• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
13.10.2023
Анатолий Глянцев
2
17 042

Путешествие к центру Земли: как «Психея» найдет прошлое нашей планеты в глубинах космоса

7.8

NASA запустило зонд «Психея» к одноименному астероиду. Психея — не просто астероид: скорее всего, это ядро так и не родившейся планеты. Новая миссия даст человечеству первый шанс буквально увидеть планетарное ядро, чтобы лучше понять, как образовались Земля и ее соседи по Солнечной системе.

астероид Психея
Художественное изображение астероида Психея и одноименного зонда / © NASA/JPL-Caltech/ASU / Автор: Ptolemocratia Acerronius

Сегодня, 13 октября 2023 года, в космос отправился зонд «Психея». Ему предстоит круиз в главный астероидный пояс, к малоизученному небесному телу с тем же названием. Даже попытка выйти на орбиту вокруг Психеи — это риск, но цель стоит риска. Благодаря миссии ученые заглянут не только в далекое прошлое Земли, но и в ее центр — почти в буквальном смысле.

Рожденные из пыли

Возникновение планет — один из самых загадочных этапов в истории Солнечной системы. Вопросов и гипотез здесь больше, чем точного знания. И неудивительно, ведь видеть этот процесс воочию было некому. Например, сколько продолжалось формирование Земли? Оценки разнятся от считаных миллионов лет до сотен миллионов.

В целом понятно, что генеральным подрядчиком на строительство планет была гравитация. Вещество притягивалось друг к другу и концентрировалось в небольшие тела. Те сталкивались друг с другом и либо слипались, либо дробились, в зависимости от скорости.

Возникавшие таким путем «зародыши планет» называются планетезималями. Среди специалистов нет согласия, тела какого размера следует так называть. Одни именуют так глыбы размером в километр-другой, другие — почти полноценные планеты размером с Луну, третьи согласны на весь диапазон размеров.

Некоторым планетезималям повезло разрастись до многих сотен километров в диаметре. Такие тела были достаточно массивны, чтобы началась гравитационная дифференциация — разделение недр на слои. Тяжелые вещества, такие как металлы, под действием тяготения погружались в центр, выдавливая легкие элементы ближе к поверхности.

Именно поэтому средняя плотность Земли (5,5 грамма в кубическом сантиметре) вдвое выше плотности пород земной коры, которые мы можем пощупать руками. Мантия плотнее коры, а ядро плотнее мантии. Считается, что ядро Земли состоит в основном из железа и никеля, благодаря чему и порождает магнитное поле. Однако ученые судят об этом по косвенным данным. Даже земную кору, не говоря уже о мантии, еще никому не удалось пробурить насквозь.

То, до чего не удалось добраться на Земле, можно найти в космосе. Некоторые астероиды, судя по их спектрам, плотности и отражательной способности, богаты металлами. Они называются астероидами типа М. Кроме того, иногда в руки исследователей попадают метеориты с красноречивым названием «железные». Что если «М-астероиды» — ядра планетезималей, разрушенных в жестоких столкновениях с соседями? А железные метеориты — осколки этих ядер?

Эта гипотеза заманчива, но еще не проверена. Астероиды так малы, что даже в лучшие телескопы выглядят как пятна без особых деталей. А космические зонды еще никогда не посещали астероиды типа М. «Психея» станет первой.

Астероид Психея, открытый в 1852 году, с самого начала удивлял астрономов своим блеском. По современным данным, он состоит из металла на 30–60% и имеет плотность от 3,4 до 4,1 грамма в кубическом сантиметре. Вполне похоже на начавшее формироваться ядро протопланеты.

Снимки астероида Психея в крупнейший в мире оптический телескоп VLT / © ESO/LAM

Глаза «Психеи»

Зонд «Психея» не будет садиться и собирать образцы. Он изучит астероид с орбиты, что тоже отнюдь не просто. На этом вопросе мы остановимся ниже.

На борту аппарата три научных прибора.

Первый — сдвоенная мультиспектральная камера. Она будет снимать астероид в видимом свете и инфракрасных лучах. Эти снимки помогут определить рельеф Психеи и минеральный состав поверхности.

Второй прибор — нейтронный и гамма-спектрометр. Космические лучи, врезаясь в поверхность Психеи, вызывают в ее веществе ядерные реакции. Наблюдая нейтроны и гамма-лучи, возникающие в результате этих реакций, ученые определят, из каких химических элементов и в каких пропорциях состоит грунт.

Третье устройство — магнитометр. Астероиды слишком малы, чтобы иметь собственное магнитное поле. Другое дело — протопланета, ядром которой Психея могла быть. Если металл сохранил остаточную намагниченность, это будет веским свидетельством в пользу «ядерного» прошлого небесного тела.

Наконец, сама «Психея» в целом — в некотором смысле прибор для изучения гравитации астероида. Ученые будут точно отслеживать ее траекторию по радиолучу. Это поможет составить карту поля тяготения, а значит, и распределения массы по небесному телу.

Космический аппарат в чистом помещении NASA / © NASA/Frank Michaux

Программа тура

У «Психеи» четыре двигателя. Каждый из них развивает тягу всего 0,24 ньютона (примерно с такой же силой на вашу ладонь давит пальчиковая батарейка). Основной силой, приводящей зонд в движение, станет гравитация Солнца. Двигатели нужны, чтобы корректировать траекторию, превращая ее из замкнутой орбиты в спираль. Это стандартный подход к межпланетным полетам, поскольку расстояния в Солнечной системе солидные, а заправки в явном дефиците.

