Не всё так просто, как казалось: обломки миссии DART усложняют оборону Земли

В сентябре 2022 года, когда космический аппарат НАСА DART врезался в Диморфос , малый спутник астероида Дидим, он не только изменил свою орбиту , как и планировалось, но и спровоцировал мощный камнепад с импульсом, более чем в три раза превышающим импульс самого космического аппарата.

Это означает, что, хотя эта миссия успешно продемонстрировала, что кинетическая энергия ударных объектов, таких как DART, действительно может изменить траекторию астероида, выброшенные самим ударом камни также способны создавать силы в неожиданных направлениях, что может значительно затруднить попытки отклонения. Другими словами, отклонение астероида кинетическим ударом как форма планетарной защиты оказалось гораздо более сложной задачей, чем ожидалось.

Открытие, сделанное группой астрономов под руководством Мэрилендского университета, только что опубликовано в журнале Planetary Science Journal.

«Нам удалось отклонить астероид, сместив его с орбиты», — говорит Тони Фарнхэм, ведущий автор исследования. «Но наше исследование показывает, что, хотя прямое воздействие космического аппарата DART и вызвало это изменение, выброшенные камни дали астероиду дополнительный «толчок», по меньшей мере столь же сильный. Этот фактор, изменяющий физические законы, необходимо учитывать при планировании подобных миссий».

26 сентября 2022 года космический аппарат НАСА DART (Double Asteroid Redirection Test) совершил беспрецедентный манёвр: он преднамеренно врезался в Диморфос, малый спутник, вращающийся вокруг астероида Дидим. Главной целью миссии была демонстрация возможности метода «кинетического импактора» для отклонения астероидов. Столкновение на скорости более 22 000 километров в час стало ошеломляющим успехом: орбита Диморфоса вокруг Дидима сократилась на 32 минуты, что значительно превышает заданный порог успеха в 73 секунды. Человечество впервые доказало свою способность изменять траекторию небесного тела.

Однако Фарнхэм и его команда только что обнаружили, что значительная часть этого изменения орбиты произошла не из-за прямого удара корабля, а из-за «обратного удара» выброшенных при столкновении материалов, что дало дополнительный импульс, «космический толчок», почти такой же мощный, как сам удар DART . Выброшенный материал, по сути, действовал как своего рода «дополнительное» топливо, толкая астероид со значительной силой в направлении, противоположном направлению выброса.

Но как учёным удалось разгадать это сложное явление? Ключ к разгадке кроется в небольшом, но жизненно важном спутнике DART: LICIACube. Этот крошечный спутник CubeSat, разработанный Итальянским космическим агентством (ASI), отделился от DART за 15 дней до столкновения и стратегически занял наилучшее положение для наблюдения за этим зрелищем. Таким образом, с расстояния 56,7 километра и всего через 165 секунд после столкновения, LICIACube начал отправлять на Землю беспрецедентную серию изображений огромного выброса, вырвавшегося из места падения.

Благодаря этим изображениям группа астрономов смогла отследить движение 104 валунов с радиусом от 0,2 до 3,6 метра, удалявшихся от Диморфоса со скоростью до 52 метров в секунду (около 187 километров в час). Анализируя эти траектории в трёх измерениях, Фарнхэм и его коллеги сделали удивительное открытие: валуны были разбросаны не хаотично. Вместо этого они сгруппировались в две отдельные группы, при этом в других местах наблюдалось заметное отсутствие материала. «Мы увидели, что валуны не были разбросаны хаотично», — объясняет Фарнхэм. «Вместо этого они сгруппировались в две совершенно разные группы, при этом в других местах материал отсутствовал, что означает, что здесь присутствовало нечто неизвестное».

Самый большой комок обломков, составлявший около 70% от всех измеренных объектов, был выброшен на юг с высокой скоростью и под небольшим углом к ​​поверхности астероида. Ученые предполагают, что эти валуны, вероятно, имели определённые источники, возможно, более крупные валуны на Диморфосе, которые были разбиты солнечными панелями DART непосредственно перед тем, как основная часть аппарата ударилась о поверхность. Джессика Саншайн, соавтор исследования, предполагает, что солнечные панели DART могли столкнуться с двумя крупными валунами на астероиде, получившими названия Атабак и Бодхран, и что выброшенный на юг комок материала мог состоять из фрагментов Атабака, камня радиусом 3,3 метра.

Саншайн, который также был заместителем главного исследователя миссии NASA Deep Impact 2005 года к комете Темпеля 1, сравнил результаты этой миссии с результатами DART.

«Deep Impact, — объясняет исследователь, — ударился о поверхность, состоящую преимущественно из очень мелких однородных частиц, поэтому его выброс был относительно плавным и непрерывным. Однако здесь мы видим, что DART врезался в каменистую поверхность, усеянную крупными валунами, что привело к образованию хаотичных нитевидных структур в траектории его выброса».

Это фундаментальное различие — поверхность, состоящая из мелких частиц, по сравнению с каменистой, галечной поверхностью — имеет решающее значение для понимания того, как разные типы небесных тел реагируют на удары. Это всё равно что сравнивать пулю, попавшую в мешок с песком, и пулю, попавшую в кирпичную стену: удар и рассеивание материала совершенно разные. Эта информация, по словам Саншайна, «жизненно важна для обеспечения успеха будущей миссии по защите планеты».

Импульс (величина движения) валунов, выброшенных при ударе DART, был преимущественно перпендикулярен траектории космического аппарата. Это означает, что, помимо изменения орбиты Диморфоса, он мог наклонить его плоскость орбиты на величину до одного градуса и потенциально вызвать хаотичное колебание астероида в космосе. Само собой разумеется, что для миссии, целью которой является точное отклонение траектории, любое неожиданное колебание может оказаться критическим фактором.

Работа этой группы по изучению воздействия космического мусора станет ключевой для миссии Hera Европейского космического агентства (ЕКА), которая должна прибыть к системе Дидим-Диморфос в 2026 году. Hera, которая вместе с DART является частью проекта AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment), ставит своей основной целью детальное изучение двойной системы Дидим после столкновения в 2022 году, оценку её внутренних свойств и точное измерение последствий столкновения с помощью DART. Миссия Hera будет использовать собственные спутники CubeSat, Milani и Juventas, для сбора спектральных данных о поверхности и изучения подповерхностного и внутреннего строения астероида.

Короче говоря, исследование Мэрилендского университета подчёркивает важность учёта всех переменных при планировании будущих миссий по отклонению астероидов. Недостаточно предсказать основной удар; важно понимать физику выброса, размер и состав выброшенного материала, а также то, как это может повлиять на траекторию и вращение астероида.

«Если бы астероид летел в нашу сторону, — заключает Саншайн, — и мы знали бы, что нам нужно сместить его на определённое расстояние, чтобы избежать столкновения с Землёй, все эти тонкости становятся очень и очень важными. Можно представить это как игру в космический бильярд. Мы можем промахнуться, если не учтём все переменные».