|
Секреты о недрах Луны и астероида Веста
|
|
|
|
Анализ гравитационных данных, собранных космическими аппаратами, вращающимися вокруг других планет, позволяет получить новаторские сведения о планетарных структурах без необходимости приземляться на поверхность. Хотя Луна и астероид Веста сильно отличаются друг от друга, в двух исследованиях НАСА используется одна и та же методика, позволяющая выявить новые подробности о внутреннем устройстве обоих объектов.
|
|
|
|
В ходе лунного исследования, опубликованного в журнале Nature, исследователи разработали новую гравитационную модель Луны, которая включает в себя крошечные изменения силы тяжести небесного тела во время его эллиптической орбиты вокруг Земли. Эти колебания заставляют Луну слегка изгибаться из—за приливной силы Земли — процесс, называемый приливной деформацией, - который позволяет получить критическое представление о глубокой внутренней структуре Луны.
|
|
|
|
Используя свою модель, исследователи составили самую подробную на сегодняшний день лунную гравитационную карту, предоставив будущим миссиям улучшенный способ расчета местоположения и времени на Луне. Они достигли этого, проанализировав данные о движении миссии НАСА GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory), космический аппарат которой, Ebb and Flow, вращался вокруг Луны с 31 декабря 2011 года по 17 декабря 2012 года.
|
|
|
|
Во втором исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy 23 апреля, исследователи сосредоточились на Весте, объекте в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером.
|
|
|
|
|
|
|
Используя радиометрические данные NASA Deep Space Network и снимки космического аппарата Dawn, который находился на орбите астероида с 16 июля 2011 года по 5 сентября 2012 года, они обнаружили, что вместо отчетливых слоев, как ожидалось, внутренняя структура Весты может быть в основном однородной, с очень небольшим количеством железа. ядро или вообще без ядра.
|
|
|
|
Обоими исследованиями руководил Райан Парк, руководитель группы динамики Солнечной системы в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, и из-за их сложности они разрабатывались годами. Команда использовала суперкомпьютеры НАСА для построения подробной карты изменения силы тяжести на каждом теле. Исходя из этого, они могли бы лучше понять, из чего состоят Луна и Веста и как формировались планетные тела по всей Солнечной системе.
|
|
|
|
"Гравитация - это уникальное и фундаментальное свойство планетарного тела, которое может быть использовано для исследования его недр", - сказал Парк. "Нашему методу не нужны данные с поверхности; нам просто нужно очень точно отслеживать движение космического аппарата, чтобы получить общее представление о том, что находится внутри".
|
|
|
|
Асимметрия Луны
|
|
|
|
В ходе лунного исследования были изучены гравитационные изменения на ближней и дальней сторонах Луны. В то время как на ближней стороне преобладают обширные равнины, известные как маре, образованные расплавленными породами, которые охлаждались и затвердевали миллиарды лет назад, дальняя сторона более изрезана, с небольшим количеством равнин.
|
|
|
|
Некоторые теории предполагают, что эти различия, вероятно, были вызваны интенсивным вулканизмом на ближней стороне. Этот процесс мог привести к накоплению радиоактивных элементов, выделяющих тепло, глубоко в мантии ближней стороны, и новое исследование дает убедительные доказательства того, что это, скорее всего, так.
|
|
|
|
"Мы обнаружили, что ближняя сторона Луны изгибается сильнее, чем дальняя, а это означает, что внутренняя структура ближней стороны Луны принципиально отличается от ее дальней стороны", - сказал Парк. "Когда мы впервые проанализировали данные, мы были настолько удивлены результатом, что не поверили в него. Поэтому мы провели расчеты много раз, чтобы проверить результаты. В целом, это десятилетняя работа".
|
|
|
|
Сравнивая свои результаты с другими моделями, команда Парка обнаружила небольшую, но большую, чем ожидалось, разницу в степени деформации двух полушарий. Наиболее вероятным объяснением является то, что ближняя сторона имеет теплую мантийную область, что указывает на присутствие генерирующих тепло радиоактивных элементов, что свидетельствует о вулканической активности, которая сформировала ближнюю сторону Луны 2-3 миллиарда лет назад.
|
|
|
|
Эволюция Весты
|
|
|
|
Команда Парка применила аналогичный подход к своему исследованию, которое было сосредоточено на вращательных свойствах Весты, чтобы узнать больше о ее внутреннем устройстве.
|
|
|
|
"Наша методика чувствительна к любым изменениям гравитационного поля тела в космосе, независимо от того, меняется ли это гравитационное поле со временем, как, например, при приливном изгибе Луны, или в пространстве, как при колебании астероида", - сказал Парк. - Веста колеблется при вращении, поэтому мы смогли измерить ее момент инерции - характеристику, которая очень чувствительна к внутренней структуре астероида".
|
|
|
|
Изменение момента инерции можно увидеть, когда фигурист вращается с разведенными в стороны руками. Когда он втягивает руки внутрь, перемещая большую массу к центру тяжести, его момент инерции уменьшается, а вращение ускоряется. Измеряя момент инерции Весты, ученые могут получить детальное представление о распределении массы внутри астероида: если его момент инерции мал, то концентрация массы будет направлена к его центру; если он высок, то масса будет распределена более равномерно.
|
|
|
|
Некоторые теории предполагают, что в течение длительного периода времени у Весты постепенно формировались слои, похожие на луковицу, и плотное ядро. Но новое измерение инерции, проведенное командой Парка, предполагает, что Веста гораздо более однородна, ее масса распределена равномерно по всей поверхности, а ядро состоит лишь из небольшого количества плотного материала или вообще отсутствует.
|
|
|
|
Гравитация со временем медленно притягивает самые тяжелые элементы к центру планеты, и именно поэтому Земля оказалась с плотным ядром из жидкого железа. Хотя Веста долгое время считалась дифференцированным астероидом, более однородная структура позволила бы предположить, что она, возможно, не имеет полностью сформированных слоев или образовалась из обломков другого планетарного тела после мощного столкновения.
|
|
|
|
В 2016 году Парк использовал те же типы данных, что и в исследовании Vesta, чтобы сосредоточиться на второй цели Dawn - карликовой планете Церера, и результаты показали частично дифференцированный интерьер.
|
|
|
|
Парк и его команда недавно применили аналогичную методику к вулканическому спутнику Юпитера Ио, используя данные, полученные космическими аппаратами НАСА "Юнона" и "Галилео" во время их облетов спутника Юпитера, а также в результате наземных наблюдений. Измерив, как меняется гравитация Ио по мере того, как она вращается вокруг Юпитера, который оказывает мощное приливное воздействие, они обнаружили, что огненная луна вряд ли обладает глобальным океаном магмы.
|
|
|
|
"Наша методика не ограничивается только Ио, Церерой, Вестой или Луной", - сказал Парк. "В будущем есть много возможностей применить нашу технику для изучения внутренних частей интересных планетарных тел по всей Солнечной системе".
|
|
|
|
Источник
|
