В 2022 году Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США провело миссию Double Asteroid Redirection Test (DART), в рамках которой космический аппарат столкнули с астероидом Диморф (Dimorphos). Цель миссии заключалась в проверке возможности изменения траектории полёта астероида для предотвращения потенциального столкновения с Землёй. Оказалось, что результаты этого эксперимента помогли учёным узнать больше о природе астероидов.

Источник изображения: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben.

Учёные из Университета Мэриленда провели исследование, в ходе которого было установлено, что после столкновения со спутником Диморф фактически отклонился от своего первоначального эволюционного развития. Учёные полагают, что астероид может начать хаотично вращаться в попытках вернуться к гравитационному равновесию с более крупным астероидом Дидимом (Dydimos), вокруг которого вращается.

«По большей части наши первоначальные прогнозы о том, как DART изменит движение Дидима и его спутника в космосе, оказались верными. Но есть некоторые неожиданные открытия, которые помогают лучше понять, как астероиды и другие малые тела формируются и развиваются с течением времени», — рассказал Дерек Ричардсон (Derek Richardson), профессор астрономии в Университете Мэриленда и руководитель научной группы по исследованию DART.

Результаты проделанной работы исследователей под руководством Ричардсона были недавно опубликованы в журнале Planetary Science Journal. Там подробно изложены данные наблюдений за астероидом после столкновения со спутником, а также описаны возможные результаты, которые будут достигнуты в ходе будущих исследований астероидов. Одним из самых больших сюрпризов стало то, насколько воздействие аппарата DART изменило форму Диморфа. Изначально форма астероида была сплюснута и напоминала гамбургер, тогда как после столкновения она стала более вытянутой и напоминающей по форме футбольный мяч.

По словам исследователей, они ожидали, что форма Диморфа будет вытянутой, поскольку это укладывается в представление учёных о том, как астероид формировался и взаимодействовал с более крупным Дидимом. Однако изменение формы Диморфа после столкновения со спутником DART удивило учёных и привело к мысли, что «здесь действует что-то более сложное». Более того, изменение формы, вероятно, привело к тому, что и само взаимодействие между двумя астероидами стало иным.

Ричардсон отметил, что, хотя удар аппарата DART пришёлся только по Диморфу, астероид связан гравитацией с Дидимом. Обломки, разбросанные в результате удара космического аппарата, также играют роль в нарушении равновесия в системе из двух астероидов, поскольку орбита Диморфа вокруг Дидима стала меньше. При этом форма Дидима не изменилась, что может указывать на более плотную и жёсткую структуру более крупного астероида.

Фотография астероида Диморф за две секунды до столкновения DART с его поверхностью 26 сентября 2022 года

Учёные уверены, что изменение формы Диморфа имеет важно значение для будущих исследовательских миссий, включая миссию Hera Европейского космического агентства (ESA) к системе двух астероидов, реализация которой должна начаться в октябре этого года. «Изначально структура Диморфа, вероятно, была не столь прочной и одна из его сторон была всегда направлена к Дидиму, точно так же, как одна сторона земной луны всегда направлена к нашей планете. Теперь же он сбит с оси, а это значит, что он может раскачиваться взад и вперёд в своей ориентации. Диморф также может «кувыркаться», то есть мы могли заставить его вращаться хаотично и непредсказуемо», — пояснил Ричардсон.

Теперь исследователи ждут, когда выброшенные в результате столкновения обломки покинут систему из двух астероидов, чтобы выяснить, продолжит ли Диморф «кувыркаться» в космическом пространстве и сможет ли он восстановить прежнюю стабильную траекторию полёта. «Один из главных вопросов для нас сейчас в том, чтобы определить, достаточно ли стабилен Диморф для того, чтобы космический аппарат мог приземлиться на его поверхность и установить дополнительное исследовательское оборудование. Может потребоваться сто лет, чтобы увидеть заметные изменения в системе, но с момента нашего воздействия прошло всего несколько лет. Подсчёт того, сколько времени потребуется Диморфу, чтобы восстановить свою стабильность, поможет нам узнать важные вещи о его внутренней структуре, что, в свою очередь, станет основой для будущих попыток изменить траекторию опасных астероидов», — считает Ричардсон.

