ИСТИНА

- Как показывают результаты исследований метеоритов, представляющих собой в основном фрагменты малых небесных тел, астероиды – это наиболее древние и наименее измененные с момента своего возникновения тела Солнечной планетной системы, которые содержат информацию о первичных процессах формирования планет. Наиболее эффективным массовым методом дистанционных исследований астероидов, как безатмосферных небесных объектов, является спектрофотометрический, позволяющий с помощью дифференциальных астрофизических измерений и расчета спектров диффузного отражения этих тел, проводить оценку состава их вещества по характерным и достаточно широким минералогическим полосам поглощения. Следует отметить, что этот метод основан на использовании близких к астероидам по спектральным характеристикам метеоритов (имеющихся в земных коллекциях и детально изученных), как аналогов вещества. В качестве других дистанционных методов изучения твердых небесных тел применяются также поляриметрия и радиолокация, но они в основном используются как дополнительный источник информации. Важно подчеркнуть, что с развитием космических (прямых) исследований астероидов значимость дистанционных методов не только не уменьшается, а, наоборот, возрастает по причине стремительного роста открытий новых тел: только в Главном поясе их уже насчитывается более миллиона. Кроме того, в течение примерно последнего десятилетия среди астероидов Главного пояса обнаружен новый класс объектов – так называемые "активные астероиды" (их также называют «кометами Главного пояса» - КГП). Это тела (их пока известно несколько десятков), у которых были зарегистрированы хотя бы один раз выраженные признаки кометной активности (образование комы или хвоста). Один из самых информативных каналов изучения кометной активности подобных тел - их наблюдения (получение спектров и изображений) в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне с помощью средств космического базирования. Несмотря не то что оптическая толщина в видимом диапазоне продуктов кометной активности малых тел (пылевой и газовой атмосферы) очень мала, в УФ такие структуры диагностируются гораздо увереннее (именно поэтому кометная программа Космического телескопа Хаббла нацелена на изучение таких объектов). Такая хорошо детектируемая активность может возникать, как правило, при столкновениях тел или сильных метеороидных ударах, ведущих к дезинтеграции тел, или при интенсивной сублимации льдов, содержащихся в теле астероида и появившихся на поверхности астероида вследствие удара. Обсуждаются и другие механизмы (напр., Jewitt, 2012) но все они слабы и требуют для активации весьма специфичных условий. Однако, наши исследования показывают (Busarev et al., 2015, 2018, 2021), что наиболее частой и распространенной (хотя и относительно слабой и не проявляющейся так явно как у КГП) может быть сублимационная активность астероидов примитивных типов, ведущая к образованию у них временной пылевой экзосферы у перигелия, при наиболее высоких подсолнечных температурах. Особый интерес представляет обнаружение одновременной сублимационной активности на нескольких астероидах примитивных типов вблизи перигелия (Busarev et al., 2018, 2021). Это указывает на значительную распространенность и высокое содержание водяного льда на примитивных астероидах Главного пояса, что можно рассматривать как признак образования большинства таких астероидов (или их родительских тел) за снеговой линией, в зонах формирования планет-гигантов и, в первую очередь, Юпитера (Busarev, 2012). - В данном проекте мы предлагаем провести: (1) определение или уточнение базовой минералогии вещества доступных для наблюдения астероидов Главного пояса, а также астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ) (до ста объектов ежегодно) на основе их спектрофотометрических и/или многополосных (UBVRI) наблюдений и моделирования их спектров отражения, (2) поиск признаков сублимационно-пылевой экзосферы у астероидов примитивных типов, находящихся у перигелия, (3) лабораторные измерения спектров диффузного отражения и определение минералогии вещества ранее неизученных образцов метеоритов (из метеоритной коллекции РАН и др.) для создания первой отечественной базы данных этих характеристик, необходимых для более точной дистанционной оценки состава вещества астероидов, (4) изучение эволюции параметров орбит популяций малых тел Главного пояса, АСЗ и Троянцев Юпитера под влиянием планет-гигантов и планет земной группы для определения наиболее вероятных сценариев пополнения и характерного времени существования этих популяций, (5) подготовку программы наблюдений активных астероидов в УФ-диапазоне с помощью космической УФ-обсерватории "Спектр-УФ", . - Обнаружение активности астероидов открывает новую возможность их более глубокого исследования. Обнаружение новых активных объектов и изучение их природы перечисленными методами должны дать более точные ответы на ключевые вопросы не только о происхождении астероидов, но связанные с ними другие. Один из таких фундаментальных вопросов – это обоснование доставки астероидами примитивных типов воды (напр., Piani et al., 2018) и сложных органических соединений (например, аминокислот, обнаруженных в углистых хондритах) (напр., Cobb, Pudritz, 2014) на раннюю Землю, что, вероятно, обеспечило создание условий для возникновения жизни. Следует также упомянуть два важнейших практических аспекта изучения малых тел, вызывающих в последнее время значительный интерес (или озабоченность), – это астероидно-кометная опасность и использование внеземных природных ресурсов. Таким образом, обозначенные проблемы, на решение которых направлен предлагаемый проект, входят в число наиболее обсуждаемых на мировом уровне.

