Очень Большой телескоп помогает раскрыть секреты астероида Клеопатра

При помощи Очень Большого телескопа (VLT) Европейской Южной обсерватории (ESO) группа астрономов получила самое четкое и детальное на сегодня изображение астероида Клеопатра. Наблюдения позволили с большей, чем прежде, точностью определить форму и массу необычного астероида, напоминающего очертаниями собачью косточку. Исследование проливает свет на то, как образовались этот астероид и два его спутника.

«Клеопатра — поистине уникальный объект в Солнечной системе, — говорит руководитель исследований Франк Марши (Franck Marchis), астроном из Института SETI в Маунтин-Вью, являющийся также сотрудником Астрофизической лаборатории в Марселе. — В науке часто бывает, что изучение странных исключений из правил приводит к значительному прогрессу. Я думаю, с Клеопатрой дело обстоит именно так. Изучение этой сложной кратной системы астероидов может помочь нам узнать больше о Солнечной системе в целом».

Орбита Клеопатры лежит в поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Астрономы прозвали этот астероид «собачьей косточкой» после того, как около 20 лет назад радарные наблюдения показали, что его форма образована двумя округлостями, соединёнными толстой «шейкой». В 2008 г. Марши и его сотрудники обнаружили, что вокруг Клеопатры обращаются две «луны», названные Алекс-Гелиосом и Клео-Селеной — в честь детей египетской царицы.

Чтобы узнать больше о Клеопатре, Марши и его группа воспользовались снимками астероида, полученными в разное время между 2017 и 2019 гг. спектрополяриметром для высококонтрастных исследований экзопланет SPHERE, смонтированным на телескопе ESO VLT. Так как астероид вращается, эти снимки позволили наблюдать его под разными углами; на основе полученного материала были построены наиболее точные на сегодня трехмерные модели формы астероида. Из этих моделей были выведены ограничения на форму «косточки» и на объем астероида: оказалось, что один из округлых концов больше другого, а длина астероида равна примерно 270 километров — около половины ширины пролива Ла-Манш.

Во второй работе, выполненной под руководством Мирослава Брожа (Miroslav Brož) из Карлова университета, описывается, как наблюдения с приёмником SPHERE позволили им точнее определить орбиты двух спутников Клеопатры. Предыдущие исследования дали оценки параметров их орбит, однако новые наблюдения на телескопе ESO VLT показали, что истинные положения «лун» отличаются от предвычисленных на основании этих оценок.

«С этим вопросом надо было разобраться, — говорит Брож. — Ведь если орбиты спутников определены неверно, то неверно и всё остальное, в том числе и масса Клеопатры». На основе новых наблюдений и изощренного моделирования группа сумела точно описать влияние гравитации Клеопатры на движения её спутников и определить сложные орбиты Алекс-Гелиоса и Клео-Селены. Это позволило астрономам вычислить массу астероида, которая оказалась на 35 % ниже предыдущих оценок.

Объединив новые оценки объёма и массы астероида, астрономы сумели вычислить новое значение его плотности. Она оказалась меньше половины плотности железа — ниже, чем считалось прежде. Низкая плотность Клеопатры, при том что астероид предположительно имеет металлический состав, указывает на его пористую структуру: возможно, он мало чем отличается от «кучи булыжников». Это означает, что астероид, вероятно, образовался посредством повторной аккумуляции материала после гигантского столкновения.

Пористая структура Клеопатры и характер вращения астероида указывают и на возможный способ образования двух его спутников. Астероид вращается почти с критической скоростью, выше которой он уже начал бы разваливаться на части, и даже малые удары могут отрывать мелкие фрагменты от его поверхности. Марши и его коллеги считают, что из таких обломков и могли постепенно образоваться Алекс-Гелиос и Клео-Селена. Выходит, что Клеопатра и вправду породила свои «луны».

Новые изображения Клеопатры и далеко идущие выводы, которые из этих наблюдений вытекают, стали возможными только благодаря сверхсовременной системе адаптивной оптики, используемой на телескопе ESO VLT в чилийской пустыне Атакама. Адаптивная оптика помогает корректировать искажения изображений, вызываемые земной атмосферой, — их размывание и смещения, которые представляются нашему глазу как мерцание и дрожание звёзд. Благодаря этой коррекции приёмник SPHERE смог построить изображение Клеопатры, которая в момент наибольшего сближения с Землёй отстоит от неё на 200 миллионов километров — на таком расстоянии видимый угловой размер астероида на небе такой же, как у мяча для гольфа на расстоянии в 40 километров.

Оба исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics (1, 2).