Образцы, доставленные с астероида Бенну аппаратом NASA, раскрывают неожиданные подробности формирования Солнечной системы около 4,5 миллиарда лет назад. Новый химический анализ ставит под сомнение прежние теории о месте рождения этого небесного тела и указывает на важную роль Юпитера в формировании материалов, из которых сложились Бенну и другие древние объекты. Об этом сообщает портал ScienceDaily.
Бенну совершает полный оборот вокруг Солнца за 1,2 года, а к Земле приближается примерно раз в шесть лет, подходя на расстояние около 300 тысяч километров. Миссия NASA OSIRIS-REx добралась до астероида, взяла пробы с его поверхности и в 2023 году успешно доставила их на Землю. Двадцать третьего сентября 2023 года капсула с примерно 120 граммами астероидного вещества приземлилась в пустыне штата Юта, после чего учёные по всему миру получили небольшие порции этого ценного груза для детальных исследований. Среди них была Мария Шёнбехлер, профессор геохимии изотопов в ETH Zurich (Швейцарской высшей технической школе Цюриха), чья лаборатория получила полграмма материала Бенну и сразу приступила к его изучению.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, выявило характерную химическую подпись, которая помогает установить происхождение Бенну и даёт новые данные о процессах, формировавших раннюю Солнечную систему. Специалисты ETH Zurich проанализировали изотопы трёх элементов — железа, титана и хрома. Изотопы представляют собой разновидности одного химического элемента с разным числом нейтронов и, соответственно, слегка различающейся массой; по их соотношению учёные определяют химический «отпечаток» материала и получают сведения о том, откуда взялись его компоненты и когда они образовались.
Анализ показал, что железо и титан распределены по веществу Бенну на удивление равномерно. Кроме того, обнаружилась тесная химическая связь между Бенну, астероидом Рюгу и редкой группой примитивных метеоритов, известных как CI-метеориты. Эти богатые углеродом остатки ранней Солнечной системы за миллиарды лет почти не изменились и крайне редко встречаются среди метеоритов, найденных на Земле. Схожие изотопные подписи Бенну, Рюгу и CI-метеоритов говорят о том, что их исходный материал происходил из одного резервуара древней космической пыли, а от других известных астероидов, метеоритных групп и планет их химические характеристики заметно отличаются.
Долгое время считалось, что примитивные астероиды вроде Бенну сформировались во внешней части Солнечной системы, возможно в тех же далёких областях, где возникали кометы, а их исходное вещество сложилось сравнительно поздно. Новые данные опровергают оба предположения. По мнению исследователей, материал Бенну, Рюгу и CI-метеоритов накапливался вблизи так называемой линии водяного льда — границы в диске вокруг молодого Солнца, где температура позволяла водяному пару замерзать. Около 4,5 миллиарда лет назад эта область могла служить местом встречи вещества из разных частей формирующейся системы: пыль из внутренних и внешних районов смешивалась, а лёд помогал мельчайшим частицам слипаться в более крупные тела. «Бенну — это гибрид: его материал не соответствует чётко ни внутренней, ни внешней Солнечной системе», — приводит слова Шёнбехлер источник.
Исследователи также предложили сценарий, объясняющий такое смешивание, и ключевую роль в нём отвели Юпитеру. Газовый гигант начал формироваться очень рано — примерно в течение миллиона лет после рождения Солнца, когда молодое светило окружал вращающийся диск из газа, пыли и льда. Быстро набирая массу, Юпитер своим мощным тяготением стал перераспределять материал в диске: он действовал как своеобразный барьер, не пропуская большинство крупных частиц через свою орбиту, но позволяя мелкой пыли обходить его. В результате эта пыль из разных областей диска активно перемешивалась у линии водяного льда, и из неё, по версии учёных, образовались родительские тела Бенну и Рюгу, а также объекты, давшие начало CI-метеоритам. Такой сценарий объясняет и обилие водосодержащих веществ в Бенну, и его химическое сходство с Солнцем. «Бенну может дать нам лучший взгляд на исходную смесь химических элементов, из которой в конечном итоге были построены планеты земной группы», — отмечает Шёнбехлер. Поскольку вещество астероида сформировалось около 4,5 миллиарда лет назад и с тех пор почти не менялось, его образцы особенно ценны для восстановления условий, существовавших до завершения формирования Земли и других каменистых планет.
Часть вопросов пока остаётся открытой. «Сейчас мы задаёмся вопросом, есть ли у других астероидов такая же изотопная подпись, как у Бенну и Рюгу», — продолжает Шёнбехлер. Учёные также хотят точнее понять, как Юпитер влиял на движение пыли и способствовало ли его тяготение накоплению особенно мелких частиц. Новые образцы астероидов помогли бы проверить предложенный сценарий. Теперь Шёнбехлер рассчитывает на ещё одну возможность изучить вещество ранней Солнечной системы: Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) готовит миссию по доставке проб с Фобоса, одного из двух спутников Марса, с запуском в конце октября 2026 года. «Было бы интересно получить этот материал и проанализировать его в моей лаборатории», — говорит она. Учёная планирует подать заявку в JAXA на доступ к образцам, но капсула с веществом Фобоса, как ожидается, вернётся на Землю только в 2031 году.