- As the results of studies of meteorites (which are mainly fragments of small celestial bodies) show, asteroids are the oldest and least modified bodies of the Solar planetary system since their origin, which contain information about the primary processes of planet formation. The most effective frequently used method of remote studies of asteroids is a spectrophotometric one, which allows for estimates of the composition of their substance by the characteristic and sufficiently wide mineralogical absorption bands, from the results of differential astrophysical measurements and calculation of diffuse reflectance spectra of these bodies. It should be noted that this method is based on the use of meteorites (available in terrestrial collections and examined in detail) that are close to asteroids in spectral characteristics and can serve as analogs of matter. Polarimetry and radar are also among remote methods for studying solid celestial bodies, but they are mainly used as an additional source of information. It is important to emphasize that with the development of space (in situ) research of asteroids, the importance of remote methods not only does not decrease, but, on the contrary, increases due to the rapid growth in the number of discoveries of new bodies: there are already more than a million of them only in the Main Belt. In addition, during the last decade or so, a new class of objects has been discovered among the asteroids of the Main Belt – the so-called "active asteroids" or "Main Belt Comets" – MBCs. These are bodies (a few tens of them are known so far) on which distinct signs of cometary activity (formation of a coma or a tail) have been detected at least once. One of the most informative channels for studying cometary activity of such bodies is their observations (obtaining spectra and images) in the ultraviolet (UV) range using space-based means. Despite the fact that the optical thickness of products of cometary activity (the dust and gas atmosphere) is very small in the visible range, in the UV such structures are diagnosed much more confidently (that is why the comet program of the Hubble Space Telescope is aimed at studying such objects). Detectable activity of this kind can occur, as a rule, during collisions of bodies or strong impacts of meteoroids that lead to the disintegration of bodies or during the intense sublimation of ice contained in the body of an asteroid and appeared on the surface of the asteroid due to impact. Other mechanisms are also discussed (see for example Jewitt, 2012; Jewitt et al., 2015), but they all are too weak and require for very specific conditions for activation. However, our researches show (Busarev et al., 2015, 2018, 2021) that sublimation activity of primitive-type asteroids may be the most frequent and widespread (although relatively weak and not manifesting itself as clearly as that on MBCs). It leads to the formation of a temporary dust exosphere on an asteroid during its perihelion passage, when the subsolar temperatures of its surface are highest. Of particular interest is the detection of simultaneous sublimation activity on several primitive-type asteroids near perihelion (Busarev et al., 2018, 2021). This indicates the apparently widespread occurrence of water ice and its high content of water ice on primitive asteroids of the Main Belt, which in turn can be considered as a sign of the formation of most of these asteroids (or their parent bodies) beyond the snow line, in the zones of formation of giant planets and, first of all, Jupiter (Busarev, 2012). - In this project, we propose: (1) to determine or refine the basic mineralogy of the substance of the Main Belt asteroids available for observation, as well as near-Earth asteroids (NEAs) (up to a hundred objects annually) based on their spectrophotometric and/or multiband (UBVRI) observations and modeling of their reflectance spectra; (2) to search for signs of sublimation-driven dust exosphere on primitive- type asteroids located at perihelion; (3) to perform laboratory measurements of diffuse reflectance spectra, determine the mineralogy of the substance of previously unexplored meteorite samples (from the meteorite collection of the Russian Academy of Sciences, etc.), and create the first domestic data base of these characteristics required for a more accurate remote analog assessment of the composition of asteroid matter; (4) to study the evolution of the parameters of the orbits of populations of small bodies of the Main Belt, NEAs and Jupiter Trojans under the influence of giant planets and terrestrial planets for determining the most likely replenishment scenarios and the characteristic lifetime of these populations; (5) to prepare a program of UV observations of active asteroids with the space UVobservatory "Spekrt-UF". - The detection of asteroid activity opens up a new opportunity for their deeper investigation. The discovery of new active objects and the study of their nature by the methods listed above should provide more correct answers to key questions not only about the origin of asteroids, but to the other questions related to them. One of such fundamental questions is the justification for the delivery of water by primitive-type asteroids (e.g., Piani et al., 2018) and complex organic compounds (for example, amino acids found in carbonaceous chondrites) (e.g., Cobb, Pudritz, 2014) to the early Earth, which probably provided the conditions for the emergence of life. It is also worth mentioning two most important practical aspects of the study of small bodies that have recently aroused considerable interest (or concern): asteroid-comet hazard and the use of extraterrestrial natural resources. Thus, the identified problems, the solution of which will be in the focus of the proposed project, are among the most discussed at the global level.

