Койпероид

Еще один наброс: итеративный космический бильярд Оберта

Есть такие довольно многочисленные объекты – околосолнечные кометы (sungrazers), перигелии которых находятся на расстоянии менее 12 солнечных радиусов от Солнца. Зонд SOHO их видит чуть ли не ежедневно. В основном это мелкие тела, диаметром всего несколько десятков метров, и видны они только благодаря тому, что при испарении порождают ярчайшие комы. Но нет особых сомнений, что количество подобных посещающих близкие окрестности Солнца объектов гораздо больше того, что мы видим. Например, среди них должно быть много старых выпаренных остатков комет диаметром около 1 км, которые выдерживают гораздо более высокие температуры, чем «свежие» кометы, и не создают комы, и еще больше – их обломков. У всех этих комет большое наклонение орбиты (из-за того, что на орбиты с низким перигелием их «заталкивает» эффект Козаи), но широта и долгота перицентра (т.е. направление куда направлена большая полуось орбиты) могут иметь любые значения.

Найдем подходящий сангрейзер, перехватим его на большом расстоянии от Солнца (где его скорость маленькая), и высадим на него команду роботов с большим запасом ядерных зарядов. Когда сангрейзер будет проходить перигелий, разгоним его серией ядерных взрывов. Допустим, для определенности, что перигелий на расстоянии 6 солнечных радиусов от центра Солнца, а приращение скорости за счет разгона равно 5 км/с. Тогда, благодаря эффекту Оберта, скорость разогнанного сангрейзера на бесконечности будет около 50 км/с. Будем для определенности придерживаться этих значений.

https://vk.com/feed?section=search&q=#Терраформирование

Мелкими коррекциями направляем сангрейзер на какой-нибудь ледяной астероид которой возможно перевести на орбиту близкого сближения с одной из планет гигантов, изменив его скорость на небольшую величину, скажем 0.5 км/с (таких много). Астероид-мишень выберем с массой в несколько тысяч раз большей массы сангрейзера-снаряда.

По дороге распиливаем снаряд на несколько десятков тысяч кусков и выстраиваем их в цепочку, с таким расчетом, чтобы они попадали в мишень с промежутками времени между ударами много больше, чем (диаметр мишени)/(скорость звука в веществе мишени). Чтобы мишень не разбило вдребезги при ударе, за один удар она должна получать меньшее количество энергии, чем ее собственная гравитационная энергия связи. Из этого следует, что приращение скорости при одном ударе должно быть много меньше второй космической скорости мишени (для мелких тел диаметром в несколько сот метров она порядка 0.1 м/с).

Серия снарядов бьёт в мишень, вызывая выбросы пара. Если скорость истечения пара порядка 0.5 км/с (скорость молекул воды в паре при 0С), суммарной энергии снарядов хватит, чтобы выпарить половину массы мишени и ускорить ее на 0.5 км/с в желаемом направлении.

Желаемое направление таково, чтобы разогнанный астероид совершил гравитационный маневр у планеты-гиганта (или серию маневров у нескольких планет), который выведет его на орбиту с перигелием в нескольких радиусах от Солнца. Т.е. превращаем его в сангрейзер, но с массой в тысячу раз большей исходного. По дороге высаживаем на него команду роботов с небольшим количеством ядерных зарядов (последние – для мелких коррекций траектории).

А в перигелии сталкиваем его с серией снарядов, сделанных из еще одного, маленького естественного сангрейзера. Относительная скорость при столкновении на перпендикулярных курсах на 6 солнечных радиусах будет 350 км/с, так что энергии от столкновений получится много. Наша цель – ускорить мишень на 5 км/с. Чтобы масса и энергия тратилась эффективно, нужна скорость истечения того же порядка. Для получения такой скорости истечения, можно отрезать небольшие кусочки мишени, отводить на небольшое расстояние позади и ударять снарядами именно по ним (тогда скорость истечения будет определяться тем, сколько энергии придется на единицу массы куска-мишени).

