Как NASA астероиды с орбиты сбивала

Космические аппараты НАСА Double Asteroid Redirection Test (DART) и LICIACube Итальянского космического агентства непосредственно перед столкновением с двойной системой (иллюстрация)

Испытания НАСА по перенаправлению двойного астероида увенчались успехом.

На протяжении веков на Землю обрушивались камни из космоса, и это лишь вопрос времени, пока наша планета снова не окажется под прицелом очень крупного астероида. Но в отличие от других форм жизни (привет динозавры) - у людей есть шанс изменить свою космическую судьбу. На осенней встрече AGU 2022, состоявшейся в декабре, исследователи представили ряд новых результатов миссии NASA Double Asteroid Redirection Test (DART) - первой демонстрации отклонения астероида.

Взгляд на орбиту

Цель миссии DART - астероидная система Дидим - Диморф - была впервые обнаружена в середине 1990-х годов. Но тогда астрономы заметили только ее более крупного участника - астероид Дидим, диаметр которого составляет около 800 метров. Лишь в 2003 году ученые поняли, что существует и гораздо меньшее тело, получившее название Диморф. Диморф примерно в 5 раз меньше Дидима, и его орбита проходит вокруг Дидима, как видно с Земли. Наблюдая за тем, как яркость системы астероидов Дидим - Диморф меняется со временем, ученые смогли точно определить, сколько времени потребовалось Диморфу, чтобы пройти по орбите: 11 часов и 55 минут.

Диморф

Дидим

Основные цели миссии DART были просты, по крайней мере, в концепции: ударить по Диморфу космическим аппаратом DART весом примерно 570 килограммов, чтобы значительно изменить орбитальный период Диморфа вокруг Дидима, измерить это изменение и охарактеризовать физику удара. В случае успеха это будет первая демонстрация отклонения астероида с помощью так называемой технологии кинетического ударного механизма. (В 2005 году другая миссия НАСА, Deep Impact, испытала технологию кинетического ударного механизма на комете).

23 ноября 2021 года ракета Falcon 9 поднялась в воздух с калифорнийской базы Ванденберг. К тому времени ракета, разработанная SpaceX, произвела более 100 успешных запусков, но для участников миссии DART это событие было совсем не обычным: в носовом конусе ракеты находился космический аппарат, на разработку, создание и испытания которого они потратили более десяти лет.

Запуск прошел гладко, и вскоре DART вышел на орбиту вокруг Солнца. В течение примерно 10 месяцев космический аппарат в основном следовал по орбите Земли, ожидая, пока его догонит система астероидов Дидим - Диморф, которая вращается вокруг Солнца между Землей и Марсом. "Мы все время находились вблизи Земли и просто догнали систему на самом близком расстоянии от Земли", - сказала Елена Адамс, системный инженер миссии DART в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд.

Приближение к неизвестному

Только в июле 2022 года бортовая камера DART - камера оптической навигации для разведки Дидима и астероидов (DRACO) - впервые увидела его. Но Диморф появится в поле зрения только намного, намного позже: Всего за час до столкновения, на расстоянии примерно 25 000 километров, крошечная луна все еще была всего в два пикселя на снимках DRACO.

"Мы увидели Диморф только в конце полёта", - сказала Адамс. Чтобы подготовиться к неопределенности столкновения с телом, о котором они практически ничего не знали, члены команды DART заранее провели тысячи симуляций, в которых они варьировали размер, форму и множество других параметров астероида.

Космический аппарат DART успешно столкнулся с Диморфом 26 сентября 2022 года. Это событие было зафиксировано целым рядом земных телескопов, а также LICIACube, космическим аппаратом размером с кейс, на котором находились две камеры, запущенным вместе с DART и спущенным с космического аппарата за 15 дней до столкновения.

Фото, полученной спутником LICIACube

Кинетический удар

Исследователи рассчитали, что столкновение, произошедшее примерно лоб в лоб, сократит орбитальный период Диморфа чуть менее чем на 10 минут. Это при условии, что в простейшем случае не произойдет выброса обломков астероида.

Количество импульса, которое вкладывается в цель, в точности равно импульсу, с которым прилетел космический аппарат. Но если после удара от астероида отлетают обломки, физика диктует, что астероид может получить дополнительный импульс, и в итоге отклонение станет больше.

Это хорошая новость, когда речь идет о том, чтобы столкнуть с пути потенциально опасный космический камень. Если вы пытаетесь спасти Землю, это имеет большое значение)

И обломков было много: в результате детальных наблюдений за системой Дидим - Диморф ученые обнаружили, что Диморф теперь облетает Дидим раз в 11 часов 22 минуты. Это на целых 33 минуты короче его первоначального орбитального периода, что предполагает образование значительного количества астероидного вещества. Изображения, полученные с помощью наземных и космических телескопов, подтвердили это - шлейф обломков длиной в десятки тысяч километров в настоящее время тянется от Диморфа. По оценкам исследователей, в результате столкновения с астероидом было выброшено не менее тысячи тонн материала. Этого количества обломков достаточно, чтобы заполнить несколько железнодорожных вагонов.

Следуйте за кроликом обломками

Ученые планируют продолжать наблюдение за шлейфом обломков Диморфа по крайней мере до марта.

Миссия DART также позволила ученым изучить фундаментальный вопрос об астероидной системе Дидим - Диморф: имеют ли эти два астероида одинаковый состав? Это распространенное предположение, когда речь идет о двойных астероидах, но оно никогда не было подтверждено. Руководитель рабочей группы по наблюдениям DART поделился спектрами астероидной системы в ближнем инфракрасном диапазоне, которые астрономы собрали до и после столкновения с помощью телескопа NASA на Гавайях.

Наблюдения, полученные до столкновения (когда подавляющее большинство солнечного света, отраженного от астероидной системы, исходило от Дидима) и после столкновения (когда обломки, выброшенные Диморфом, составляли более двух третей отраженного света), показали очень похожие спектры, с характерными провалами на длинах волн 1 и 2 микрометра в обоих случаях. Это убедительное доказательство того, что эти два астероида имеют схожий состав.

Ученые еще не закончили работу с астероидами: в 2024 году исследователи, участвующие в миссии Hera Европейского космического агентства, планируют запустить к системе космический аппарат для дальнейшей характеристики астероидов - в том числе точного измерения массы Диморфа - и изучения кратера, образовавшегося в результате удара DART.