Полеты к другим планетам обычно считаются самой интересной частью исследований космоса. Однако с научной точки зрения изучение некоторых астероидов может быть даже важнее, поскольку среди них могут быть «несостоявшиеся» планеты. Астероид Психея, вероятно, относится именно к такому типу, и по одной из версий считается ядром протопланеты. О происхождении Психеи и об устройстве аппарата для его изучения Psyche — в материале «Газеты.Ru».

В пояс астероидов на плазменной тяге

Запуск зонда Psyche был произведен на ракете Falcon Heavy с мыса Канаверал. (16) Психея — это астероид Главного пояса, расположенного между орбитами Марса и Юпитера (16 — это номер в каталоге). Чтобы добраться до него, предстоит совершить гравитационный маневр у Марса, и тогда на целевую орбиту зонд выйдет в 2029 году.

Пять лет для такого маршрута — довольно малый срок. Его удалось сократить благодаря четырем плазменным двигателям SPT-140 на эффекте Холла. В таких двигателях топливо не сжигают с окислителем, а ионизируют и выбрасывают из сопла с помощью электрического поля. Такая реактивная струя гораздо быстрее и, следовательно, эффективнее, так что путь длиной 3,5 миллиарда километров завершится быстрее и с затратой всего 10% топлива от того объема, который бы потребовался химическому ракетному двигателю.

Источником электроэнергии для двигателей будут солнечные панели площадью 75 м2, при том что сам аппарат в длину не превышает 5 м. В районе земной орбиты эта установка способна вырабатывать 20 кВт, но в Главном поясе это значение сократится в 10 раз.

Сначала аппарат выйдет на орбиту вокруг астероида высотой около 700 км для составления общего его портрета. Спустя некоторое время операторы миссии опустят его до высоты 75 км для более детального исследования, а в теории возможны и более низкие пролеты.

Несостоявшаяся планета?

Диаметр Психеи примерно равен 220 км, хотя по форме он ближе к эллипсоиду, чем к сфере. На его поверхности находятся два крупных кратера диаметром около 90 км, что окончательно делает форму астероида неправильной. Самый интересный вопрос для ученых — как образовалась Психея. Вопрос происхождения неразрывно связан с выяснением точного состава астероида — сколько в нем металла, а сколько силикатов («камней»).

«Изначально металлический и силикатный материал был распределен в Солнечной системе относительно равномерно. Однако при аккрецировании пыли протопланетного диска возникали малые тела — планетезимали и зародыши планет, чей диаметр мог достигать сотен километров. По достижении определенной массы ядро нагревалось и плавилось, и происходила дифференциация. Более плотная металлическая составляющая опускалась к центру, а легкая силикатная оставалась ближе к поверхности. Таким образом, любой металлический астероид — это осколок центральной части более крупного тела, разрушенный в ходе столкновения планетезималей между собой или при иных процессах», — пояснил «Газете.Ru» Михаил Герасимов, заведующий лаборатории Прямых физико-химических исследований планет ИКИ РАН.

Соответственно, вся научная дискуссия о происхождении Психеи базируется на оценках его плотности и состава, добавил ученый. Согласно части имеющихся данных, этот астероид является богатыми металлом ядром крупного тела диаметром около 500 км, который при дальнейшем наборе массы мог стать планетой вроде Марса или Земли. Но этого не произошло, поскольку столкновения сорвали с несостоявшейся планеты силикатную мантию. Однако, по уточненным данным, плотность Психеи равна 3,977 г. на см3, в то время как плотность железных метеоритов обычно достигает 7,9 г на см3. Таким образом, если этот астероид и был когда-то ядром протопланеты, то он должен обладать пористостью около 50%, что маловероятно.

Поэтому ученые рассматривают и другие гипотезы происхождения. Например, родительское тело Психеи могло полностью разрушиться из-за удара и часть осколков под действием гравитации вновь собрались воедино с большой долей бывшего материала ядра. Возможны и другие сценарии, которые планетологи не могут заранее предсказать.

Но даже если Психея не окажется обнаженным ядром зародыша планеты, астероид по-прежнему будет интересен для ученых, поскольку принадлежит к популяции никогда ранее не обследованных первичных тел Солнечной системы.

Поиск ответов

Чтобы поставить точку в этих спорах, на зонде Psyche установлено несколько научных приборов общей массой 30 кг. Среди них камера с возможностью съемки в нескольких спектральных диапазонах, которая позволит отличить каменный материал поверхности от металлического. Также установлен нейтронный и гамма-спектрометр для определения точного элементного состава грунта и магнитометр для изучения остаточного магнитного поля.

Наконец, для исследования внутренней структуры астероида на аппарате установлена система X-band Gravity Science Investigation. Она посылает на Землю радиосигналы и позволяет определять доплеровский сдвиг частоты с высокой точностью — если тело идет к наблюдателю, длина волн сокращается, а если удаляется, то растет. Благодаря этому скорость движения Psyche будет известна с точностью до тысячных долей миллиметра в секунду или даже большей, что позволит увидеть влияние неоднородностей внутри астероида на движение по орбите вокруг него. Иными словами, планетологи смогут построить примерную карту плотности внутренней структуры астероида.

Также на зонде установлена экспериментальная система лазерной дальней космической связи. Потенциально ее скорость передачи данных в 100 раз выше, чем в радиодиапазоне. Но прежде, чем переходить к ее использованию, инженеры хотят испытать ее работоспособность на больших расстояниях.

Если миссия пройдет удачно, то ученые получат данные о том, как формировались планеты в молодой Солнечной системе и какие условия были в протопланетном диске. Psyche далеко не единственный аппарат с подобной миссией, а часть большой кампании. Например, недавно на Землю доставили образцы астероида Бенну, а к 2027 году аппарат Lucy достигнет древнейших астероидов в районе орбиты Юпитера. Если Psyche, Lucy и другие подобные миссии пройдут удачно, к 2030-м годам ученые смогут построить гораздо более точную модель эволюции Солнечной системы и ответить на вопрос, как именно образовалась Земля.