После ускорения мишени на 5 км/с, за счет эффекта Оберта она приобретет скорость на бесконечности около 50 км/с (да, похожий текст уже был выше). Теперь она сама стала снарядом. Направляем его на ледяной астероид с массой в тысячу раз большей. По дороге распиливаем снаряд на тысячу частей (у нового астероида-мишени примерно в 10 раз большая вторая космическая скорость, чем у предыдущего, благодаря чему можно делать большее ускорение за 1 удар). Ледяной астероид мишень переводим на орбиту сближения с планетой-гигантом, и серией гравиманевров переводим его орбиту с маленьким перигелием. Теперь у нас есть сангрейзер в миллион раз тяжелее исходного.

Как видим, на каждой итерации мы увеличиваем массу управляемого тела в тысячу раз, а радиус – примерно в 10. Таким темпами, начав с сангрейзера диаметром 100 метров, можно добраться до тел размером с Плутон всего за 4 итерации. Но по мере увеличения масштабов у нас возникнут новые проблемы.

Как можно видеть, для одной итерации телу нужно два сеанса ускорения: на 0.5 км/с вдали от Солнца и на 5 км/с в перигелии. То есть на ускорение одного тела тратится два тела. На первых нескольких итерациях для сеанса ускорения в перигелии можно использовать естественные сангрейзеры. Но естественные сангрейзеры с диаметром более 1км редки. Так что для разгона тел с диаметром более 10км придется строить «пирамиду»: разгонять два тела, чтобы разогнать третье. Но поскольку итераций нужно мало, «пирамида» получится не очень широкой.

Расходные материалы для сдвига 1000км койпероида с насиженного места: 1 100км + 2 10км + 2 1км ледяных астероидов + 2 1км + 4 0.1км «естественных» сангрейзера + ядерные заряды суммарной мощностью несколько гигатонн.

Необходимое оборудование: 1) системы управления, способные навести снаряд, двигающийся со скоростью в сотни км/с, на мишень с площадью в 10 м2; 2) способность предсказать, как поведет себя тело сложной формы и состава при ударе по нему; 3) установки для бурения астероидов (для разделения на куски их придется аккуратно взрывать изнутри!); 4) планетолеты для доставки всей этой фигни на астероиды вдали от Солнца; 5) разное. И это все на те сотни лет, которые будет длиться данный процесс.

Астрономы предположили наличие спутника у койпероида Варуна

Варуна (20000 Varuna) является одним из крупнейших классических объектов пояса Койпера. Его орбита целиком проходит за пределами орбиты Нептуна. В перигелии Варуна приближается к Солнцу на 41 а. е., в афелии удаляется от него на 45.3 а. е.

Одна из основных отличительных особенностей Варуны заключается в его быстром вращении. Объект совершает один оборот вокруг своей оси всего за 6.34 часа. Быстрое вращение повлияло на форму койпероида, «вытянув» его. По последним оценкам, диаметр тела вдоль наибольшей оси составляет 860 км, вдоль наименьшей оси — 450 км. Как и многие другие транснептуновые объекты, Варуна имеет темно-красную поверхность, что скорее всего обусловлено покрывающим ее слоем органических молекул.

До недавнего времени астрономы считали, что у Варуны нет спутников. Но, возможно, что это не так. Команда исследователей из Испании и США опубликовала статью в журнале Astrophysical Journal Letters, посвященную данному вопросу. Проанализировав результаты наблюдений Варуны, выполненных различными обсерваториями в период с 2000 по 2019 гг., они обнаружили периодические изменения блеска объекта. Созданная астрономами модель показали, что наиболее вероятная причина этих колебаний заключается в том, что у Варуны есть спутник.

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab40c2

По словам исследователей, основная причина, почему земные обсерватории не сумели сфотографировать спутник, заключается в том, что его орбита проходит на небольшом расстоянии от Варуны. Расчеты показали, что ее высота составляет 1300 – 2000 км. Это близко к пределу Роша для Варуны (порядка 1000 км). Возможностей современных телескопов пока что недостаточно, чтобы различить объект, находящийся на таком значительном удалении от Земли и отделенного от основного тела столь небольшой дистанцией.

Астрономы надеются, что телескопы следующего поколения смогут подтвердить существование спутника у Варуны. А использованная для его обнаружения методика может быть применена для поиска лун у других транснептуновых объектов.