Миссия Hera, которую начнёт реализовывать ESA осенью этого года, станет следующим этапом изучения воздействия столкновения спутника DART с астероидом. В рамках этой миссии космический аппарат должен достичь системы из двух астероидов Дидим и Диморф к концу 2026 года. Ожидается, что это исследование позволит оценить внутреннее строение астероидов, а также более углублённо изучить результаты миссии DART.

«DART дал нам представление о сложной гравитационной физике, которую невозможно изучить в лаборатории, и все эти исследования помогают нам узнать больше для защиты Земли в случае возникновения реальной угрозы. Существует ненулевая вероятность того, что астероид или комета приблизится и подвергнет планету опасности. Теперь у нас есть дополнительная линия защиты от такого рода внешних угроз», — считает Ричардсон.

В 2022 году NASA осуществила прорыв в области космической обороны Земли, успешно проведя миссию DART. Её целью было изменение траектории астероида Диморф (Dimorphos). Эксперимент продемонстрировал возможность защиты Земли от потенциальных космических угроз, но неожиданным результатом стало то, что образовавшиеся обломки теперь могут столкнуться с Марсом.

Источник изображений: NASA, ESA

Миссия DART (Double Asteroid Redirection Test), реализованная NASA в 2022 году, стала знаковым событием в исследовании космоса. Это было первое умышленное столкновение космического аппарата с астероидом, целью которого было проверить возможность изменения траектории космического объекта для предотвращения угрозы для нашей планеты в будущем. По итогам столкновения было подтверждено, что астероид Диморф, размерами сопоставимый с Великой пирамидой в Гизе, изменил свою форму и траекторию. Как оказалось, для этого потребовалось не так много энергии, как считалось ранее.

Однако в результате удара DART от астероида отлетели минимум 37 валунов, некоторые из которых достигают в диаметре 7 метров — именно такие видны на изображении выше. На текущий момент эти фрагменты находятся в непосредственной близости от Диморфа и его орбитального спутника Дидима (Didymos), но их орбиты со временем изменятся. Исследование предсказывает, что в течение следующих 20 тысяч лет эти обломки могут покинуть своё текущее местоположение и пересечь орбиту Марса, а затем упасть на его поверхность.

Их падение на красную планету с разреженной атмосферой может оставить после себя кратеры диаметром до 300 метров. В случае, если прочность метеоритов составляет менее 1 мегапаскаля (МПа), они всё равно могут разлететься на части и создать множество мелких кратеров на большой площади. Прогнозируется, что пути Марса и осколков пересекутся примерно через 6 и 13 тысяч лет. Хотя никому на Земле не стоит об этом беспокоиться, возможно, кто-то окажется на Марсе к тому времени, когда туда прилетят обломки Диморфа.

В рамках уникальной миссии NASA в 2022 году космический аппарат умышленно столкнули с астероидом Диморф (Dimorphos). Эксперимент Double Asteroid Redirection Test (DART) продемонстрировал возможность корректировки орбиты астероидов, чтобы предотвратить их потенциальное столкновение с Землёй. Теперь специалисты Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA рассказали, что стало с астероидом после исторического столкновения.

Источник изображений: NASA, JPL-Caltech, Johns Hopkins APL

Диморф, выбранный в качестве цели, представляет собой астероид диаметром около 170 метров, вращающийся вокруг более крупного астероида Дидим (Didymos). Мониторинг изменений его орбиты вокруг основного тела позволил специалистам с высокой точностью оценить результаты воздействия DART.

Опубликованное в Planetary Science Journal исследование описывает изменения, произошедшие с формой и орбитой Диморфа после столкновения. Шантану Найду (Shantanu Naidu), инженер JPL и ведущий автор исследования, указывает на то, что орбита астероида перестала быть круглой, а его период обращения сократился на 33 минуты и 15 секунд. Астероид приобрёл форму трёхосного эллипсоида, напоминающего продолговатый арбуз.

