Залізо, заплутані сімейні зв'язки та давня смерть планети. Розбираємося у минулому залізної родини астероїдів з Головного поясу

12 травня 2025 р. 14:34

12 травня 2025 р. 14:34

У Головному поясі астероїдів, що лежить між орбітами Марса і Юпітера, існують сотні тисяч малих тіл — й усі вони несуть на собі сліди найдавніших подій Сонячної системи. Здебільшого цими подіями були масштабні зіткнення, які визначали сучасні орбіти планет, народжували їхніх супутників та, звісно, сотні нових астероїдів. В одному з таких зіткнень завершила своє існування планета, яка навіть не встигла остаточно сформуватися. Натомість ця подія утворила велику сім'ю астероїда (22) Калліопа, що налічує понад триста родичів. У сімейних зв'язках між ними, їхньому минулому та чи справді вони могли стати планетою розібралася астрофізикиня Олександра Іванова.

Художнє зображення Головного поясу астероїдів, де живе Калліопа та її 302 родича. NASA/JPL-Caltech

Про що астрономам розповідають астероїди?

Хоч астероїди й належать до малих тіл Сонячної системи, вони відіграють велику роль у її дослідженні — зокрема як носії давнього матеріалу, з якого колись формувалися планети. Минуле цих тіл астрономи відтворюють за їхніми спектрами. Наприклад, найпоширеніші темні й пористі астероїди C-типу складаються з матеріалу, що майже не зазнав змін від початку існування Сонячної системи. Кам’янисті астероїди S-типу, що є другими за поширеністю, утворилися в регіонах з вищими температурами і містять більше силікатів та металів.

Приклади астероїдів різних типів. Wikimedia Commons

Найрідкіснішими ж є металеві астероїди M-типу — їх вважають залишками зародків планет, які встигли сформувати ядро з заліза і нікелю, але згодом були зруйновані зіткненнями. Вивчаючи їх, астрономи мають змогу зрозуміти, як мільярди років тому сформувалися ядра Меркурія, Венери, Марса та Землі, і побачити те, що зазвичай приховане під десятками кілометрів породи планет.

Астероїди M-типу складають всього п'ять відсотків з усіх досліджених астрономами, але і серед них знайшовся винятково рідкісний — астероїд (22) Калліопа.

Знімок Калліопи, який отримала обсерваторія VLT. ESO/Vernazza et al. / MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

Що виділяє Калліопу серед інших?

Хоч Калліопа є не найбільшим серед металевих астероїдів — такою є Психея — вона завжди приваблювала астрономів. У першу чергу своєю густиною, яка складає понад чотири грами на кубічний сантиметр, — більше, ніж у будь-якого астероїда М-типу та більшості кам'янистих. Крім того, її поверхня набагато слабше відбиває радіовипромінювання, порівняно з іншими металевими астероїдами. Це вказує на те, що її поверхня не складається повністю з металів, а містить домішки силікатів. На думку науковців , це робить Калліопу схожою на Меркурій, у якого під тонкою кам'янистою оболонкою лежить щільне залізне ядро.

Схематичне зображення будови Меркурія. Antonio Genova

Також Калліопа має дуже особливого супутника — астероїд Лінус, з яким вони гравітаційно пов'язані та вважаються однією системою. Його діаметр складає 28 кілометрів, що всього у п'ять разів менше за розміри самої Калліопи. Для порівняння, у більшості астероїдів різниця у розмірі із їхніми супутниками складає 15 разів та більше. Крім того, Лінус та Калліопа мають однаковий спектральний склад, тож і утворилися вони одночасно, а не сформувався окремо й приєднався до Калліопи пізніше. Це перший і поки що єдиний приклад такої подвійної системи серед металевих астероїдів.

Калліопа зі своїм супутником на знімку обсерваторії Кека. Franck Marchis / Wikimedia Commons

Утім, плетиво сімейних зв'язків Калліопи виявилося ще заплутанішим, ніж вважалося, — крім Лінуса астрономи знайшли у неї ще три сотні родичів, розкиданих по Головному поясу астероїдів.

Як розплутали сімейні зв'язки Калліопи?

Хоч астрономи давно підозрювали, що у Калліопи та Лінуса мають бути ще родичі, лише у 2022 році їм вдалося їх віднайти. Тоді команда науковців з Карлового університету у Празі довела , що 302 астероїди, що раніше вважалися пов'язаними з астероїдом (7481) Сан-Марчелло, насправді належать до родини Калліопи. На це вказали орбітальні характеристики тіл та моделювання їхньої еволюції. Науковці немов відмотали час назад і побачили, що траєкторії всіх цих об’єктів сходяться в одному місці — саме там, де близько 900 мільйонів років тому перебувала Калліопа.

Тривимірна модель Калліопи, створена за створена під час міжнародної кампанії спостережень у час, коли її затемнював собою Лінус. P. Descamps et al. / Icarus, 2008

У цей час усі планети Сонячної системи вже сформувалися та зайняли свої орбіти, тож родина Калліопи не виникла у хаосі перших зіткнень. Це відкриття значно посилило увагу астрономів до Калліопи, адже тепер вони отримали нову можливість з'ясувати, як та в яких умовах народився астероїд.

Зібравши дані спостережень космічних та наземних телескопів за Калліопою та її родиною, команда вчених з Великої Британії змогла детально дослідити спектри 22 астероїдів. Порівнюючи їх з базою даних про метеорити, які знаходили на Землі, вони з'ясували, що ці астероїди містять залізо та кам’яно-залізні сполуки тобто мають металевий склад, як і сама Калліопа. Це надзвичайно важливий результат, адже металеві астероїди у Головному поясі трапляються рідко, а Калліопа — єдина серед них, що має підтверджену родину.

Рух Лінуса навколо Калліопи на зображеннях, отриманих телескопом VLT. ESO

Що розказали про Калліопу її родичі?

Як кількісний, так і хімічний склад родини Калліопи, підказує, що раніше вони були єдиним тілом, яке встигло диференціюватися — тобто важкі метали на кшталт заліза й нікелю опустилися в його центр, утворивши ядро, тоді як легші силікати відійшли у зовнішні шари. Так з’являються планетезималі — зародки планет, які проходять внутрішню перебудову й можуть стати основою для формування більших тіл. На користь того, що сама Калліопа була таким зародком свідчить і її спектр, і висока густина. Утім, часу на перетворення на планету Калліопі не вистачило: замість того, щоб продовжити рости, вона розлетілася на уламки після масштабного зіткнення.

Художнє зображення планетезималі. Pablo Carlos Budassi / Wikimedia Commons

На жаль, хоч астрономи і змогли відтворити природу Калліопи та її великої родини, лишається незрозумілим, де саме той первісний зародок планети утворився. За своїм хімічним складом астероїди родини Калліопи виявилися неоднорідними. Деякі мають ознаки, притаманні тілам з внутрішньої частини Сонячної системи — ближче до Сонця, де домінували метали й силікати, — тоді як інші нагадують об’єкти зовнішніх областей, сформовані у холоднішому середовищі, багатому на воду.

Науковці сподіваються, що подальші дослідження інших членів родини Калліопи принесуть більше інформації, зокрема й про те, на якому етапі перервалося формування планети, та де вона зародилася. А поки на прикладі Калліопи астрономи зможуть краще зрозуміти, як виглядала внутрішня будова ранніх планетезималей, адже саме з такого тіла народилися Меркурій, Венера, Марс і Земля.

Наука