Крупные астероиды мигрировали по Солнечной системе

Между орбитами Марса и Юпитера расположен пояс астероидов — главный «ареал обитания» сравнительно небольших небесных тел Солнечной системы. Астероиды очень неоднородны по химическому составу, размеру, а также происхождению. Согласно новому исследованию, крупные тела пояса вроде Весты — самой яркой среди них — исходно возникли не там, где мы видим их сейчас.

Многим привычно рассматривать Солнечную систему как что-то вроде часового механизма, части которого находятся на своих местах и мерно двигаются по точным орбитам со времени своего формирования. То есть сжатия из газопылевого облака 4,5 миллиарда лет назад. Однако планеты в прошлом могли сталкиваться, сдвигать друг друга и мигрировать, меняя расстояние от своей орбиты до Солнца. Выходит, некоторые небесные тела начинали свою биографию вовсе не там, где мы их наблюдаем.

То же касается сравнительно небольших объектов — астероидов, которые имеют размер от десятков метров (меньшие тела называют метеороидами) до сотен километров. Или почти тысячи, если к астероидам отнести Цереру, которая сейчас удостоена звания карликовой планеты.

Многие из них могли в прошлом иметь сложную историю с миграцией по Солнечной системе. Авторы новой статьи в Planetary Science Journal применили вычислительное моделирование, чтобы реконструировать исходное состояние Главного пояса астероидов (прежде всего массу) и узнать, откуда «родом» самые крупные из них вроде Весты.

Напомним: Веста — это самый яркий астероид, который можно даже разглядеть с Земли невооруженным глазом. Ее диаметр — примерно 500 километров, однако он варьируется, поскольку Веста имеет неправильную форму.

Авторы новой научной работы отметили, что население Главного пояса астероидов разнородно. В нем выделяют прежде всего объекты S-комплекса, которые образовались ближе к Солнцу, внутри орбиты Юпитера. А вот представители C-комплекса родом из более далеких областей Солнечной системы. Происхождение сказалось на химическом составе астероидов двух типов. В первых очень мало воды, а вторые состоят из нее на 5-20 процентов и к тому же богаты летучими соединениями.

Астрономы создали сложную модель пояса астероидов, которая описывает его начиная с 500 миллионов лет после появления Солнечной системы. Использованная модель относится к вычислительным и рассматривает динамику небесных тел, их столкновения и рост за счет слияния.

Отдельное внимание уделили соседним планетам, прежде всего такому тяжеловесу, как Юпитер. В отдельных случаях газовый гигант располагался на разных орбитах или не рассматривался вовсе. Это важно, ведь в прошлом миграции Юпитера от Солнца и к нему могли сильно сказаться на населении Главного пояса астероидов за счет его гравитации.

Оценка числа тел диаметром от 500 километров (синим), которые должны были сформироваться в поясе астероидов при его разной исходной массе / © R. Deienno et al., 2024, The Planetary Science Journal

Исследователи поставили цель узнать, насколько велика была исходная масса пояса астероидов. Мнения ученых на этот счет разнятся: одни считают, что первичная масса пояса астероидов была много меньше, другие — что сильно не менялась. Сейчас она крайне мала — почти в две тысячи раз меньше земной. Причем треть приходится на Цереру и еще девять процентов — на Весту. Из этого вещества нельзя собрать даже более-менее приличный спутник планеты, не говоря о ней самой.

Из статьи следует, что пояс астероидов с самого начала своей истории был довольно небольшим по массе. В противном случае, если верна гипотеза о его «разреживании» при исходно много большей массе, мы наблюдали бы десятки тысяч близких по размеру к Весте астероидов. На деле их считаные единицы.

Согласно моделированию, отдельные радиальные секторы пояса астероидов со временем потеряли исходную однородность. Одни оказались малонаселенными, другие приобрели заметно большую суммарную массу.

Астрономы сделали вывод, что тела S-комплекса прибыли из более далеких областей нашей планетной системы. Поэтому их нельзя считать «коренными жителями» пояса астероидов. Скорее всего, по происхождению это планетезимали земного типа, то есть «зародыши», из которых формировались планеты.

Стоит сказать, что Церера — самый крупный объект пояса астероидов, относящийся к другому классу — скорее всего, также не сформировалась на современной орбите. Недавно астрономы предположили, что она образовалась за орбитой Сатурна, что объясняет особенности химического состава малой планеты.