До столкновения (слева) астероид имел форму приплюснутого шара. После столкновения (справа) — форма вытянулась

Исследование основывалось на данных из трёх источников. Первый источник — это сам космический аппарат DART, который делал снимки Диморфа с высоким разрешением по мере приближения. Это позволило команде учёных точно измерить расстояние между Диморфом и Дидимом и определить все физические параметры Диморфа до столкновения.

Вторым был 70-метровый радар GSSR, расположенный в Калифорнии, который измерял положение и скорость обоих объектов. Третьим и основным источником данных о кривой блеска стали наземные телескопы, расположенные по всему миру. В сумме, эти данные позволили с высокой точностью определить, как столкновение повлияло на движение и форму астероида в космическом пространстве.

Фотография астероида Диморф за две секунды до столкновения DART с его поверхностью 26 сентября 2022 года

Анализ показал, что изменения в орбите Диморфа происходили не мгновенно. Сразу после столкновения период его обращения уменьшился на 32 минуты и 42 секунды, а затем ещё на 33 секунды в результате потери составляющего его каменистого материала. В итоге Диморф уменьшил орбиту обращения вокруг Дидима на 37 метров, чем до столкновения с DART.

Исследование подтвердило гипотезу о том, что структура Диморфа представлена слабо связанной между собой «кучей обломков». Этот вывод находит отражение в аналогичных данных, полученных в ходе миссии OSIRIS-REx NASA к астероиду Бенну (Bennu) в 2020 году, который чуть было не поглотил аппарат во время сбора образцов грунта.

Миссия Hera Европейского космического агентства (ESA), запланированная на октябрь 2024 года, является следующим этапом исследования последствий столкновения DART с Диморфом. Hera будет изучать астероид с целью получения дополнительных данных о его структуре и поведении в космосе.

В октябре 2024 года к астероиду Диморф будут направлены два кубстата миссии Hera. Эти зонды оценят ударное воздействие зонда-камикадзе DART на астероид, который был атакован в сентябре 2022 года. Это был натурный эксперимент по кинетическому отклонению в сторону опасного для Земли астероида, и он себя оправдал. Но возникли нюансы. Ударенный астероид преподнёс сюрприз.

Миссия DART в представлении художника. Источник изображения: NASA

Стоит напомнить, что астероид Диморф размерами около 160 метров в поперечнике вращается вокруг более крупного 780-метрового астероида Дидим. Это двойная система, идеально подходящая для эксперимента по ударному воздействию. Она расположена в 11 млн км от земной орбиты и никак не угрожает Земле. Удар по Диморфу можно будет оценить с высочайшей точностью по изменению орбитального периода малого астероида вокруг большого.

В сентябре 2022 года зонд NASA DART массой 570 кг врезался в Диморф на скорости 22,5 тыс. км/ч. Эффект превзошёл все ожидания. Произошёл неожиданно большой выброс вещества с астероида, что подтвердили как камеры итальянского кубсата сопровождения LICIACube (он был сброшен чуть раньше удара), так и наблюдения в телескопы с Земли. Более того, похоже, что выброс вещества сыграл роль реактивной струи, потому что орбитальный период Диморфа начал сокращаться сильнее расчётного.

Сейчас в журнале Nature Astronomy вышла статья, в которой учёные собрали все имеющиеся по ударному событию данные, пропущенные через программы моделирования ударов в гидродинамических средах. Часть данных пришлось подставлять в рамках предположений о структуре целевого астероида — это пористость вещества, состав, сила сцепления и другое. Тем не менее, мы видим картину до и после события, что позволяет подогнать расчеты максимально близко к реальному состоянию дел.

