Церера

Между орбитами Марса и Юпитера обращается множество малых тел. На рисунках пояс астероидов часто выглядит плотным каменным кольцом. В действительности пространство огромно: аппарат обычно пролетает через него без опасного маневрирования между валунами.

NASA оценивает число тел крупнее километра в главном поясе в 1,1–1,9 миллиона, но даже их суммарная масса намного меньше массы Луны. Пояс не возник из одной разрушенной планеты. Это остатки области, где планета не смогла собраться.

Гравитация Юпитера создавала резонансы, увеличивала вытянутость орбит и скорости столкновений. Удары чаще дробили растущие тела, чем соединяли их. Некоторые зародыши всё же успели нагреться и разделиться на ядро и мантию; другие сохранили более первичное вещество.

Первое тело нового пояса

1 января 1801 года Джузеппе Пиацци заметил слабую точку, которая смещалась относительно звёзд. Нескольких недель наблюдений не хватало, чтобы уверенно предсказать её положение после сближения с Солнцем. Карл Фридрих Гаусс разработал метод определения орбиты по короткой дуге; расчёты помогли снова найти объект в конце года. История Цереры началась с координат и математики.

Сначала Цереру называли планетой. После открытия всё новых тел в той же области её стали относить к астероидам. В 2006 году Международный астрономический союз определил класс карликовых планет: тело обращается вокруг Солнца, имеет достаточно массы для близкой к круглой формы, не является спутником, но не очистило окрестность своей орбиты.

Радиус Цереры около 476 километров. Она содержит примерно четверть массы главного пояса по современной обзорной странице NASA. Год длится 1682 земных дня, вращение — около девяти часов.

Яркие пятна, оказавшиеся солями

Издалека в кратере Оккатор были видны пересвеченные белые пятна. Камера Dawn делала экспозиции отдельно для тёмного грунта и ярких участков; спектрометр видимого и инфракрасного диапазона обнаружил карбонаты и другие соли. Центральная Cerealia Facula связана с подъёмом солёной жидкости из глубины и её замерзанием или испарением у поверхности.

Слово «рассол» здесь обозначает интерпретацию нескольких данных. Яркость сама по себе не сообщает состав. Спектр показывает минералы, рельеф и трещины дают путь подъёма, а распределение молодых отложений ограничивает время процесса. Модели допускают остаточный глубокий резервуар жидкости, но не превращают Цереру в мир с открытым океаном под всей корой.

В постоянно затенённых углублениях у полюсов найден водяной лёд. Как на Луне и Меркурии, геометрия освещения создаёт холодные ловушки. Одинаковый результат в трёх мирах появился при разной истории вещества.

Веста: другой исход

До Цереры Dawn провёл четырнадцать месяцев у Весты. Веста меньше, суше и плотнее. Она успела дифференцироваться: образовались металлическое ядро, мантия и базальтовая кора. Огромный ударный бассейн у южного полюса выбросил осколки; часть дошла до Земли как HED-метеориты.

Спектры телескопов, измерения Dawn и лабораторный состав метеоритов соединяют камень в коллекции с определённым астероидом. Сравнение Весты и Цереры полезнее списка типов: соседние зародыши получили разное содержание воды, нагрев и историю столкновений.

Пояс сохранил множество остановленных экспериментов формирования планет.

Как узнать форму точки

Большинство астероидов слишком малы, чтобы телескоп показал диск. Вращающееся неправильное тело меняет яркость: к наблюдателю поворачивается то большая, то меньшая площадь. Повторяющаяся световая кривая даёт период вращения; наблюдения при разных положениях Земли и астероида ограничивают ось и грубую трёхмерную форму.

Во время покрытия звезды десятки наблюдателей записывают секунды исчезновения света. Каждая станция получает одну хорду через тень; набор хорд задаёт контур. Радар добавляет задержку эха и доплеровский сдвиг. Тепловое инфракрасное излучение связывает нагрев с размером и свойствами поверхности. Так точка становится моделью мира до полёта аппарата.

Массу измерить труднее. Она проявляется в притяжении спутника, отклонении другого тела или траектории аппарата. Без массы нельзя получить плотность, а без плотности трудно различить цельный камень и «груду щебня» с пустотами.

Орбиты тысяч тел образуют семейства, возникшие при столкновениях. Малые осколки расходятся ещё и под действием эффекта Ярковского: нагретая поверхность испускает тепловое излучение несимметрично, а его импульс миллионы лет понемногу сдвигает орбиту. Так осколок может попасть в резонанс и перейти на околоземную траекторию.

Околоземный астероид не обязательно опасен. Новые наблюдения удлиняют измеренную дугу орбиты и обычно уменьшают область возможных будущих положений. DART проверил более поздний этап защиты: удар аппарата сократил период обращения Диморфа вокруг Дидима. Система не угрожала Земле и служила безопасной лабораторией для измеримого изменения движения.

Аппарат, который облетел два мира

Обычный химический двигатель израсходовал бы слишком много топлива. Ионные двигатели Dawn выбрасывали ускоренные ионы ксенона, создавая слабую тягу в течение месяцев. Медленное непрерывное ускорение изменило орбиту вокруг Солнца.

Миссия завершилась в 2018 году после исчерпания гидразина для ориентации. Аппарат оставили на устойчивой орбите, чтобы не загрязнить поверхность, интересную для химии воды. Данные продолжают работать в архиве.

Световая кривая астероида показывает вращение и вытянутую форму, радар уточняет расстояние и поверхность, спектр ограничивает состав, а отклонение аппарата при пролёте даёт массу. Плотность появляется только после соединения массы с объёмом.