Uderzenie sondy DART zmieniło kształt asteroidy

We wrześniu 2022 roku sonda DART uderzyła w asteroidę Dimorphos. Ta celowa kolizja miała zmienić trajektorię obiektu, w pierwszym teście obrony Ziemi przed zagrożeniem asteroidami z kosmosu. Test się powiódł. Co więcej, według ostatnich analiz kształt asteroidy mógł znacząco zmienić się w bezpośrednim wyniku uderzenia.

27 września o 1:14 polskiego czasu teleskopy na całym świecie skierowały swój wzrok na asteroidę Dimorphos, aby zarejestrować historyczny test naszych możliwości do obrony Ziemi przed potencjalnie zagrażającą planecie asteroidą. Był to pierwszy eksperyment przeprowadzony przez ludzkość, który miał na celu zmianę trajektorii obiektu znajdującego się w przestrzeni kosmicznej.

Sonda DART (Double Asteroid Redirection Test) uderzyła w asteroidę Dimorphos, małe ciało o średnicy zaledwie 160 metrów. Dimorphos jest księżycem większej skały o średnicy 780 metrów zwanej Didymosem. Żadna z tych asteroid nie zagrażała Ziemi, ale zostały one uznane za idealny cel dla przetestowania możliwości zmiany trajektorii kosmicznego obiektu. Był to pierwszy udany test obrony planetarnej, w którym poprzez uderzenie statku kosmicznego zmodyfikowano orbitę asteroidy.

Ważąca niecałe 600 kilogramów sonda DART o wielkości lodówki uderzyła w asteroidę o gabarytach Wielkiej Piramidy w Gizie z prędkością 22 500 km/h. Przed uderzeniem Dimorphos potrzebował 11 godzin i 55 minut na okrążenie Didymosa. Analiza danych zebranych przez teleskopy naziemne i kosmiczne wykazała, że sonda DART zmieniła orbitę Dimorphosa o 32 minuty, skracając ją do 11 godzin i 23 minut. Wynik ten jest znacznie większy, niż oczekiwano.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Teraz naukowcy zaobserwowali intrygujące następstwa uderzenia sondy DART. Z ich analiz wynika, że uderzenie było tak mocne, iż spowodowało zmianę kształtu asteroidy. Wyniki symulacji oparte na obserwacjach Dimorphosa wykazały, że asteroida składa się z luźno związanych ze sobą fragmentów skał i zwiera wiele pustych przestrzeni. Innymi słowy to powiązana ze sobą grawitacyjnie sterta gruzu i raczej nie powinniśmy spodziewać się znalezienia na niej krateru uderzeniowego, bo ta zmieniła swój kształt. Materiał, z którego zbudowany jest Dimorphos, jest tak luźny, że uderzenie doprowadziło do zmiany układu całej asteroidy i żaden krater nie powstał, ponieważ cała asteroida zmieniła się czy zreorganizowała wokół miejsca uderzenia. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie "Nature Astronomy".

Nie wszystkie asteroidy są takie same. Różnią się składem, pochodzeniem czy orbitą. Niektóre z nich to mniejsze i większe fragmenty skał, jak chociażby kawałki planet zatrzymane w rozwoju w wyniku uderzeń i podzielone na mniejsze fragmenty. Ale część z nich to latające w przestrzeni sterty gruzu składające się z dość dużej ilości mniejszych i większych kamieni luźno powiązanych ze sobą.

To tzw. asteroidy o strukturze gruzowej. Ich charakterystyczną cechą jest to, że sporą część ich powierzchni zajmuje po prostu pusta przestrzeń, znajdująca się pomiędzy tworzącymi ją skałami. Taka struktura ma poważne implikacje dla projektów obrony planetarnej i sugeruje, że tego typu asteroidy będzie trudniej unieszkodliwić.

Dimorphos był bacznie obserwowany zarówno przed, jak i po uderzeniu sondy DART. Była to pierwsza tego typu misja i naukowcy nie byli do końca pewni, jakie mogą być jej skutki i co samo uderzeni może powiedzieć o Dimorphosie.

Zespół astronomów kierowany przez Sabinę Raducan z Uniwersytetu w Bernie w Szwajcarii skupił się na symulacjach, nie obserwacjach. Badacze próbowali odtworzyć w symulacjach zaobserwowane skutki uderzenia.

Uczeni oszacowali ilość głazów, które składają się na Dimorphosa, co dało jakieś pojęcie na temat gęstości obiektu. Dane te zebrała sonda DART na kilka chwil przed uderzeniem. W połączeniu z innymi danymi naukowcy ustalili, że to właśnie asteroida o strukturze gruzowej – podobnie jak asteroidy Ryugu i Bennu, które odwiedziły ziemskie próbniki.

Didymos to również gruzowa asteroida i uważa się, że Dimorphos to nagromadzenie materiału wyrzucanego przez Didymosa podczas jego wirowania czy kolizji. Zgodnie z tym modelem formacji, część tych szczątków pozostawała na orbicie Didymosa i z biegiem czasu zbiły się one w kupę gruzu, w którą NASA uderzyła statkiem kosmicznym.

Z tego też powodu Dimorphos po uderzeniu zachował się w bardzo nietypowy sposób. Zasadniczo uderzenie spowodowało wyrzucenie części materiału z asteroidy i zmieniło ją na dobre, ale bez pozostawienia krateru. Według uczonych, materiał, z którego powstał Dimorphos, jest tak luźny, że uderzenie doprowadziło do zmiany układu całej asteroidy, ale żaden krater nie pozostał, bo miejsce uderzenia po czasie zostało wypełnione przez inne fragmentu gruzu, które wchodzą w skład obiektu. Gruzowa struktura asteroidy sprawia, że jej powierzchnia nieustannie się zmienia.

To zjawisko było już obserwowane przez astronomów. Kiedy sonda OSIRIS-REx dotknęła asteroidy Bennu, aby pobrać próbkę, robotyczne ramię "zatonęło" w jej powierzchni, w luźno utrzymywanym materiale tworzącym obiekt.

Europejska Agencja Kosmiczna ma w planach wysłanie sondy w pobliże układu Didymosa i Dimorphosa i przeprowadzenie szczegółowych badań. Misja ta została nazwana Hera. Astronomowie dzięki niej chcą z bliska sprawdzić następstwa uderzenia misji DART. Są raczej przekonani, że Hera znajdzie przekształconą asteroidę niż krater.

Ma to konsekwencje nie tylko dla naszego zrozumienia ciągłej ewolucji układów podwójnych asteroid, ale także samych obiektów i tego, jak uczeni planują wszelkie nadchodzące misje przekierowania asteroid.

"Ponieważ sonda DART prawdopodobnie spowodowała globalną deformację Dimorphosa, możemy wywnioskować, że podobnie uformowane obiekty łatwo ulegają zmianie, a ich powierzchnie są stosunkowo młode. Ogółem wyniki tego badania dostarczają cennych informacji pozwalających zrozumieć powstawanie i charakterystykę podwójnych asteroid, a także posłużą do przyszłych poszukiwań i wysiłków w zakresie odchylania ich trajektorii – piszą naukowcy w publikacji.

Źródło: The Conversation, Science Alert