По всему выходит, что зонд-камикадзе снёс заметную часть верхушки Диморфа и не оставил после себя кратера. Будь это на Земле, внутренние стенки кратера падали бы отвесно под углом 90 °. При ударе об астероид стенки кратера образовали угол до 160 °, чему благоприятствовала рыхлая сущность астероида. Часть его вещества была рассеяна в космосе (до 1 % массы астероида), а большая часть распределилась по астероиду (до 8 % массы). По сути, миссия Hera, скорее всего, увидит не кратер на Диморфе, а Диморф изменённой формы.

В любом случае учёные получили важный результат, который позволит оттачивать модель кинетического воздействия на потенциально опасные для Земли астероиды. Хорошо, если она никогда не понадобится на практике, однако готовиться надо к худшему. Одного астероида хватит, чтобы цивилизация на Земле прекратила своё существование. Динозавры не дадут соврать.

Попытка NASA изменить орбиту астероида возымела некоторые непредвиденные последствия. В прошлом году американское космическое агентство ударило зондом DART по астероиду Диморф, который вращается вокруг более крупного Дидима на расстоянии около 11 млн км от земной орбиты. Операция прошла успешно, но орбита Диморфа потеряла стабильность — она стала сокращаться.

Источник изображения: nasa.gov

Проблема не в том, что астероид отреагировал на удар — на это в NASA, собственно, и рассчитывали. Американские специалисты хотели изменить скорость и траекторию движения Диморфа: период его обращения вокруг Дидима составлял 11 часов 55 минут, но после того как в него на скорости 22,5 тыс. км/ч врезался DART, период обращения сократился на 32 минуты. И этим дело не кончилось, выяснил калифорнийский школьный учитель.

Джонатан Свифт (Jonathan Swift), преподающий в школе Тэтчер (Thatcher School), предложил своим ученикам воспользоваться расположенной в кампусе обсерваторией, чтобы отследить эффект миссии DART. И вместе со своими подопечными он обнаружил, что орбита Диморфа продолжила сокращаться — период обращения сократился на две минуты по сравнению с тем, каким он стал сразу после столкновения с зондом NASA.

Учитель направил результаты наблюдений своих учеников в Американское астрономическое общество. Он предположил, что в наблюдении или расчётах была допущена ошибка, но данные подтвердились, и теперь учёные пытаются выяснить, почему Диморф повёл себя столь неожиданно. По одной из версий, он теперь «хаотично» кувыркается, тогда как ранее орбита оставалась стабильной в состоянии приливного захвата.

Новую информацию о паре астероидов уже в октябре обещает предоставить европейская миссия «Гера» (Hera) — аппарат проведёт детальное обследование кратера, который образовался на Диморфе в результате удара DART, а также более точно определит массу и состав обоих астероидов. Эти данные помогут понять, как и почему оба тела так себя ведут.

Знаменитый телескоп «Хаббл» очень помог учёным после реализации миссии зонда DART, организованной NASA. Аппарат, врезавшийся в Диморф, выбил из последнего огромное количество обломков и пыли, а телескоп помог отследить странную эволюцию пылевого хвоста.

Источник изображения: NASA

Миссия Double Asteroid Redirection Test (DART), предусматривавшая таран астероида, была успешно реализована осенью 2022 года, позволив протестировать возможности земной техники по изменению орбиты небесных тел в случае реальной угрозы Земле. Результаты эксперимента превзошли ожидания, а съёмки телескопом «Хаббл» помогают вести дальнейшие исследования.

Судя по опубликованным материалам, после тарана земным зондом обломки и пыль на большой скорости покидают систему из Диморфа и его более крупного спутника — Дидима. Считается, что удар выбил в космос порядка 1000 тонн древней материи небесного тела.

Снимки и результаты предварительных исследований опубликованы в журнале Nature — описывается как сам таран, так и то, что произошло с астероидом после него. Судя по информации, основанной на материалах «Хаббла», обломки Диморфа миновали три «ступени эволюции». После удара сформировался конус выброса, после он превратился в спиралеобразный след по ходу движения Диморфа вокруг Дидима. Наконец, под давлением т.н. солнечного ветра — потока заряженных частиц от нашего светила, появился длинный кометообразный хвост.