- Спектрофотометрия с низким спектральным разрешением (R~100) и/или UBVRI-фотометрия на 5 телескопах до 100 доступных для наблюдений астероидов с последующей обработкой наблюдательных данных и расчетом их спектров отражения (или аппроксимированных спектров отражения). Изучение базового химико-минералогического состава поверхностного вещества астероидов (при отсутствии активности или при пренебрежимо слабых ее проявлениях) или состава и структуры частиц их пылевой экзосферы с помощью численного моделирования. - Ввод в эксплуатацию СК на базе монохроматора МДР-41, приобретенного для выполнения проекта. Поиск и подготовка образцов-аналогов (метеоритов и минералов) и выполнение измерений на СК спектров диффузного отражения в диапазоне 200-2500 нм не менее 40 таких образцов, а также проведение их других исследований (в зависимости от имеющегося количества вещества каждого образца). - Усовершенствование (повышение точности) программы линейного географического комбинирования спектров отражения образцов-аналогов с помощью сравнения спектров расчетной и экспериментальной минеральных смесей с эквивалентными долевыми соотношениями образцов, имеющих заданный гранулометрический состав и известные (измеренные) спектры отражения. - Будет отлажен программный комплекс (на основе кода REBOUND и GENGA) для выполнения динамических расчетов популяций астероидов. - На основе динамических расчетов будет построена модель диффузии орбит астероидов в фазовом пространстве (элементов орбит). В результате будет найден ответ на принципиально важный вопрос о возможности пополнения населения астероидов с кометной активностью (т.е льдосодержащих тел) в Главном поясе астероидов в результате диффузии орбит в пространстве элементов орбит.

Нами выполнены спектрофотометрические наблюдения астероидов, расчет, анализ и моделирование их спектров отражения, измерения спектральных и других характеристик их образцов-аналогов (метеоритов и минералов), а также моделирование динамической эволюции ансамблей таких тел. Перечислим некоторые результаты. - Выполнено линейное моделирование спектров отражения астероидов на основе комбинирования спектров отражения их образцов-аналогов с известным составом из открытых баз данных, что позволило уточнить базовую минералогию ряда астероидов. - Впервые обнаружена одновременная сублимационно-пылевая активность 3 астероидов примитивных типов Главного пояса (145, 704, 779) и Марс-кроссера (1474), находившихся у перигелия в сентябре 2012 г. в период высокой солнечной активности. Предложен новый метод регистрации такой активности по максимумам рассеяния света в спектрах отражения астероидов на 0,5 и 0,6-0,8 мкм. Обоснование метода выполнено с помощью численного моделирования спектральных характеристик условного астероида, окруженного пылевой экзосферой (Busarev et al., ICARUS, 2015, 2018, 2021). - Впервые обнаружены признаки сублимационно-пылевой активности 6 астероидов примитивных типов Главного пояса (19, 177, 203, 266, 379, и 383) и одного астероида M-типа (250), которые находились вблизи перигелия в декабре 2020 года при низкой солнечной активности, но оказались подверженными солнечной вспышке в рентгеновском диапазоне (с мощностью выше средней) и связанного с ней солнечного коронального выброса массы (Бусарев и др., 2022). - Для изучения динамической эволюции исследуемых малых тел Солнечной системы группой накоплен определенный опыт (Шустов и Золотарев, 2021; Золотарев и Шустов, 2021; Шустов и др., 2022). В частности, для моделирования динамической эволюции ансамбля астероидов, сближающихся с Землей, мы использовали универсальный программный код REBOUND для N-тел (Rein et al.2012), который находится в свободном доступе под лицензией с открытым исходным кодом.

