Фаэтон, астероид солнечной системы, выделяющий натрий

Кометы славятся своими обширными, красочными и потрясающими хвостами из газа, льда, камня и других различных материалов. Эти хвосты возникают, когда ледяное ядро кометы нагревается по мере приближения к Солнцу, выделяя ледяные газы во время процесса нагрева.

Однако выброс газов не ограничивается кометами. Некоторые спутники и луны, такие как Ганимед Юпитера, и другие ледяные тела в нашей солнечной системе могут нагреваться достаточно для того, чтобы выделять газы.

Поэтому, когда ученые обнаружили астероид, состоящий в основном из камня, выделяющий газы, они были совершенно сбиты с толку.

Познакомьтесь с Фаэтоном, околоземным астероидом, который, как недавно было обнаружено, проявляет кометоподобную активность.

Фаэтону не хватает значительного количества льда на его поверхности; так почему же он испускает газы со своей поверхности и светится, как комета?

Фаэтон - это астероид Аполлона шириной 5,8 км, который проходит ближе к Солнцу, чем любой другой названный астероид, хотя у некоторых небольших безымянных астероидов есть более близкие перигелии.

Название Фаэтон может показаться незнакомым, но это родительское тело хорошо известного метеорного потока Геминид, который ежегодно происходит в середине декабря.

Самое близкое приближение Фаэтона к Солнцу происходит каждые 524 дня, нагревая поверхность астероида примерно до 750°C - достаточно горячо, чтобы высвободить любую воду, углекислый газ или окись углерода из льда на поверхности астероида.

Однако с таким коротким орбитальным периодом эти элементы давно бы испарились полностью. Тем не менее, астероид все еще выделяет газ.

В ходе нового исследования, проведенного Джозефом Масьеро из исследовательской организации IPAC (Центр инфракрасной обработки и анализа) Калифорнийского технологического института, группа ученых изучила кометоподобное поведение Фаэтона по мере его приближения к Солнцу, пытаясь выяснить, что же астероид может выбрасывать в космос.

И они думают, что у них есть свой ответ.

При температуре 750°C натрий может “вырываться” с поверхности астероида в космос. Кроме того, натрий в изобилии встречается на астероидах и может объяснить непрерывное выделение газа, наблюдаемое на Фаэтоне во время его перигелиального прохождения каждые 524 дня.

То есть… если в составе Фаэтона достаточно натрия.

Чтобы найти сложный ответ на этот вопрос, мы вернемся к метеоритному потоку Геминиды, который создает Фаэтон.

Метеоритные дожди возникают, когда небольшие кусочки скалистого материала, выброшенные с поверхности их родительских тел, попадают в атмосферу Земли и сгорают, выдавая различные цвета и яркость, в зависимости от их состава.

Если метеорит содержит натрий, он будет гореть оранжевым, когда войдет в атмосферу.

И в этом заключается проблема. В геминидах низкое содержание натрия. Так как же натрий может объяснить кометоподобную активность Фаэтона?

До исследования Масьеро и других считалось, что скальный материал, выброшенный с Фаэтона, потерял свой натрий вскоре после того, как покинул астероид, что объяснило бы отсутствие метеоритов оранжевого цвета во время Геминид.

Однако исследование Масьеро предполагает, что натрий может быть основной силой, выталкивающей скальный материал с поверхности Фаэтона.

Команда предполагает, что по мере того, как Фаэтон нагревается по мере приближения к Солнцу, натрий на астероиде нагревается и испаряется в космос.

Но, как и в случае со льдом, если бы натрий существовал на поверхности Фаэтона, он бы давно нагрелся и испарился. Таким образом, вместо этого натрий должен был бы поступать из недр астероида, транспортироваться на его поверхность для газообразования через крошечные трещины.

По мере того, как испаряющийся натрий “шипит” в космосе через небольшие трещины и трещины на поверхности астероида, он будет создавать струи с достаточной силой, чтобы выбрасывать скальный материал с поверхности. Таким образом, создавая Геминиды и устойчивое кометоподобное поведение, наблюдаемое сегодня.

«Астероиды, подобные Фаэтону, обладают очень слабой гравитацией, поэтому не требуется большой силы, чтобы сбросить обломки с поверхности или выбить породу из трещины», - сказал Бьорн Давидссон, соавтор исследования и ученый из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL).

Выброс этого материала объяснил бы кометоподобное сияние Фаэтона, а отсутствие натрия на внешней поверхности Фаэтона объяснило бы, почему Геминидам не хватает натрия.

«Наши модели предполагают, что для этого требуется очень небольшое количество натрия - ничего взрывчатого, такого как извергающийся пар с поверхности ледяной кометы; это скорее устойчивое шипение».

Так как же команда проверила свою гипотезу?

Масьеро и его коллеги протестированные образцы метеорита Альенде в лаборатории JPL, который упал в Мексике в 1969 году и относится к тому же классу астероидов, углеродистых хондритов, что и Фаэтон.

Команда разогрела осколки метеорита до максимальной температуры, которую Фаэтон испытывает во время своего приближения к Солнцу. Кроме того, команда смоделировала день на Фаэтоне, который длится 3 часа.

«При сравнении образцов до и после наших лабораторных тестов натрий был потерян, в то время как другие элементы остались. Это предполагает, что то же самое может происходить и на Фаэтоне, и, похоже, согласуется с результатами наших моделей», - сказал Ян Лю, ученый из JPL и соавтор исследования.

Полученные результаты могут объяснить, как другие астероиды продолжают быть активными, поскольку они могут подвергнуться тому же процессу, что и Фаэтон.

Результаты исследования Мазьеро и коллег также подтверждают гипотезу о том, что классификация небольших объектов в Солнечной системе как комет или астероидов является чрезмерным упрощением.

Некоторые исследователи считают, что такие факторы, как количество льда и то, какие элементы испаряются при определенных температурах, должны играть важную роль при классификации небольших тел.

Исследования Мазьеро и коллег под названием «Летучесть натрия в углеродистых хондритах при температурах, соответствующих астероидам с низким уровнем перигелии», можно найти в выпуске журнала Planetary Science Journal за август 2021 года.