Что скрывают недра Цереры

Несмотря на то, что американский аппарат Dawn, ведущий исследования карликовой планеты Цереры (1 Ceres), не оборудован радиолокационными инструментами, способными «просветить» ее насквозь, астрономы, тем не менее, могут изучать внутреннюю структуру этого небесного тела, зная точную форму его гравитационного поля. Ее, в свою очередь, можно определить по незначительным изменениям орбитальной скорости зонда, влияющим на частоту принимаемых на Земле радиосигналов его передатчика благодаря эффекту Доплера.

Современная техника позволяет измерять эту скорость с невероятной точностью — до 0,1 мм в секунду. Используя данные, полученные указанным способом на протяжении последнего года миссии Dawn, специалисты NASA составили первую гравитационную карту Цереры, содержащую четкие «подсказки» относительно состава и структуры ее недр. Эта карта была опубликована в июльском номере журнала Nature.

Сигналы межпланетных аппаратов принимаются тремя антеннами Дальней космической связи (Deep Space Network — DSN), в которую входят три больших радиотелескопа, расположенных в удаленных друг от друга точках планеты — в Калифорнии (США), Испании и Австралии. В настоящее время они, как правило, осуществляют связь сразу с несколькими зондами, но для проведения точных измерений ненадолго могут быть «нацелены» на какой-то один (для этого во всех трех точках он должен находиться над горизонтом). На протяжении последнего года такие «сеансы одновременного приема» неоднократно проводились с аппаратом Dawn. Полученные данные подтвердили предположения о том, что в далеком прошлом Церера прошла этап частичной дифференциации недр: тяжелые скалистые породы сосредоточились в ее центре, а вода и другие легкие материалы «всплыли» к поверхности. Это, в частности, означает, что на ранних этапах эволюции карликовой планеты имела место фаза разогрева, источники энергии для которого еще предстоит выяснить. Но степень этой дифференциации, судя по всему, значительно ниже, чем у больших планет и их крупнейших спутников, включая Луну.

Гравитационные исследования подтвердили, что Церера находится в состоянии, называемом гидростатическим равновесием (этот факт стал одной из причин того, что в 2006 г. ее отнесли к классу карликовых планет). Оно определяет ее форму, близкую к сферической и с заметным экваториальным избытком массы, который связан с быстрым вращением этого небесного тела — на один оборот вокруг своей оси у него уходит всего 9 часов. Следовательно, его материал обладает достаточной «текучестью», чтобы за небольшие с точки зрения эволюции Солнечной системы интервалы времени эффективно деформироваться под действием сравнительно слабой гравитации карликовой планеты: ускорение свободного падения у ее поверхности в 35 раз меньше соответствующего параметра Земли.

Ранее было установлено, что средняя плотность Цереры, равная 2,16 г/см³, заметно меньше плотности Луны и гигантского астероида Веста (4 Vesta) — предыдущей цели зонда Dawn (не говоря уже о Земле — самой плотной из больших планет). Это означает, что значительную часть ее массы составляют легкие летучие вещества, из которых основным является водяной лед. Таким образом, можно говорить о протяженной ледяной мантии карликовой планеты и даже предполагать наличие жидкого океана под ее замерзшей корой.

Ученые также выяснили, что возвышенности на Церере «вытесняют» массу из своих окрестностей, подобно тому, как лодка, плывущая по воде, вытесняет ее тем больше, чем больше масса лодки. По мнению планетологов, непрочная ледяная мантия Цереры может менять структуру под действием массивных гор и других выдающихся деталей рельефа, как будто они «плавают» на нижележащем материале. Это явление уже подтверждено на примере больших планет (включая Землю), но на столь малом небесном теле оно наблюдается впервые.

Внутренняя структура Цереры, восстановленная на основе гравитационных данных, может стать ключом к пониманию процессов, протекавших в недрах карликовых планет и крупных астероидов на ранних этапах эволюции Солнечной системы. Уже очевидно, что когда-то в прошлом многие из них пережили нагрев, достаточный для таяния водяного льда, но недостаточный для интенсивного испарения образовавшейся воды. По-видимому, алюмосиликатные породы, входящие в состав Цереры, также никогда не проходили стадии полного расплавления, и металлическое ядро у нее не сформировалось.

«Из предыдущих исследований мы знаем, что должно было иметь место взаимодействие между водой и скалистыми породами внутри Цереры, — говорит Кэрол Рэймонд, заместитель главного исследователя миссииDawn из Лаборатории реактивного движения NASA (Carol Raymond, JPL NASA, Pasadena, California). — Это, в сочетании с новой информацией о распределении плотности, свидетельствует о том, что карликовая планета пережила сложную тепловую историю».