Опубликованы новые результаты изучения Аррокота

1 января 2019 года аппарат «Новые горизонты» совершил пролет объекта пояса Койпера 2014 MU69, также известного как Аррокот. Переданные им снимки показали необычный мир, состоящих из двух плоских частей, соединенных тонким перешейком. По словам астрономов, Аррокот является самым «первобытным» телом Солнечной системы, посещенным космическим аппаратом.

https://www.nasa.gov/feature/new-horizons-team-uncovers-a-cr...

В недавнем выпуске журнала Science были опубликованы три статьи, посвященные результатам исследования Аррокота. Авторы первой работы постарались ответить на вопрос, как именно сформировался койпероид. Они провели серию моделирований, показавших, что изначально две части Аррокота были отдельными объектами. Тела образовались при первичном гравитационном коллапсе небольшого пылевого облака, после чего постепенно сближались и слиплись на малой скорости, составлявшей всего несколько метров в секунду.

Авторы второй статьи сосредоточились на геологии Аррокота. Они пришли к выводу, что половинки койпероида имеют несколько больший объем, чем считалось ранее. При этом на его поверхности не удалось выявить большого количества кратеров. Диаметр крупнейшей ударной формации составляет 7 км, остальные имеют субкилометровый размер. Исходя из общего количества кратеров, астрономы оценили возраст поверхности Аррокота в 4 млрд лет. Это, а также круговой характер орбиты объекта подтверждают первоначальные предположения, что он сохранился практически в первозданном виде. После своего формирования Аррокот не подвергался каким-то серьезным внешним воздействиям.

Третья статья посвящена составу и цвету поверхности Аррокота. Анализ данных «Новых горизонтов» показал, что объект достаточно однороден. Средняя температура его поверхности составляет -244±5°C. Она имеет равномерный красноватый оттенок и покрыта метанольным льдом и сложными органическими молекулами. При этом «Новым горизонтам» не удалось найти следов водяного льда на поверхности Аррокота. Но мнению астрономов, на койпероиде есть вода, просто она «скрыта» в его недрах под слоями другого материала.

В настоящее время «Новые горизонты» находятся на расстоянии 7.1 млрд км от Солнца. Станция почти завершила передачу информации, собранной во время пролета Аррокота. В ближайшее время «Новые горизонты» приступят к серии удаленных наблюдений некоторых койпероидов, а также будет задействован в серии других экспериментов. Летом группа сопровождения миссии предпримет попытку обнаружить объекты пояса Койпера, которые могли бы стать новой целью для станции.

Пролетая Аррокот

Эта анимация составлена из снимков, сделанных аппаратом «Новые горизонты» 1 января 2019 года. На ней запечатлен 36-километровый объект пояса Койпера Аррокот — наиболее удаленное тело Солнечной системы, исследованное земным посланцем с близкого расстояния.

Видео демонстрирует, что Аррокот состоит из двух частей, соединенных тонким перешейком. Подобное строение характерно для ряда известных нам малых тел. В качестве наиболее известного примера можно привести комету 67Р/Чурюмова-Герасименко, исследовавшуюся аппаратом «Розетта» в 2014 – 2016 годах.

Но внешность бывает обманчива. При, на первый взгляд, схожей структуре, Аррокот имеет одно ключевое отличие. Чурюмова-Герасименко и другие подобные тела состоят из двух компонентов приблизительно сферической формы. Однако составные части Аррокота являются намного более плоскими объектами. Большая доля койпероида имеет линзообразную форму, а меньшая доля — похожа на сплющенный грецкий орех. Намеки на это есть даже на представленной анимации.

Скорее всего, Аррокот образовался в результате столкновения двух планетезималей — крохотных зародышей будущих планет. Оно произошло примерно 4.5 млрд лет назад. Сейчас Аррокот движется по близкой к круговой стабильной орбите, имеющей небольшой наклон к плоскости эклиптики. Это значит, что после столкновения койпероид вряд ли подвергался каким-то серьезным воздействиям. По словам специалистов миссии, на данный момент Аррокот является самым «первобытным» телом Солнечной системы, изученным космическим аппаратом.