Астероид Веста в системе аномалий Солнечной системы. Часть 2

Часть 1. http://artefact-2007.blogspot.com/2011/11/1.html

    Федор Дергачев

    Прежде чем «встроить» астероид Веста в ряд других аномалий Солнечной системы, необходимо тщательно проанализировать, что же известно об этом небесном теле на сегодняшний день.

    Физические свойства Весты

    «Изображения камеры WFPC2 телескопа Хаббл показывают, что Веста имеет несовершенную форму трехосевого эллипса с полуосями 289, 280, и 229 километров (Томас и другие., 1997a). Есть отклонения на 15-20 км от гладкой эллипсоидальной формы (Томас и другие., 1997b).

    Наибольшее поверхностное углубление - огромный кратер на Южном полюсе, 20-30 км глубиной и приблизительно 200 км в поперечнике (Томас и другие., 1997b). Как мы увидим позже, этот большой кратер – свидетельство того, что Веста могла быть родителем HED метеоритам на Земле.

    Использование среднего радиуса 266 км и формулы (4/3) πr³ дает объем для Весты 78 800 000 км³. Для сравнения, объем Луны в в 279 раз больше. Масса Весты была найдена, исследуя её влияние на астероид 197 между её орбитой и орбитой Марса, и была определена как находящаяся между 2.75x10²³ г и 2.99x10²³ г (Томас и другие., 1997b). Это дает плотность - массу, разделенную на объем – приблизительно 3.7 г/см³ (Томас и другие., 1997a). Плотность Весты сравнима с плотностью других астероидов и камней, и отсюда может предполагаться её состав. Основываясь на изобилии элементов в космосе, есть относительно небольшой выбор для состава скалистой планеты. Большинство скалистых планет и астероидов состоят из комбинации оливина, пироксена, полевого шпата и железа.

    Обычная скала (подобно скале, состоящей из оливина, пироксена или  полевого шпата) имеет плотность приблизительно 3 г/см³, но железо имеет плотность 7.9 г/см³. Уже только из этих фактов мы можем говорить, что в составе Весты должно быть приблизительно камней 86 % и железа 14 %.

    Гравитация Весты определена, используя массу и формулу: F = (GMm) / R², где G – универсальная гравитационная постоянная, М и m – массы Весты и объекта, притягиваемого гравитацией Весты, и R - расстояние между центром Весты и этим объектом. Ускорение свободного падения  Весты, по рассчетам, около 0.22 м/с². Это – в (7.4 ±0.8) раза меньше, чем на Луне (Томас и другие., 1997a). Из-за низкой гравитации, воздействия на Весту далеко выбросывают обломки и оставляют вторичные воздействия. Многие из кратеров на Весте имеют центральные пики, которые формируются, когда ударные волны от воздействующих метеоритов идут через вещество коры и отражаются от границы мантии (Consolmagno и Schaefer, 1994). Возможно, что гравитация также связана с центральным пиком в кратерах. Если это истинно, тогда величина гравитации по сравнению с Луной показывает нам, что Веста требует того, чтобы кратер был по крайней мере шириной 460 км (по сравнению с 60 км на Луне) чтобы производить центральный пик (Томас и другие., 1997a). Воздействия метеоритов - единственный путь изменения поверхности Весты, и они, кажется, относительно немногочисленны, так что Веста имеет старую кору, остающуюся почти той же самой с момента, когда она сформировалась (Gaffey, 1997). Она не имеет никакой атмосферы, ветра или воды, чтобы разрушить особенности, и только подвергнута бомбардировке всех летящих в космосе обломков и крошечных частиц солнечного ветра - и случайное большее воздействие метеоритов.

    Основаываясь на присутствии плавленного базальта, Веста вероятно имела период вязкого состояния, которое позволило ей достичь приближенно равновесную форму (Томас и другие., 1997b). Когда Веста остывала, она не вращалась достаточно быстро (но – не сейчас) чтобы иметь экваториальную выпуклость, так что она сохранила сферическую форму. Современное отклонение от этого может объясняться сильными ударными воздействиями на Весту (Томас и другие., 1997b). Из-за небольшого размера Весты, она не возвращается к сфере после воздействия, как это делает более массивное тело подобно Земле.

    Даже очень большое воздействие, подобное одному, ответственному за огромный кратер на Южном полюсе, не может полностью привести Весту к форме равновесия. Как и на Венере, планете с составом, аналогичным Весте, вулканизм был более важен, чем вязкое состояние, так что маловероятно, что много воздействий достаточно расплавили поверхность, чтобы привести вмятины назад к равновесию, но весьма вероятно, что Веста расплавилась от вулканизма рано в своей истории.

Оползень на астероиде Веста http://apod.nasa.gov/apod/ap111128.html

    Свойства поверхности

    Поверхностные минералы Весты могут быть определены, используя спектроскоп. Делая запись спектра света, отраженного от Весты, ученые обнаружили, какие минералы были на поверхности. Томас (1997a) сообщает, что спектроскопические исследования с помощью HST указали на базальтовую кору. Базальт – вообще состоит из плагиоклаза, пироксена и оливина. В общем согласии, Gaffey (1997) говорит, что поверхность – с примесями железа - и кальция - богата пироксеном. Базальт формируется, когда расплавленная порода быстро охлаждается на поверхности, а пироксен обычно вызван дифференциацией магмы, так что это подтверждает, что Веста имела вулканическую деятельность и сообщает нам, из какого вида материала была вытекающая или расплавленная мантия.

    Кора - не вся гомогенна. Фактически, кажется, есть полусферические изменения в поверхностных материалах (Gaffey, 1997). Это найдено по виду альбедо Весты. Для Весты оно показывает темную второстепенную поверхность с различными более светлыми областями, которые вращаются с вращением Весты (Томас и другие., 1997a). Низкий альбедо (темный) фон идентифицирован как затемненный с возрастом эвкрит(эвкрит – плагиоклаз – пироксен - базальт). Одна более светлая вращающаяся область, которая может быть легко замечена около экватора, выдвигает гипотезу, что это может быть ударный кратер, который обнажил материал мантии. Другие светлые области, как думают, также являются результами воздействий, все демонстрируя богатый оливином и диогенитом материал мантии (Gaffey, 1997).

    Команда Томаса (1997a) исследовала изменение состава с глубиной в области кратера. На большом кратере на Южном полюсе Весты спектроскопические данные дали свидетельство, что было более высокое содержание кальция и зерен, богатых пироксеном, глубоко в пределах коры или той части оливиновой мантии, которая была обнажена воздействием.

    Подводя итоги, кора - прежде всего базальт/эвкрит (плагиоклаз и пироксен) с областями оливина, поступающего из мантии.

    Параметры вращения

    Полюс вращения Весты был найден (как сообщено Томас и другие., 1997b), выбирая пять точек на планете, которые были особенно ярки или темны и могли быть легко наблюдаемы на снимках, и регистрации их движения в течение вращения. Точки не будут двигаться относительно друг друга (!) но след из любых прямых линий и полюса вращения будет перпендикулярен линиям, или концентрическим дугам, чей центр может быть рассчитан (в зависимости от того, проводились наблюдения ведущей или ведомой стороны.

    Эти данные затем были объединены с результатами второго метода, использующего лимб и координаты терминатора. Было найдено, что Веста вращается с периодом 5.342 часа (Томас 1997a) вокруг полюса с α = 308 ° ± 10 °, δ = 48 ° ± 10 °, J2000 (Томас, 1997b),

    Где α в градусах соответствует расстоянию полюса вращения - вокруг астрономического экватора - от первой точки Овена, и δ относится к наклону полюса вращения относительно астрономического экватора. (Астрономический экватор - плоскость экватора Земли. Первая точка Овена - звезда, которая составляет линию с Землей и Солнцем в день весеннего равноденствия.) Основываясь на этом наклонении, различные части Весты должны по разному освещаться солнцем в течение различных частей года и Веста должна поэтому испытывать сезоны».

    Ссылка:

    Thomas P.C., Binzel R.P., Gaffey M.J., et al. Impact excavation on asteroid 4 Vesta: Hubble Space Telescope results // Science. 1997. V. 277. P. 1492–1495.

    Уточнены данные о поверхности астероида Веста

    «Учёные НАСА, работающие с зондом Dawn («Рассвет»), продолжают возиться с тайнами астероида Веста.

    Эксперты подтверждают открытие более старого ударного кратера, о чём «КЛ» уже сообщала, и приходят к выводу, что огромные желоба, опоясывающие астероид, стали результатом тех двух ударов.

Два кратера в окрестностях южного полюса Весты
 (здесь и ниже изображения NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA).

    «Старый бассейн» образовался около 3,8 млрд лет назад, тогда как тот, который лучше видно (его окрестили Реей Сильвией — в честь матери Ромула и Рема), появился примерно 2,5 млрд лет назад. Это не более чем предварительные оценки, они могут измениться.

    «Мы обнаружили много удивительных вещей на Весте, — суммирует Кэрол Раймонд из Лаборатории реактивного движения НАСА, заместитель главного исследователя миссии. - Веста совершенно уникальна. Результаты превзошли все наши ожидания».

    Учёные представили последние данные на пресс-брифинге ежегодного собрания Геологического общества Америки, а также рассказали о деталях в эксклюзивном интервью сайту "Universe Today". Главный вывод на данный момент звучит так: Веста — самая маленькая планета земного типа в Солнечной системе.

С момента выхода на орбиту, который состоялся в июле, фотоаппараты «Рассвета» сняли бóльшую часть поверхности Весты с 250-метровым разрешением, а спектрометр для картирования в видимом и инфракрасном излучении — с 700-метровым разрешением. Всё это — с высоты 2 700 км.

    Бросается в глаза дихотомия Весты, то есть принципиальная разница между её северным и южным полушариями. Северное старше и сильнее изрыто кратерами, тогда как южное — более яркое и гладкое. На южном полюсе расположена гигантская гора, а на экваторе — глубокие желоба. Цвет и морфология поверхности чрезвычайно разнообразны. Южное полушарие имеет базальтовую литологию, северное — ударную.

    Всё это может быть напрямую связано с двумя огромными кратерами, находящимися в южном полушарии. Желоба охватывают 240˚ долготы. Г-жа Раймонд и её коллеги полагают, что это результат столкновений. «Ключевой частью доказательства стал тот факт, что серия впадин в северном полушарии, которые выглядят старше (то есть сильнее разрушены), огибает более древний ударный кратер, — отмечает специалист. — С другой стороны, экваториальные впадины окружают Рею Сильвию. Кратер Рея Сильвия местами моложе, чем экваториальные желоба. Объяснить это можно обвалами и оползнями».

    Разобраться в ситуации помогут наблюдения, которые ведутся уже сейчас: «Рассвет» снизился и 29 сентября приступил к картированию поверхности с более высоким разрешением.

Южное полушарие Весты

    Кратер Рея Сильвия имеет около 475 км в диаметре. Он один из самых глубоких (20– 25 км) в Солнечной системе. В его центре находится огромный пик высотой около 22 км и 180 км в поперечнике. Он сопоставим с крупнейшей горой Солнечной системы — марсианским Олимпом. Рея Сильвия частично перекрывает более старый кратер, который пока обозначают как «Старый бассейн». Его диаметр составляет примерно 375 км.

    Эти кратеры особенно интересны в связи с тем, что Веста считается источником большого числа метеоритов типа HED (Howardite, Eucrite, Diogenite — говардит, эвкрит, диогенит). Существование на Весте кратера, относящегося к эпохе поздней тяжёлой бомбардировки, ожидалось.

    Спектрометр «Рассвета» обнаружил на поверхности астероида пироксеновые пачки (типичный базальтовый материал). Признаков оливина на поверхности не найдено. Температура поверхности составляет 220 - 270 К». (Подготовлено по статье «Dawn Discovers Surprise 2nd Giant South Pole Impact Basin at Strikingly Dichotomous Vesta» с сайта Universe Today , русский текст: Дмитрий Целиков. 18 октября 2011 года, 14:19). http://science.compulenta.ru/640740/  

    «Is Vesta the "Smallest Terrestrial Planet?"» (Веста: астероид или карликовая планета?)   



«Like Earth and other terrestrial planets, asteroid Vesta has ancient basaltic lava flows on the surface and a large iron core. It also has tectonic features, troughs, ridges, cliffs, hills and a giant mountain. False colors in this montage denote topography, where the colors indicate heights ranging from -22 km to +19 km above a reference ellipsoid». [video]
http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2011/09dec_vestaplanet/ 

Облет трехмерной модели Весты, построенной на основе фотографий космического аппарата НАСА «Рассвет» https://www.youtube.com/watch?v=jq0SsdrQcYk

    «Астероид Веста в системе аномалий Солнечной системы». Часть 3. http://artefact-2007.blogspot.com/2011/12/3.html