Newswise — В конце сентября НАСА попало в яблочко с DART, испытанием на перенаправление двойного астероида, в ходе которого космический корабль направил космический корабль прямо в сердце близлежащего астероида. Односторонняя миссия камикадзе врезалась в космический камень размером со стадион и успешно сбросила орбиту астероида. DART был первым испытанием стратегии планетарной защиты, продемонстрировавшим, что ученые потенциально могут отклонить астероид, направляющийся к Земле.
Теперь у исследователей Массачусетского технологического института есть инструмент, который может улучшить цель будущих миссий по нацеливанию на астероиды. Команда разработала метод картографирования внутренней структуры астероида или распределения плотности, основанный на том, как изменяется вращение астероида при близком столкновении с более массивными объектами, такими как Земля.
Знание того, как распределяется плотность внутри астероида, может помочь ученым спланировать наиболее эффективную защиту. Например, если бы астероид был сделан из относительно легкого и однородного вещества, космический корабль типа DART мог бы нацеливаться иначе, чем если бы он отклонял астероид с более плотной и менее сбалансированной внутренней частью.
«Если вы знаете распределение плотности астероида, вы можете ударить его точно в нужное место, чтобы он действительно удалился», — говорит Джек Динсмор, 22 года, который разработал новую технику картирования астероидов, будучи студентом Массачусетского технологического института по специальности физика.
Команда стремится применить этот метод к Апофису, сближающемуся с Землей астероиду, который, по оценкам, представляет значительную опасность в случае столкновения. Ученые исключают вероятность столкновения во время следующих пролетов Апофиса как минимум на столетие. Кроме того, их прогнозы становятся нечеткими.
«Апофис промахнется мимо Земли в 2029 году, и ученые подготовили его для следующих нескольких встреч, но мы не можем очистить его навсегда», — говорит Динсмор, который сейчас учится в аспирантуре Стэнфордского университета. «Итак, хорошо понимать природу этого конкретного астероида, потому что, если нам когда-нибудь понадобится перенаправить его, важно понять, из чего он сделан».
Динсмор и Жюльен де Вит, доцент кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS), подробно описывают свой новый метод в исследовании, опубликованном сегодня в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
Спиннинг вареного против сырого
Семена метода картирования астероидов команды выросли из класса Массачусетского технологического института, который Динсмор посещал в прошлом году, преподавал де Вит. Класс 12.401 (Основы планетарных наук) знакомит с основными принципами и механизмами образования планет, астероидов и других объектов в Солнечной системе. В качестве последнего проекта Динсмор исследовал поведение астероида во время близкого сближения.
В классе он написал код для моделирования различных форм и размеров астероидов, а также того, как меняется их орбитальная и вращательная динамика под влиянием гравитационного притяжения более массивного объекта, такого как Земля.
«Сначала я просто пытался спросить, что происходит, когда мимо Земли проходит астероид? Оно вообще откликается? Потому что я не был уверен», — вспоминает Динсмор. «И ответ таков, что очень сильно зависит от формы и физических свойств астероида».
Это первоначальное осознание вызвало другой вопрос: можно ли использовать динамику близкого столкновения астероида для предсказания не только его формы и размера, но и его внутреннего строения? Чтобы получить ответ, Динсмор продолжил проект с де Витом в рамках Программы исследований возможностей бакалавриата Массачусетского технологического института (UROP), которая позволяет студентам проводить оригинальные исследования с преподавателем.
Он и де Вит глубже погрузились в динамику близкого столкновения, написав более сложный код, который они использовали для моделирования зоопарка из разных астероидов, каждый из которых имеет разный размер, форму и внутренний состав или распределение плотности. . Затем они запустили симуляцию, чтобы увидеть, как вращение каждого астероида должно колебаться или смещаться, когда он проходит рядом с объектом определенной массы и гравитационного притяжения.
«Это похоже на то, как вы можете отличить сырое яйцо от вареного», — предлагает де Вит. «Если вы вращаете яйцо, оно реагирует и вращается по-разному в зависимости от своих внутренних свойств. То же самое касается астероида во время близкого столкновения: вы можете понять, что происходит внутри, просто посмотрев, как он реагирует на сильные гравитационные силы, которые он испытывает во время пролета».
Близкий матч
Команда представляет свои результаты в новом программном «наборе инструментов», который они называют AIME, для картографирования внутренних поверхностей астероидов от Encounters (аббревиатура также переводится как «любовь» на французском языке). Программное обеспечение можно использовать для восстановления распределения внутренней плотности астероида на основе наблюдений за изменением его вращения во время близкого сближения.
Исследователи говорят, что если ученые смогут провести более подробные измерения астероидов и динамики их вращения во время близких столкновений, эти измерения можно будет использовать для улучшения реконструкции AIME внутренних частей астероидов.
Они говорят, что их лучший шанс может прийти с Апофисом. Во время предстоящих сближений де Вит и Динсмор надеются, что астрономы направят свои телескопы на космический камень, чтобы измерить его размер, форму и эволюцию вращения, когда он проносится мимо. Затем они могли бы ввести эти измерения в AIME, чтобы найти совпадение — смоделированный астероид с тем же размером, формой и динамикой вращения, что и Апофис, который также относится к определенному распределению внутренней плотности.
«Затем с помощью AIME вы могли бы опубликовать карту плотности, которая, скорее всего, представляет внутреннюю часть Апофиса», — говорит Динсмор.
«Понимание внутренних свойств астероидов помогает нам понять, в какой степени близкие столкновения могут вызывать беспокойство, и как с ними бороться, а также где они образовались и как сюда попали», — добавляет де Вит. «Теперь с этой структурой появился новый способ заглянуть внутрь астероида».
Это исследование было поддержано, в частности, офисом MIT UROP.
###