Прошло чуть больше двух месяцев с момента удара зонда-камикадзе DART по астероиду Диморф. Целью миссии была практическая оценка кинетического воздействия на астероид для изменения его траектории. Результат превзошёл ожидания и даже стал сюрпризом — орбитальный период астероида после столкновения с зондом сократился не на минуту-другую, как показывали расчёты, а на 32 минуты. Что произошло, учёные узнали только недавно.

Система Дидима и Диморфа через 2 месяца после столкновения (30 ноября).Источник: Magdalena Ridge Observatory/NM Tech

Первые и относительно подробные сведения о событии были получены благодаря итальянскому кубсату LICIACube. Кубсат был сброшен с DART’а за 15 дней до столкновения. Он следовал за зондом и пролетел мимо Диморфа через три минуты после удара. Яркая вспышка и шлейф обломков — обе камеры кубстата передали достаточно данных, чтобы можно было сделать довольно точную оценку силы и последствий столкновения. Кроме того, по силе отражения света от обломков учёные смогли оценить состав пород и строение астероида.

Выяснилось, в частности, что Диморф имеет такое же строение, как и огромный астероид Дидим, вокруг которого он вращается. Земные и космические телескопы не обладают достаточной чувствительностью, чтобы в деталях разглядеть Диморф с такой дистанции. Почти весь доходящий до земных приборов свет отражался от Дидима. Камеры кубстата позволили, наконец, пусть даже в ореоле обломков, увидеть истинный свет, отражённый малым астероидом.

Таким образом, учёные выяснили две вещи. Во-первых, строение и состав Диморфа и Дидима одинаковы. Во-вторых, Диморф — это не монолитное тело, а множество сцепленных между собой каменных глыб. Это стало понятно после образования за ним огромного хвоста из обломков. Два месяца наблюдения за этим тянущимся шлейфом обломком с нескольких ракурсов — со стороны земных обсерваторий и с космических телескопов, включая даже «Джеймса Уэбба» — позволили оценить объём пород, выбитых при столкновении с зондом.

По самой скромной оценке DART выбил из астероида около 1000 т породы в космос. По наиболее смелой шкале в космос разлетелось до 10 000 т обломков. Если установить коэффициент передачи импульса в единицу в случае удачного лобового столкновения зонда с поверхностью астероида, то расчёты показывают, что реальный эффект оказался более чем в три раза сильнее. Оценочный коэффициент составил значение 3,6. Отсюда и то невероятное изменение периода орбиты, которое до 25 раз превысило нижнюю границу расчётного значения. Улетающая в космос порода воздействовала на астероид как реактивный двигатель, сильно затормаживая его движение по орбите.

Изображения с кубсата LICIACube примерно через 3 мин после столкновения. Источник изображения: ASA/NASA

«Это очень хорошая новость для метода кинетического удара, — сказал на пресс-конференции Энди Ченг, руководитель исследовательской группы DART из Лаборатории прикладной физики им. Джона Хопкинса. — По крайней мере, в случае DART кинетический удар по цели был действительно эффективен для изменения орбиты цели».

На этом наблюдения за последствиями удара по астероиду не заканчиваются. Учёные продолжат собирать данные о его поведении. Для самой точной оценки последствий столкновения к астероиду будет направлен исследовательский зонд Hera Европейского космического агентства, который планируют запустить в 2024 году. Но уже теперь появилась надежда, что земная наука получила результат, на основе которого имеет смысл строить планетарную оборону для защиты от опасных астероидов — орбиты этих небесных тел действительно можно менять и даже неожиданно сильно.

Через пару недель после того, как космический зонд NASA DART протаранил астероид Диморф, учёные обнаружили неожиданные последствия теста планетарной защиты — у астероида появилось два «хвоста» пыли и осколков вместо одного ожидавшегося.

