Новые лабораторные исследования образцов астероида Бенну указывают на неожиданное происхождение этого небесного тела. Бенну совершает полный оборот вокруг Солнца за 1,2 года и каждые шесть лет приближается к Земле, проходя на расстоянии около 300 тысяч километров. Этим воспользовалось NASA (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США): в 2023 году автоматическая станция OSIRIS-REx провела впечатляющую операцию по забору грунта с поверхности астероида.
Двадцать третьего сентября контейнер с образцами приземлился в пустыне штата Юта, доставив около 120 граммов вещества Бенну. Небольшая, но ценная часть этого материала была передана в ETH Zurich (Швейцарскую высшую техническую школу Цюриха): профессор геохимии изотопов Мария Шёнбехлер получила полграмма для анализа. Лаборатория исследовательницы незамедлительно приступила к изучению проб, и теперь работа завершена, а её итоги опубликованы в журнале Science Advances. Полученные данные не только раскрывают химический «отпечаток» минералов Бенну, но и дают новые представления о формировании Солнечной системы.
Специалисты ETH проанализировали изотопы железа, титана и хрома. Изотопы — это атомы одного и того же элемента, слегка различающиеся по массе. В совокупности они образуют характерный «отпечаток», по которому можно определить происхождение астероида и отчасти его возраст. Измерения показали, что титан и железо распределены по Бенну равномерно. Кроме того, выяснилось, что у Бенну есть близкие «родственники»: астероид Рюгу и так называемые CI-метеориты — класс примитивных, богатых углеродом каменных тел, которые крайне редко встречаются на Земле. Все три объекта обладают схожим изотопным «отпечатком», что говорит об их формировании из одного резервуара космической пыли. При этом по изотопному составу они заметно отличаются от других известных астероидов, метеоритных групп и планет.
До сих пор учёные предполагали, что такие астероиды, как Бенну, образовались во внешних областях Солнечной системы — возможно, там же, где формировались кометы. Считалось также, что Бенну возник относительно поздно в ходе эволюции Солнечной системы, однако новые данные противоречат обеим этим идеям. Наиболее вероятный сценарий: родиной Бенну, Рюгу и CI-метеоритов была область вблизи линии водяного льда — границы, где водяной пар замерзает. Здесь 4,5 миллиарда лет назад, когда Солнечная система ещё только формировалась, смешивались материалы из её внутренней и внешней зон. Лёд, в свою очередь, играл роль «клея», соединявшего мельчайшие частицы пыли.
«Бенну — это гибрид: его материал не соответствует чётко ни внутренней, ни внешней Солнечной системе», — приводит слова Шёнбехлер источник ETH Zurich. Он несёт черты обеих областей и сформировался в особой зоне, где смешивались потоки вещества из этих регионов. Мария Шёнбехлер и её соавторы предлагают следующий сценарий: ключевую роль в образовании этих небесных тел они отводят Юпитеру. Этот газовый гигант сформировался на очень раннем этапе — в течение первого миллиона лет после рождения Солнца из пылевого облака под действием гравитационных сил. Вокруг центральной звезды образовался круговой диск из пыли и газа, включая водяной лёд, внутри которого путём аккреции (наращивания массы) формировались планеты и астероиды.
Из-за быстрого роста Юпитер стал своего рода «опорой моста» внутри этого диска: он блокировал большую часть крупного материала, тогда как мелкая пыль из разных областей диска обтекала его и равномерно перемешивалась в переходной зоне у границы водяного льда. Именно здесь впоследствии образовались предшественники Бенну, Рюгу и CI-метеоритов. Этот сценарий объясняет и то, почему материал Бенну богат водой: лёд поблизости испарялся, и часть водяного пара вновь конденсировалась именно в той области, где формировался астероид. Одновременно защитное влияние Юпитера обеспечило, что Бенну складывался в основном из мелкой пыли. Это объясняет, почему его вещество так химически похоже на солнечное: мелкая пыль, обращавшаяся в диске вокруг молодого Солнца, была тщательно перемешана — примерно как домашняя пыль, которая со временем просто оказывается повсюду.
«Бенну может дать нам лучший шанс увидеть исходную смесь химических элементов, из которой в итоге были построены планеты земной группы», — утверждает Шёнбехлер. Бенну — очень древний астероид: его материал восходит к рождению Солнечной системы около 4,5 миллиарда лет назад и с тех пор почти не изменился. Проводя геохимический анализ Бенну, исследователи углубляют понимание того, как возникла Солнечная система и в каких условиях формировались планеты. Поскольку астероид богат водой и органическими веществами, он также даёт важные элементы картины того, как молодая Земля получала «строительные блоки» для жизни.
«Теперь мы задаёмся вопросом, есть ли у других астероидов такой же изотопный „отпечаток“, как у Бенну и Рюгу», — продолжает Шёнбехлер. Остаётся неясным и то, в какой мере молодой Юпитер способствовал тому, что слипались только мелкие частицы пыли. Дальнейшие исследования помогут прояснить эту картину. Анализ материала Бенну завершён, и теперь профессор ETH с нетерпением ждёт японской миссии по доставке образцов с Фобоса — спутника Марса, запуск которой намечен на конец октября этого года. «Было бы увлекательно получить этот материал и проанализировать его в моей лаборатории», — говорит она. Шёнбехлер намерена подать заявку в Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA), однако ей потребуется изрядная доля терпения: капсула с веществом Фобоса, как ожидается, вернётся на Землю только в 2031 году.