- Изучение наших ранее полученных UBVRI-данных 29 астероидов Главного пояса примитивных типов позволило обнаружить признаки квази-одновременной сублимационной активности вблизи перигелия у 7 астероидов, 145 Адеоны, 302 Клариссы, 322 Фео, 435 Эллы, 521 Бриксии, 690 Вратиславии и 779 Нины (у 302, 322, 435, 521 и 690 – впервые), то есть у ~24% от их общего числа. Вероятные спектральные признаки активности (которые нуждаются в подтверждении) были обнаружены еще у 5 астероидов (424, 751, 762, 778 и 859). У 12 астероидов с неизвестными таксономическими классами, у которых отсутствовали признаки пылевой активности, сделаны оценки таксономических (спектральных) классов и преобладающей минералогии поверхностного вещества. Сублимационная активность 145 Адеоны и 779 Нины нами зарегистрирована уже в третий раз на протяжении последних 10 лет, что указывает на регулярность этого явления и соответствует примерно трем периодам обращения этих астероидов вокруг Солнца. Последние наблюдательные результаты подтверждают наши предположения о массовом характере сублимационно-пылевой активности астероидов примитивных типов Главного пояса вблизи перигелия, как признака содержания в их недрах льдов (в основном Н2О). В свою очередь, это может быть связано с происхождением родительских тел таких астероидов за снеговой линией, в зонах формирования Юпитера и других планет-гигантов (Busarev, 2012). Для всех включенных в данную наблюдательную программу астероидов проведен сравнительный анализ физических и динамических параметров. Кроме того, изучены распределения значений большой полуоси орбиты, эксцентриситета, наклонения орбиты и геометрического альбедо у астероидов крупных семейств, возглавляемых 24 Фемидой и 145 Адеоной, активность которых нами обнаружена (эти распределения приведены на рисунке 3 в файле с дополнительными материалами). Сделан вывод, что астероиды с сублимационно-пылевой активностью имеют заметный разброс указанных параметров по сравнению с их средними значениями у астероидов наибольших размеров с номерами от 1 до 300. Но для получения более определенных выводов необходимы исследования значительно большего количества астероидов с проявлениями пылевой активности (Бусарев В.В., Щербина М.П., Кузнецов С.Ю.). - Предложен универсальный метод обнаружения пылевой экзосферы у твердых безатмосферных небесных тел (независимо от их типа, включая АСЗ), образовавшейся в результате действия любых физических механизмов. Этот метод основан на спектрофотометрических или многополосных (UBVRI) наблюдениях тел и является эффективным и высокочувствительным. В частности, основными индикаторами наличия пылевой экзосферы у астероидов с пылевой активностью служат обнаруженные нами максимумы рассеяния света на частицах (субмикронных размеров и агрегатной структуры) экзосферы в спектрах отражения таких тел у ~0.4-0.5 мкм и/или ~0.7-0.8 мкм, нехарактерные для их более плотного поверхностного вещества, или в случае предельно малой оптической толщины экзосферы ─ быстрые изменения общего наклона спектра отражения, не коррелирующие с периодом вращения астероидов. Корректность предложенного метода подтверждается результатами численного моделирования переноса излучения в пылевой экзосфере с рассеивающими свет агрегатными частицами разного состава (льды, силикаты, аморфный углерод и органика типа толинов) и структурой (Бусарев В.В., Петрова Е.В.). - Сформирована основная часть набора веществ-аналогов метеоритного вещества, определен их минеральный и химический состав. Выработана методика подготовки гранулометрических фракций материалов-аналогов с минимизацией потерь при промежуточных операциях, с перспективой применения для изготовления препаратов из метеоритного вещества (Лоренц К.А). Выполнен поиск и подготовка для измерений 40 образцов-аналогов (метеоритов и минералов), а также изготовлено 80 проб гранулометрических фракций (Лоренц К.А., Савелова А.А., Щербина М.П., Максимова М.В.). На СК в диапазоне 200-2500 нм измерены спектры отражения 3 образцов минералов и их смесей, являющихся аналогами вещества астероидов (Бусарев В.В., Савелова А.А., Максимова М.