Источник изображения: NASA/ESA

В ходе миссии Double Asteroid Redirection Test (DART) космический зонд DART массой 570 кг и размером с небольшую машину поразил астероид Диморф в 02:14 по московскому времени 27 сентября. На момент столкновения с астероидом скорость зонда составляла более 22 тыс. км/ч. Размеры самого астероида составляют порядка 160 м в поперечнике. Предполагалось, что в результате эксперимента будет опробована система планетарной защиты Земли от небесных тел.

В течение пары дней осколки и пыль, образовавшиеся в результате удара, превратились шлейф протяжённостью около 10 тыс. км, похожий на хвост кометы. Тем не менее на новом снимке, сделанном космическим телескопом «Хаббл», за Диморфом тянется не один, а уже два следа, что признано в NASA «неожиданным».

Если взглянуть на снимок и представить астероид центром циферблата, яркие линии на 1, 7 и 10 часов являются дифракционными лучами, вызванными оптикой «Хаббла», а сами хвосты расположены на 2 и 3 часа. Об этом сообщил партнёр космической миссии «Хаббла» — Европейское космическое агентство. Как сообщает NASA, второй хвост появился между 2 и 8 октября, всего «Хаббл» имел возможность наблюдать за Диморфом 18 раз с момента столкновения. Наличие двух хвостов у небесных тел нельзя назвать чем-то уникальным — такое иногда наблюдается у комет. Тем не менее учёные пока точно не знают, как сформировался второй след.

Тот факт, что Диморф потерял достаточно материала для формирования подобных хвостов, свидетельствует о большой силе удара DART. Ранее NASA подтвердило, что эксперимент увенчался успехом. Миссия предполагала изменение орбиты, точнее — времени вращения Диморфа по орбите вокруг спутника Дидима как минимум на 73 секунды, но результат превзошёл все ожидания — время сократилось сразу на 32 минуты.

Анализ данных, полученных командой миссии Double Asteroid Redirection Test (DART), организовавшей удар космическим зондом по астероиду Диморф, показал — землянам удалось изменить орбиту небесного тела. Это поворотный момент в истории планетарной защиты, эксперимент успешно провели в реальных условиях на довольно крупном небесном теле.

Источник изображения: NASA

До удара по астероиду зондом DART, период обращения Диморфа по орбите вокруг более крупного тела — Дидима, составлял 11 часов 55 минут. С момента удара 27 сентября учёные всего мира отслеживают, как изменилась скорость. Если изначально планировалось изменить время обращения как минимум на 73 секунды, то теперь выяснилось, что период изменился на целых 32 минуты — с 11 часов 55 минут до 11 часов 23 минут (с погрешностью в 2 минуты). Другими словами, поставленную задачу удалось перевыполнить более чем в 25 раз.

Новые данные поступают ежедневно, и со временем астрономы смогут лучше оценить, как именно можно защитить Землю от столкновения с астероидами, если опасные объекты будут заблаговременно обнаружены. Команда исследователей всё ещё запрашивает и получает данные с наземных обсерваторий со всего мира, повышая точность замеров.

Теперь предстоит выяснить, насколько помог миссии DART выброс осколков и пыли после удара. Считается, что он значительно усилил эффект воздействия — примерно так вырывающийся из воздушного шарика воздух толкает его вперёд.

Для анализа учёные продолжат изучать снимки момента столкновения, сделанные наблюдательными инструментами из разных стран, а приблизительно через четыре года в рамках проекта «Гера» (Hera) Европейского космического агентства планируется провести детальную «инспекцию» Диморфа и его более крупного спутника Дидима. Особое внимание будет уделяться кратеру, оставшемуся после столкновения с DART и точному измерению массы Диморфа.

Напомним, зонд DART массой 570 кг и размером с машину для гольфа врезался в астероид Диморф в 02:14 по московскому времени 27 сентября. На момент столкновения с астероидом скорость зонда составляла 22 530 км/ч. Размеры самого астероида составляют порядка 160 м в поперечнике, состав пород уточняется. Стоит отметить, что ни Диморф, ни Дидим по оценкам учёных не представляют угрозы для Земли сейчас, и не представляли её ранее — эксперимент проводился с научными целями.