Когда зонд OSIRIS-REx прибыл к астероиду Бенну в 2018 году, учёные обнаружили неожиданную картину: вместо относительно гладкой поверхности, на которую они рассчитывали, космический аппарат увидел ландшафт, почти полностью покрытый крупными валунами. Теперь исследователи выяснили, почему эти камни при этом так быстро нагреваются и остывают. Ключ к разгадке оказался скрыт внутри них — в многочисленных трещинах, которые мешают теплу распространяться через породу.

Почему поверхность Бенну поставила учёных в тупик

До прибытия OSIRIS-REx наблюдения показывали, что поверхность Бенну быстро меняет температуру по мере вращения астероида. Это указывало на низкую тепловую инерцию — способность материала быстро нагреваться под солнечными лучами и остывать в темноте.

Подобным образом ведёт себя, например, сухой песок на пляже. Крупные цельные камни обычно сохраняют тепло дольше и остывают медленнее. Поэтому результаты наблюдений вызывали недоумение: как астероид, покрытый массивными валунами, может так быстро терять тепло?

«Мы ожидали увидеть некоторые валуны, но рассчитывали, что найдутся и большие участки с более мелким и рыхлым грунтом, который будет удобно собирать. Вместо этого почти повсюду были камни», — рассказал Эндрю Райан из Лунно-планетной лаборатории Университета Аризоны, руководивший рабочей группой по изучению физических и тепловых свойств образцов.

Одним из возможных объяснений была высокая пористость камней: пустоты внутри породы могли ускорять теплообмен. Наблюдения самого OSIRIS-REx поддерживали эту гипотезу, однако окончательно проверить её удалось только после возвращения образцов на Землю.

Трещины внутри камней оказались недостающим звеном

Команда Райана исследовала небольшие фрагменты Бенну с помощью нескольких лабораторных методов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Измерения подтвердили, что порода действительно содержит много пустот. Но одной пористости оказалось недостаточно, чтобы объяснить необычно быстрое охлаждение астероида.

Дополнительную подсказку дали исследования, проведённые в Университете Нагои в Японии. Учёные применили метод термографии с синхронным нагревом: лазер нагревал небольшой участок образца, а приборы отслеживали, как тепло распространяется по материалу.

Результаты показали, что тепловая инерция небольших образцов в лаборатории заметно выше, чем та, которую измерил космический аппарат на поверхности Бенну. Аналогичное расхождение ранее обнаружила команда японской миссии «Хаябуса-2».

Это означало, что свойства маленьких фрагментов не полностью отражают поведение огромных валунов на астероиде. Учёным требовалось понять, как внутренняя структура камней влияет на движение тепла в более крупном масштабе.

Главная находка заключалась в том, что внутри частиц проходит разветвлённая сеть трещин. Вместе с порами они меняют пути распространения тепла через породу. Именно эта особенность помогла объяснить, почему массивные валуны Бенну остывают быстрее, чем можно было бы ожидать от обычных цельных камней.

Рентгеновская томография позволила заглянуть внутрь образцов

Чтобы подробно изучить внутреннее строение породы, исследователи NASA использовали рентгеновскую компьютерную томографию — XCT. Метод позволяет получить трёхмерное изображение объекта, не разрушая его и не разрезая на части.

Работу проводили в Космическом центре имени Джонсона в Хьюстоне. Образцы помещали в герметичные контейнеры внутри защитной среды из азота, чтобы избежать загрязнения земными веществами. Затем контейнеры отправляли на сканирование и возвращали в исходную среду, не подвергая материал воздействию земной атмосферы.

Томография позволила рассмотреть не только поверхность камней, но и их внутреннюю структуру в трёх измерениях. Полученные изображения сохранили в виде цифровых моделей, которые добавили в общедоступную базу данных. Это позволит исследователям изучать геометрию и строение образцов, не прибегая к повторным манипуляциям с оригинальным материалом.

Затем команда Райана использовала данные сканирования в компьютерных моделях, отслеживающих движение тепла через породу. Учёные масштабировали расчёты от отдельных частиц до валунов, подобных тем, что покрывают Бенну. Моделирование воспроизвело низкую тепловую инерцию, которую ранее зафиксировал OSIRIS-REx.

Что открытие меняет в изучении астероидов

Разгадка важна не только для понимания одного астероида. Астрономы часто оценивают свойства небесных тел по тому, как их поверхность поглощает солнечную энергию и отдаёт тепло в космос. Такие измерения позволяют судить о составе и структуре астероидов на расстоянии, но без образцов трудно установить, какие именно особенности породы стоят за наблюдаемыми показателями.

Исследование Бенну помогает связать дистанционные измерения с реальными характеристиками материала. Теперь учёные могут точнее учитывать влияние пористости и внутренних трещин при интерпретации тепловых наблюдений других астероидов.

По словам Райана, именно трещины стали недостающим элементом, который позволил объяснить необычное поведение валунов. А исследователь Рон Баллуз из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса подчеркнул, что анализ образцов одного и того же астероида позволяет проверить выводы, сделанные по телескопическим наблюдениям.

Таким образом, загадка Бенну оказалась связана не столько с размером его камней, сколько с тем, что скрывается внутри них. Даже массивный валун может вести себя не как цельный кусок породы, если его внутреннее строение пронизано пустотами и трещинами.