В.). - Показано, что рассеяние на агрегатах субмикронных частиц формирует на длинах волн короче 0.6 мкм интерференционные детали, положение которых определяется как размерами этих частиц (но не самих агрегатов), так и действительной частью их показателя преломления. Структура агрегата и вариации (до 20%) размеров составляющих частиц слабо влияют на положение этих деталей. Форма спектра на более длинных волнах также зависит от размеров зерен в агрегатах и может служить дополнительным критерием для оценки этого параметра. Расчеты, выполненные для агрегатных частиц, поглощающих в коротковолновом диапазоне (что характерно для многих веществ, которые можно ожидать обнаружить на астероидах), показывают, что поглощение существенно ослабляет интерференционные детали, появляющиеся в этом диапазоне. Поэтому попытки обнаружения сильно поглощающих частиц в экзосфере и оценки их свойств по таким деталям в спектре не могут дать надежных результатов, в отличие от моделирования для частиц слабо поглощающих материалов. Присутствие в экзосфере активного астероида однородных субмикронных частиц со слабым поглощением вызывает устойчивый рост интенсивности на длинах волн короче 0.40.5 мкм. Спектральные измерения на длинах волн короче 0.35 мкм могут помочь более уверенной оценке свойств слабо поглощающих, как агрегатных, так и однородных частиц в экзосферах активных астероидов (Петрова Е.В.). - Уточнена оценка характерного времени убыли tNEA населения астероидов, сближающихся с Землёй (АСЗ). tNEA – это медианное время, за которое количество АСЗ уменьшается вдвое. Это средняя по ансамблю величина tNEA составила 3.5 млн лет. Однако значения темпа убыли для различных областей пространства орбит АСЗ отличаются на порядки величины! На рис. 4 в файле с дополнительными материалами показана зависимость tNEA от элементов орбиты. Получено распределение по каналам убыли АСЗ. Получена зависимость от времени количества N(t) АСЗ (относительно начального количества N0), уходящих из области определения АСЗ по различным каналам. Со временем относительное распределение по различным каналам меняется, но количество безвозвратно ушедших астероидов (вследствие выброса из Солнечной системы, столкновения с планетами или Солнцем) монотонно растет. На момент 20 млн лет доля АСЗ столкнувшихся с планетами составляет -- 4%, столкнувшихся с Солнцем -- 15%, выброшенных из Солнечной системы -- 48%. В результате сравнения ударного и кометного механизмов сублимационно-пылевой активности астероидов показано, что частота столкновений астероидов-ударников, обладающих достаточной кинетической энергией (10^11 Дж) для выброса значительного (т.е. дающего заметные проявления в наблюдаемых спектрах) количества пыли, с астероидом-мишенью диаметром ~100 км составляет ~2 события в год. При характерном времени проявления пылевой активности, вызванной ударным механизмом, ~0.01 года из примерно 300 астероидов ГПА диаметром более 100 км в любой момент времени несколько астероидов находится в активном состоянии. Это заключение согласуется с наблюдениями, хотя статистика активности пока еще накоплена недостаточная. Показано, что для обеспечения эффективности кометного механизма столкновения должны быть мощнее (характерная энергия 10^13 Дж), чтобы вскрывать льдосодержащие слои на достаточно большой площади. Этот механизм также может объяснить проявление сублимационно-пылевой активности астероидов ГПА, несмотря на меньшую частоту мощных столкновений. Если рассчитанная частота проявлений сублимационной активности крупных астероидов (в каждый момент времени ~1 астероид в активном состоянии) будет подтверждена в дальнейших наблюдениях, то в этом случае многие (если не все) астероиды примитивных типов можно условно рассматривать как объекты промежуточного типа между классическими астероидами с высокотемпературным составом вещества и кометами, т.е. объектами, являющиеся важной составляющей астероидно-кометного континуума. Для астероида 145 Адеона получены оценки для массы выброшенной пыли и размеров кратеров, которые необходимы для активации наблюдаемой сублимационно-пылевой активности ударным механизмом (для гипотез как ударного, так и кометного механизмов), а также получены оценки темпа соударения данного астероида с телами-ударниками с необходимой энергией (Шустов Б.М., Золотарев Р.В.). - Для астероидов 1 Церера, 4 Веста, 51 Немауза, 250 Беттина и 704 Интерамния, для которых были получены лучшие результаты при поиске модельных метеоритных приближений к их спектрам отражения (cм. рисунок 2 в файле с дополнительными материалами), сделаны следующие оценки состава поверхностного вещества путем подбора наиболее близких метеоритных аналогов или их смесей: 1 Церера (спектральный класс G по Толену и С по SMASSII) – Allende (CV3); 4 Веста (спектральный класс V по Толену и по SMASSII) – 66% Yamato 75011 (эвкрит) + 34% Millbillillie (эвкрит); 51 Немауза (спектрального класса CU(Ch)) – Mighei (CM2); 250 Беттина спектрального класса M(Xk)) – 61% Mokoia (CV3) + 36% Abee (E4) + 2% Queen Alexandra Range 93372 (EH5); 704 Интерамния (спектрального класса F(B)) – 55% Murchison (CM2) + 43% Ivuna 700 (CI1) + 2% Yamato 82162 (C1/2) (Савелова А.А., Бусарев В.В.).