Для работы двигателя «Психея» берет с собой 1085 килограммов ксенона. Атомы ксенона будут разгоняться электрическим полем и вырываться из сопла, создавая реактивную струю. Подобные электрические двигатели применяют на космических аппаратах уже несколько десятилетий. Они гораздо экономичнее химических, хотя не столь мощны.

 В мае 2026 года зонд сблизится с Марсом и получит от него гравитационный толчок. «Психея» пройдет на расстоянии от 3000 до 4400 километров от поверхности Марса. Эта дистанция сравнима с радиусом планеты: достаточно далеко, чтобы не столкнуться, и достаточно близко, чтобы получить гравитационный разгон.

Художественное изображение астероида Психея и одноименного зонда / © NASA/JPL-Caltech/ASU

Благодаря этому маневру аппарат изменит траекторию и в августе 2029 года достигнет астероида Психея. На тот момент он будет в 2,7 раза дальше от Солнца, чем Земля. «Психея» выйдет на орбиту вокруг своей тезки и будет исследовать ее.

Это конечная точка маршрута. Зонд не будет ни возвращаться на Землю, ни отправляться к другим астероидам. Планируется, что «Психея» проработает как минимум до ноября 2032 года. За это время астероид совершит чуть меньше половины оборота вокруг Солнца. Орбита Психеи заметно отличается от круговой. Поэтому к моменту окончания миссии небесное тело будет уже в 3,1 раза дальше от Солнца, чем наша планета.

За это время зонд сменит несколько орбит вокруг астероида. Самая высокая из них пролегает в 709 километрах над поверхностью, а самая низкая — в 75 километрах. 

Возможно, астрономам повезет, и аппарат останется в строю после ноября 2032-го. Наверняка миссию будут продлевать, пока на борту будет оставаться хоть один работающий научный прибор, а двигатели будут способны поддерживать орбиту вокруг астероида.

Рискованный замысел

Впрочем, даже выйти на эту орбиту не так просто. Психея не столь велика, чтобы собственная гравитация превратила ее в шар. Своей вытянутой формой она скорее напоминает яйцо или картофелину. Вот скромные габариты астероида: 280 километров по одной оси и 230 километров в самом широком месте по другой. Мало того, небесное тело может оказаться еще и неоднородным. Сложное распределение массы означает и сложное поле тяготения, в котором будет непросто поддерживать устойчивую орбиту.

До сих пор только шесть астероидов могли похвастаться искусственным спутником. Четыре из них — Эрос, Итокава, Рюгу и Бенну — небольшие, но околоземные. Скромная дистанция помогла астрономам собрать информацию, необходимую для расчета орбиты. Еще два — Церера и Веста. Они, как и Психея, находятся в главном астероидном поясе между Марсом и Юпитером. Но их солидные размеры облегчают наблюдение в телескоп. Это самые крупные астероиды в Солнечной системе, если не считать транснептуновых объектов, которые обычно не называют астероидами. Церера вовсе удостоена звания карликовой планеты наравне с Плутоном.

Психея же не входит даже в первую десятку крупнейших астероидов, а от Земли она даже несколько дальше, чем Церера и Веста. Конечно, ее изучали в крупнейшие оптические телескопы: орбитальный «Хаббл» и наземный VLT. Радиотелескоп «Аресибо», на тот момент крупнейший в мире, зондировал небесное тело в режиме локатора. И все же достаточно ли наблюдатели выяснили о Психее, чтобы одноименный зонд вышел на орбиту вокруг нее и проработал положенные два года? Узнаем в 2029-м.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

Вчера, 14:55
Татьяна

Американские астронавты давно жалуются на систему ассенизации в скафандрах, которая представляет собой просто большой подгузник. Хватает его максимум на восемь часов, есть риск развития опрелостей и инфекций. К тому же в костюме мало запасов питьевой воды. Чтобы решить эти проблемы, ученые предложили более эффективный способ утилизации продуктов метаболизма.

10 июля
Татьяна

Ученые из Китая проанализировали состав древнейших цирконов с помощью машинного обучения. В этих минералах хранится информация о процессах в недрах планеты. По мнению авторов нового исследования, все указывает на то, что перемещения плит в литосфере происходили уже в катархее, 4,2 миллиарда лет назад, то есть гораздо раньше предыдущих оценок.

10 июля
Татьяна

Ученые из Китая проанализировали состав древнейших цирконов с помощью машинного обучения. В этих минералах хранится информация о процессах в недрах планеты. По мнению авторов нового исследования, все указывает на то, что перемещения плит в литосфере происходили уже в катархее, 4,2 миллиарда лет назад, то есть гораздо раньше предыдущих оценок.

8 июля
Полина Меньшова

Ученые из Великобритании предложили психофизиологическую модель, объясняющую, как именно физические упражнения облегчают симптомы депрессии. Особенно она применима к аэробной нагрузке, например ходьбе, подъему по лестнице, бегу.

Вчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария
Отличный рассказа, Анатолий, спасибо! "Двигатели нужны, чтобы корректировать траекторию, превращая ее из замкнутой орбиты в спираль." - можно пояснение? вокруг чего опишет спираль "Психея" ? Гравитационный манёвр возле Марса, о котором вы рассказываете, вроде бы исключает спиральную траекторию, как сразу существенное изменение вектора движения. Не подскажете, о какой спирали "Психеи" вы говорите? Любопытно.)
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно