Երբ OSIRIS-REx զոնդը 2018 թվականին հասավ Բեննու աստերոիդին, գիտնականները հայտնաբերեցին անսպասելի պատկեր․ այն համեմատաբար հարթ մակերևույթի փոխարեն, որին սպասում էին, տիեզերական սարքը տեսավ գրեթե ամբողջությամբ խոշոր բեկորաքարերով ծածկված լանդշաֆտ։ Այժմ հետազոտողները պարզել են, թե ինչու են այդ քարերը միաժամանակ այդքան արագ տաքանում և սառչում։ Հանելուկի բանալին թաքնված էր դրանց ներսում՝ բազմաթիվ ճեղքերում, որոնք խանգարում են ջերմությանը տարածվել ապարի միջով։

Ինչու Բեննուի մակերևույթը գիտնականներին փակուղու առաջ կանգնեցրեց

Մինչ OSIRIS-REx-ի ժամանումը, դիտարկումները ցույց էին տալիս, որ Բեննուի մակերևույթը աստերոիդի պտույտի ընթացքում արագ փոխում է ջերմաստիճանը։ Դա վկայում էր ցածր ջերմային իներտության մասին՝ նյութի կարողության՝ արևի ճառագայթների տակ արագ տաքանալու և մթության մեջ սառչելու։

Նման կերպ է իրեն պահում, օրինակ, լողափի չոր ավազը։ Խոշոր ամբողջական քարերը սովորաբար ավելի երկար են պահպանում ջերմությունը և ավելի դանդաղ են սառչում։ Այդ պատճառով դիտարկումների արդյունքները տարակուսանք էին առաջացնում․ ինչպե՞ս կարող է զանգվածային բեկորաքարերով ծածկված աստերոիդը այդքան արագ կորցնել ջերմությունը։

«Մենք սպասում էինք որոշ բեկորաքարեր տեսնել, բայց ենթադրում էինք, որ կլինեն նաև ավելի մանր և փուխր հողով մեծ հատվածներ, որոնք հարմար կլիներ հավաքել։ Փոխարենը՝ գրեթե ամենուր քարեր էին», — պատմել է Արիզոնայի համալսարանի Լուսնա-մոլորակային լաբորատորիայից Էնդրյու Ռայանը, ով ղեկավարում էր նմուշների ֆիզիկական և ջերմային հատկությունների ուսումնասիրման աշխատանքային խումբը։

Հնարավոր բացատրություններից մեկը քարերի բարձր ծակոտկենությունն էր․ ապարի ներսի խոռոչները կարող էին արագացնել ջերմափոխանակությունը։ Ինքը՝ OSIRIS-REx-ի դիտարկումները, աջակցում էին այս վարկածին, սակայն վերջնականապես ստուգել այն հաջողվեց միայն նմուշները Երկիր վերադարձնելուց հետո։

Քարերի ներսի ճեղքերը դարձան պակասող օղակը

Ռայանի թիմը Բեննուից ստացված փոքր բեկորներն ուսումնասիրել է մի քանի լաբորատոր մեթոդներով։ Աշխատանքի արդյունքները հրապարակվել են Nature Communications ամսագրում։

Չափումները հաստատեցին, որ ապարն իսկապես շատ խոռոչներ է պարունակում։ Սակայն միայն ծակոտկենությունը բավարար չեղավ՝ բացատրելու աստերոիդի անսովոր արագ սառչելը։

Լրացուցիչ հուշում տվեցին Ճապոնիայի Նագոյայի համալսարանում անցկացված հետազոտությունները։ Գիտնականները կիրառել են համաժամանակյա տաքացմամբ թերմոգրաֆիայի մեթոդը․ լազերը տաքացնում էր նմուշի փոքր հատվածը, իսկ սարքերը հետևում էին, թե ինչպես է ջերմությունը տարածվում նյութի միջով։

Արդյունքները ցույց տվեցին, որ լաբորատորիայում փոքր նմուշների ջերմային իներտությունը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան այն, որը տիեզերական սարքը չափել էր Բեննուի մակերևույթին։ Նմանատիպ անհամապատասխանություն ավելի վաղ հայտնաբերել էր նաև ճապոնական «Հայաբուսա-2» առաքելության թիմը։

Սա նշանակում էր, որ փոքր բեկորների հատկությունները ամբողջությամբ չեն արտացոլում աստերոիդի վրա գտնվող հսկայական բեկորաքարերի վարքը։ Գիտնականներին պետք էր հասկանալ, թե ինչպես է քարերի ներքին կառուցվածքը ազդում ջերմության շարժի վրա ավելի մեծ մասշտաբով։

Գլխավոր հայտնագործությունն այն էր, որ մասնիկների ներսով անցնում է ճեղքերի ճյուղավորված ցանց։ Ծակոտիների հետ միասին դրանք փոխում են ապարի միջով ջերմության տարածման ուղիները։ Հենց այս առանձնահատկությունն օգնեց բացատրել, թե ինչու են Բեննուի զանգվածային բեկորաքարերն ավելի արագ սառչում, քան կարելի էր սպասել սովորական ամբողջական քարերից։

Ռենտգենյան տոմոգրաֆիան թույլ տվեց նայել նմուշների ներսը

Ապարի ներքին կառուցվածքը մանրամասն ուսումնասիրելու համար NASA-ի հետազոտողները օգտագործել են ռենտգենյան համակարգչային տոմոգրաֆիա՝ XCT։ Այս մեթոդը թույլ է տալիս ստանալ օբյեկտի եռաչափ պատկեր՝ առանց այն քանդելու կամ մասերի կտրելու։

Աշխատանքն իրականացվել է Հյուսթոնում գտնվող Ջոնսոնի անվան տիեզերական կենտրոնում։ Նմուշները տեղադրվում էին ազոտից կազմված պաշտպանիչ միջավայրում գտնվող հերմետիկ տարաների մեջ, որպեսզի խուսափեն երկրային նյութերով աղտոտումից։ Այնուհետև տարաներն ուղարկվում էին սկանավորման և վերադարձվում սկզբնական միջավայր, առանց նյութը ենթարկելու երկրային մթնոլորտի ազդեցությանը։

Տոմոգրաֆիան հնարավորություն տվեց ուսումնասիրել ոչ միայն քարերի մակերեսը, այլև դրանց ներքին կառուցվածքը երեք չափումներով։ Ստացված պատկերները պահպանվել են թվային մոդելների տեսքով, որոնք ավելացվել են հանրամատչելի տվյալների բազայում։ Սա հետազոտողներին թույլ կտա ուսումնասիրել նմուշների երկրաչափությունն ու կառուցվածքը՝ առանց կրկին գործ ունենալու բնօրինակ նյութի հետ։

Այնուհետև Ռայանի թիմը սկանավորման տվյալներն օգտագործել է համակարգչային մոդելներում, որոնք հետևում են ապարի միջով ջերմության շարժին։ Գիտնականները հաշվարկները մասշտաբավորել են առանձին մասնիկներից մինչև Բեննուն ծածկող բեկորաքարերին նման քարեր։ Մոդելավորումը վերարտադրել է ցածր ջերմային իներտությունը, որը նախկինում արձանագրել էր OSIRIS-REx-ը։

Ինչ է այս բացահայտումը փոխում աստերոիդների ուսումնասիրման մեջ

Լուծումը կարևոր է ոչ միայն մեկ աստերոիդ հասկանալու համար։ Աստղագետները հաճախ գնահատում են երկնային մարմինների հատկությունները՝ ըստ այն բանի, թե ինչպես է դրանց մակերևույթը կլանում արեգակնային էներգիան և ջերմությունը վերադարձնում տիեզերք։ Նման չափումները թույլ են տալիս հեռվից դատել աստերոիդների կազմի և կառուցվածքի մասին, սակայն առանց նմուշների դժվար է պարզել, թե ապարի որ առանձնահատկություններն են կանգնած դիտվող ցուցանիշների հետևում։

Բեննուի ուսումնասիրությունն օգնում է կապել հեռակա չափումները նյութի իրական բնութագրերի հետ։ Այժմ գիտնականները կարող են ավելի ճշգրիտ հաշվի առնել ծակոտկենության և ներքին ճեղքերի ազդեցությունը այլ աստերոիդների ջերմային դիտարկումները մեկնաբանելիս։

Ռայանի խոսքով՝ հենց ճեղքերն էին այն պակասող տարրը, որը թույլ տվեց բացատրել բեկորաքարերի անսովոր վարքը։ Իսկ Ջոնս Հոփքինսի համալսարանի Կիրառական ֆիզիկայի լաբորատորիայից հետազոտող Ռոն Բալուզը շեշտել է, որ միևնույն աստերոիդի նմուշների վերլուծությունը թույլ է տալիս ստուգել աստղադիտակային դիտարկումների հիման վրա արված եզրակացությունները։

Այսպիսով, Բեննուի հանելուկը կապված էր ոչ այնքան նրա քարերի չափի, որքան այն բանի հետ, թե ինչ է թաքնված դրանց ներսում։ Նույնիսկ զանգվածային բեկորաքարը կարող է իրեն չպահել որպես ապարի ամբողջական կտոր, եթե նրա ներքին կառուցվածքը խոցված է խոռոչներով ու ճեղքերով։