Около 4,6 миллиарда лет назад наша Солнечная система сформировалась из огромного диска газа и пыли, вращающегося вокруг Солнца. Астероиды, которые мы наблюдаем сегодня, — это одни из наиболее полных артефактов этого формирования, которые сохранились до наших дней. Исследователи могут изучать эти плавающие капсулы времени и исследовать их состав, форму и состав поверхности, чтобы понять, какой была наша Солнечная система в момент своего рождения.
Учёные классифицируют астероиды по категориям на основе сходных характеристик. В статье, опубликованной в The Planetary Science Journal, под руководством учёного из IPAC Джо Масиеро представлены доказательства того, что два различных типа астероидов могли иметь общее суровое прошлое.
«Астероиды дают нам возможность взглянуть на то, что происходило в ранней Солнечной системе, как на стоп-кадр условий, существовавших при формировании первых твёрдых объектов», — сказал Масиеро.
Используя данные из обсерватории «Паломар» Калифорнийского технологического института, Масиеро сосредоточился на двух категориях астероидов: одной, богатой металлами, и другой, состоящей из смеси силикатов и других материалов. Хотя они имеют совершенно разные составы, у них есть уникальный пыльный слой материала, состоящего из железа и серы, называемый троилитом.
«Троилит встречается очень редко, поэтому мы можем использовать его в качестве отпечатка пальца, который связывает эти два разных типа объектов друг с другом», — сказал Масиеро.
Астероиды разделены на разные классы на основе спектра света, отражаемого их поверхностью, обозначаемого буквами, такими как M, K, C и другими. Спектры могут показать присутствие углерода, силикатов или металлов в реголите, или поверхностной пыли астероида.
В этом исследовании Масиеро рассматривал астероиды типа M и K. Астероиды типа M богаты металлами, в то время как астероиды типа K состоят из силикатов и других материалов и, как считается, связаны с древним гигантским столкновением между астероидами. Около 95% земной коры и мантии состоят из силикатов.
Но одни и те же материалы на астероидах могут выглядеть по-разному в зависимости от формы астероида, размера реголита (пыли, гальки, валунов) и фазового угла астероида относительно Солнца.
Астероиды в нашей Солнечной системе постоянно движутся: вращаются вокруг Солнца и вращаются вокруг своей оси. Из-за этого, как и у Луны, у астероидов есть фазы. Фазовый угол — это угол между Солнцем, астероидом и Землёй.
«Хотя спектры показывают, что на поверхности этих объектов есть разные минералы, мы пытаемся выяснить, насколько они действительно отличаются друг от друга», — сказал Масиеро. «Мы хотим отмотать время назад, чтобы понять, как они формировались и в каких условиях они формировались в ранней Солнечной системе».
Масиеро обратился к поляризации, особенно в ближнем инфракрасном диапазоне, как к методу изучения астероидов. Измеряя поляризацию отражённого света на астероидах типа M и K, Масиеро показал, что два ранее отдельных спектральных класса астероидов могут быть связаны через их поверхностный состав.
Поляризация описывает направление волн, составляющих свет, аналогично тому, как яркость является измерением количества фотонов, а цвет — измерением длины волны. Различные поверхностные минералы имеют разные поляризационные отклики при отражении света, так же, как они могут иметь разные цвета.
Изменения фазового угла астероида могут существенно повлиять на поляризацию, и этот отклик является результатом разнообразия материалов на поверхности. Масиеро использовал изменение степени поляризации в зависимости от фазового угла для исследования состава поверхностей астероидов. Этот метод может исследовать состав, даже когда минералы не имеют цвета или спектрального отклика.
«Поляризация даёт нам представление о минералах в астероидах, которое мы не можем получить, просто наблюдая, насколько хорошо астероид отражает солнечный свет, или изучая спектр отражённого света», — сказал Масиеро. «Поляризация даёт вам третью ось для изучения вопросов о минералогии поверхности, которая не зависит от яркости или спектральной информации».
Масиеро использовал инструмент WIRC+Pol в обсерватории «Паломар» Калифорнийского технологического института в горах над Сан-Диего, Калифорния.
«Паломар — это потрясающий объект. Очень приятно работать с командой наблюдателей там; операторы телескопа и поддерживающие астрономы действительно помогают убедиться, что вы можете получить наилучшие возможные данные», — сказал Масиеро. «Для данных по инфракрасной поляризации, которые мне были нужны, нет другого инструмента, который мог бы получить почти такие же глубокие данные. Это уникальная возможность, доступная только в Паломаре».
После исследований поляризации Масиеро приходит к выводу, что астероиды типа M и K имеют одинаковую пыльную поверхность из троилита, материала сульфида железа.
Масиеро утверждает, что наличие троилита является признаком того, что эти два типа астероидов на самом деле произошли из похожих типов исходных более крупных объектов, которые позже распались, образовав астероиды, которые мы видим сегодня.
Различные общие составы астероидов могут быть связаны с различными слоями внутри крупных исходных объектов. Подобно тому, как Земля имеет ядро, мантию и кору, состоящие из разных материалов, эти типы астероидов могли произойти из разных слоёв.
Пыль троилита могла быть в изобилии на исходном объекте до его разрушения, или это могло быть облако пыли, покрывшее всё после разрушения, но его корни до сих пор неизвестны.
«Вы не можете вскрыть Землю, чтобы увидеть, что находится внутри, но вы можете посмотреть на астероиды — оставшиеся куски и детали, неиспользованные компоненты формирования Солнечной системы — и использовать их, чтобы увидеть, как были построены наши планеты», — сказал Масиеро.
Предоставлено Калифорнийским технологическим институтом.