В марте 2015 года миссия НАСА Dawn прибыла к Церере, протопланете и крупнейшему объекту пояса астероидов. Миссия Dawn изучает старейшие объекты Солнечной системы, чтобы составить представление об условиях и процессах, происходивших на ранних этапах её существования. Dawn уже определила, что на Церере распространены водоносные минералы, что говорит о том, что на протопланете раньше был глобальный океан.
Это, конечно, вызвало много вопросов: что случилось с океаном, и не могло ли на Церере до сих пор сохраниться воды? В связи с этим команда Dawn недавно провела два исследования, проливших свет на эти вопросы. В первом полученные по гравитации данные использовались для описания внутренностей протопланеты. Во втором изучалась топография небесного тела с целью определения её структуры.
Первое исследование, «Ограничения на внутреннее строение Цереры и эволюцию исходя из её формы и гравитации, измеренных космическим аппаратом Dawn», недавно было опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research. Команда, ведомая постдоком из JPL Антоном Ермаковым, включала в себя исследователей из Годдардского центра космических полётов, Немецкого аэрокосмического центра, Колумбийского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Массачусетского технологического института.
Фото Цереры, сделанное зондом Dawn
Команда работала с данными по гравитации протопланеты, собранными зондом Dawn после выхода на орбиту вокруг Цереры. Используя сеть дальней космической связи НАСА для отслеживания небольших изменений орбиты космического корабля, Ермаков с коллегами смогли провести измерения формы и гравитации на Цереры, чтобы определить её состав и строение.
Они обнаружили признаки наличия геологической активности на Церере; если и не в текущий момент, то в относительно недавнем прошлом. Это видно по трём кратерам – Оккатор, Керван и Ялод – и по единственной высокой горе Цереры, Ахуна Монс. Их связывают с «гравитационными аномалиями», расхождениями между моделями гравитации Цереры и тем, что зонд Dawn наблюдает в реальности.
Команда заключила, что эти четыре особенности и другие заметные геологические образования служат признаками криовулканизма подповерхностных структур. Более того, они определили относительно низкую плотность коры, стоящую ближе ко льду, чем к твёрдым скалам. Но это не совпало с предыдущим исследованием, выполненным Майклом Блэндом из Геологической службы США.
В исследовании Блэнда, опубликованном в журнале Nature Geoscience в 2016 году, отмечалось, что лёд вряд ли будет основным компонентом плотной коры Цереры, поскольку он для этого слишком мягок. Естественно, возникает вопрос, каким образом кора может быть лёгкой, как лёд, совпадая с ним по плотности, и при этом гораздо более прочной. Для ответа на этот вопрос вторая команда попыталась смоделировать эволюцию поверхности Цереры.
Гравитационные данные по Церере, обеспечившие подсказки по поводу её строения
Их исследование, «Внутреннее строение Цереры, открытое при помощи поверхностной топографии и гравитации», было опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters. Команда под управлением Роджера Фу, адъюнкт-профессора из Департамента Земли, атмосферных и планетарных наук в MIT, состояла из работников Виргинского технологического института, Калифорнийского технологического института, Юго-западного исследовательского института, Геологического общества США и Национального института астрофизики Италии.
Они изучали прочность и состав коры Цереры и внутреннее строение, основываясь на её топографии. Моделируя потоки коры протопланеты, Фу с коллегами определили, что она, скорее всего, состоит из смеси льда, солей, камней и клатратных гидратов. Такие структуры, состоящие из молекулы газа, окружённой молекулами воды, получаются в 100-1000 прочнее водяного льда.
По их теории такая высокопрочная структура может покоиться на более мягком слое, содержащем определённое количество жидкости. Это позволяет топографии Цереры меняться со временем и сглаживать особенности, которые когда-то выделялись сильнее. Также этот вариант отвечает на вопрос о возможном океане – он замёрз и его сковала жёсткая кора. Тем не менее, часть его вод до сих пор должна находиться в жидком состоянии под поверхностью.
Эта теория совпадает с несколькими моделями термической эволюции, опубликованными до того, как Dawn прибыла к Церере. Модели утверждают, что внутри Цереры находится жидкая вода, что похоже на находки, сделанные на луне Юпитера, Европе, и на луне Сатурна, Энцеладе. Но в случае Цереры эта жидкость может быть остатками древнего океана, а не результатом текущей геологической активности внутренностей небесного тела.
Возможное внутреннее строение Цереры
Все вместе эти исследования показывают, что у Цереры была долгая и бурная история. В первом исследовании было обнаружено, что кора Цереры представляет собой смесь льда, солей и водоносных материалов – представляющих большую часть древнего океана. Второе исследование говорит о том, что под жёсткой поверхностной корой Цереры скрывается более мягкий слой, что может быть признаком жидкости, оставшейся от океана.
Как объяснила Джули Кастильо-Роджез, участник проекта Dawn в JPL и соавтор в обоих исследованиях: «Мы всё больше узнаём о том, что Церера – сложный, динамичный мир, у которого было много воды в жидкой фазе в прошлом, и может сохраняться какое-то её количество в настоящем».
19 октября 2017 года НАСА объявила, что миссия Dawn продляется, пока у аппарата не закончится топливо – это произойдёт где-то во второй половине 2018-го. Продление означает, что Dawn будет находиться на орбите вокруг Цереры, когда та пройдёт через перигелий в апреле 2018-го. В это время поверхностный лёд начнёт испаряться и формировать временную атмосферу.
В этот период и далее аппарат будет оставаться на стабильной орбите вокруг Цереры, и продолжит отправлять информацию об этой протопланете. Полученные данные помогут улучшить наше понимание ранних этапов развития Солнечной системы и процесса её эволюции в течение миллиардов лет.
В будущем, возможно, мы отправим к Церере аппарат, который сможет спуститься на её поверхность и исследовать её топографию напрямую. Если всё получится, в будущем миссии смогут исследовать и внутренности Цереры, а также других «океанских» миров вроде Европы и Энцелада, и выяснить, что скрывается под их ледяной поверхностью!