Астрономи откриха, че орбитата на Марс приютява останки от антични мини-планети
6 април 2017 г.
Планетата Марс споделя своята орбита с няколко малки астероида – така наречените троянци. Международен екип от астрономи с помощта на Very Large Telescope в Чили откриха, че повечето от тези обекти имат еднакъв химичен състав, т. е. те най-вероятно са останки от мини-планета, която отдавна е била унищожена от сблъсък. Резултатите са представени в статия, която се появи в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society през април.
Астероидите троянци споделят орбитите на планетите. Те се движат в орбита на едно и също средно разстояние от Слънцето, уловени в капана на гравитационни "сигурни убежища", намиращи се на 60° преди и след дадена планета. Специалното значение на тези места е открито през 18-ти век от френският математик Жозеф Луи Лагранж. В негова чест сега те са известни като "Лагранжови точки". Точката, предхождаща дадената планета се означава като L4, а тази зад планетата – като L5.
Около 6000 такива астероида троянци са били открити в орбитата на Юпитер и около 10 – в орбитата на Нептун. Смята се, че те датират от ранните времена на Слънчевата система, когато разпределението на планетите, астероидите и кометите е било много по-различна от наблюдаваното днес.
Засега Марс е единствената планетата от земен тип, за която е известно, че има астероиди троянци на стабилни орбити. Първият марсиански троянец е открит преди повече от 25 години в точката L5 и е наименуван "Eureka" във връзка с известният древногръцки математик Архимед. Известните днес Марсиански троянци са девет, но дори тази относително малка група показва интересна структура, която не е виждана никъде другаде в Слънчевата система.
Като начало, всички Марсиански троянци, освен един, са зад Марс – в лагранжовата точка L5 (Фигура 1, ляво). Нещо повече: орбитите на всички (с изключение на един) от осемте L5 троянци се групират около Eureka (Фигура 1, дясно). Причината за неравномерното разпределение на тези обекти все още не е изяснена, въпреки че има няколко възможни обяснения. В единият сценарий, сблъсък разрушава стар астероид, намирал се някога в точката L5 и фрагментите от него съставят групата, която наблюдаваме днес. Друга възможност е, че процесът наречен “rotational fission” е накарал Eureka да си ускори въртенето и в крайна сметка да изхвърли малки парчета от себе си в хелиоцентрична орбита. Каквато и да е причината, групирането категорично показва, че астероидите в това семейство някога са били част от един обект – прародител. Въпреки че косвените доказателства за тази хипотеза са силни, решаващ тест е опита да се установи дали тези астероиди имат еднакъв химичен състав. За щастие това може да се провери чрез измерване на цвета на слънчевата светлина, отразена от повърхността на астероидите или с други думи – чрез получаване на техните спектри.
С тази цел международен екип от астрономи, ръководен от Apostolos Christou и Галин Борисов от Обсерваторията Арма в Северна Ирландия, Великобритания, използваха X-SHOOTER спектрографа, монтиран на телескопа VLT Unit 2 “Kueyen” в Южноевропейската обсерватория, в началото на 2016 г., за да регистрират спектрите на два астероида, които принадлежат към семейството Eureka. Това са 311999 и 385250. При анализа на спектрите им се установи, че и двата обекта са абсолютно копие на Eureka (Фиг. 2) и това потвърждава връзката между астероидите в семейството. Откритието е първо такова проучване за тези астероиди. Спектрите показват, че те са съставени предимно от оливин – минерал, който обикновено се образува в много по-големи обекти, при условия с високо налягане и температура. Изводът е, че тези астероиди вероятно са реликтов материал от мантията и вътрешността на мини-планети или "протопланети", които, подобно на Земята, някога са си обособили собствена кора, мантия и ядро. Същите обаче са били унищожени при сблъсъци.
Christou посочва, че "съществуват много други семейства в астероидния пояс между Марс и Юпитер, а дори и сред троянците на Юпитер, но никое от тях не е съставено от астероиди с доминиращ оливин в химичния състав. Това е свързано с така нареченият “missing-mantle problem”: който се изразява в това, че ако съберем масата на различни минерали в астероидния пояс и по-специално тези, които смятаме, че са от разбити астероиди, ще имаме дефицит на mantle материал спрямо скалната кора и металната сърцевина.
Въпреки, че откритието на това семейство астероиди с доминиращ оливин в химичния състав не решава окончателно проблема с липсващия mantle материал, това показва, че mantle материалът е присъствал в близост до Марс в ранната история на Слънчевата система. Както обяснява Christou: "Нашите резултати показват, че този материал е участвал във формирането на Марс, а може би и на планетите – негови съседи, като например нашата собствена Земя”.
Изследователски екип: Apostolos Christou, Galin Borisov and Stefano Bagnulo (Armagh Observatory and Planetarium, Armagh, United Kingdom), Aldo dell'Oro (INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italy), Alberto Cellino (INAF, Osservatorio Astrofisico di Torino, Torino, Italy) and Tomasz Kwiatkowski (Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland). Галин Борисов също е свързан с Националната астрономическа обсерватория (НАО) Рожен, Българска академия на науките.
Връзка към статията в MNRAS: https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/466/1/489/2608775/The-olivine-dominated-composition-of-the-Eureka?redirectedFrom=fulltext
Връзка към статията в arxiv.org (свободен достъп) https://arxiv.org/abs/1701.07725
Фиг. 1. Ляво: орбитите на известните марсиански троянци около точките на Лагранж L4 и L5 (отбелязани с кръстчета) спрямо Марс (червен диск) и Слънцето (жълт диск). Пунктираната окръжност показва средното разстояние Слънце-Марс.
Дясно: увеличение на частта отбелязана с пунктиран правоъгълник, показваща пътя на осемте L5 троянци: 1998 VF31 (означени като "VF31" – в синьо), Eureka (в червено) и 6-те обекта, определени като членове на семейството ѝ (кехлибар). Плътните дискове показват относителните размери на астероидите. Eureka, най-голямият член, е около 2 km в диаметър.
Авторско право върху фигурата: Apostolos Christou.
Фиг. 2: Спектрите на Eureka и на астероидите от нейното семейство (385,250) 2001 DH47 (в червено) и (311 999) 2007 NS2 (черно), получени със спектрографа на X-СХООТЕР на Very Large Telescope (VLT) в Чили. Спектърът на 5261 Eureka е изобразен в синьо. Трите спектъра са много сходни и показват общ химичен състав, което се случва рядко при астероидите.
Авторско право върху фигурата: Галин Борисов.