системе изменение орбиты конкретного тела можно точно определить по изменению периода взаимных затмений.

NASA запустило DART в ноябре 2021 года. В сентябре 2022 аппарат массой почти 600 килограммов врезался в поверхность Диморфа на скорости 6,7 километров в секунду. От удара образовалось гигантское облако пыли и обломков, которое фиксировали как наземные, так и орбитальные телескопы. Эксперимент признали успешным: орбитальный период астероида изменился на 32 минуты. 

До столкновения с космическим аппаратом Диморф совершал полный оборот вокруг Дидима за 11 часов и 55 минут. Ученые ожидали, что после того, как в астероид врежется зонд, период обращения Диморфа сократится лишь на несколько минут, но на самом деле он сократился на полчаса. Проще говоря, маленький астероид стал облетать большой быстрее.

Но, как выяснилось, главное открытие ждало ученых впереди. Международная команда астрономов под руководством Рахила Макади (Rahil Makadia) из Иллинойсского университета в США продолжала наблюдать за системой астероидов еще на протяжении двух лет. Ученых интересовало не то, как Диморф вращался вокруг Дидима, а то, как вся система движется вокруг Солнца. 

Чтобы понять, как изменилась траектория, необходимы точные измерения. Изменение орбитального периода и положение астероида после удара было небольшим по сравнению с размерами системы, поэтому потребовалась высокоточная фотометрия и астрометрия, чтобы надежно измерить эффект.

Макади собрал команду из десятков астрономов-любителей по всему миру. Они следили за тем, как пара астероидов проходит на фоне далеких звезд на разных участках своей орбиты. Зная точные координаты звезд, ученые высчитали положение Дидима и Диморфа в пространстве с невероятной точностью.

К этим данным добавили радиолокационные замеры, сделанные специалистами обсерватории Голдстоун в Калифорнии до и после столкновения аппарат с астероидом.

Сложив всю информацию воедино, исследователи получили уникальную картину: удар изменил не только орбиту Диморфа, но и траекторию всей системы вокруг Солнца. Расчеты показали, что система замедлилась на 11,7 микрометра в секунду. В более привычных единицах — на 42 миллиметра в час. Это малое изменение скорости привело к сокращению пройденного пути по орбите вокруг Солнца примерно на 720 метров за один оборот. 

На первый взгляд цифры кажутся смешными. Но, как объяснил Макади, смысл метода как раз в том, чтобы работать «на опережение». За годы или десятилетия до возможного столкновения с Землей сработает «накопительный эффект». Небольшие изменения скорости постепенно приведут к тому, что астероид окажется немного дальше от прежней траектории и он просто «промахнется» мимо Земли.

По мнению авторов исследования, причиной наблюдаемого эффекта стали два события. Первое — сам удар зонда. Второе — выброс пыли и обломков с поверхности Диморфа после столкновения с аппаратом. Появившийся «хвост» сработал как реактивный двигатель: камни и пыль полетели в одну сторону, а сам астероид получил дополнительный толчок в противоположную. Ученые выяснили, что оба фактора оказались примерно равны по силе.

Расчеты позволили уточнить и природу самих астероидов. Плотность Диморфа оказалась почти вдвое ниже, чем у Дидима: 1540 ± 220 килограммов на кубический метр против 2600 ± 140. Такая низкая плотность указывает на то, что маленький спутник — не монолитный камень, а скорее груда обломков, которая удерживается вместе только собственной гравитацией. 

Одна из гипотез происхождения Диморфа предполагает, что он мог образоваться из обломков, выброшенных с поверхности Дидима из‑за быстрого вращения (либо из-за удара крупного объекта). Наблюдения указывают на сходство материала на поверхности Диморфа и Дидима, что согласуется с этой гипотезой.

Научная работа опубликована в журнале Science Advances.