Благодаря данным, полученным с приемника SPHERE, установленного на Очень большом телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO), ученые смогли создать наиболее подробное и четкое на текущий момент изображение астероида Клеопатра вместе с его двумя спутниками. Проведенные наблюдения позволили значительно точнее установить размеры, форму и массу этого необычного объекта, а также определить траектории его лун. Результаты исследований, опубликованные в журнале Astronomy & Astrophysics ( раз, два), проливают свет на формирование космического тела Клеопатра.
«Клеопатра представляет собой поистине уникальный объект, – отметил Франк Марши, ведущий автор первого исследования из Института SETI (США). – В науке нередко случается, что изучение аномальных и нетипичных явлений приводит к значительному прогрессу. Я уверен, что в случае с Клеопатрой все именно так. Изучение этой сложной кратной системы астероидов может помочь нам расширить наши знания о Солнечной системе.»
Астероид Клеопатра вращается вокруг Солнца в области, расположенной между орбитами Марса и Юпитера. Астрономы дали ему прозвище «собачья косточка» после того, как радарные исследования примерно 20 лет назад показали, что его форма состоит из двух округлых частей, соединенных толстым перешейком. В 2008 году было обнаружено два спутника, вращающиеся вокруг астероида, которые в честь детей египетской царицы получили имена Алекс-Гелиос и Клео-Селена.
Для более детального изучения астероида Клеопатра, отличающегося своей необычностью, специалисты-астрономы провели анализ изображений объекта, полученных в период с 2017 по 2019 год. Благодаря вращению астероида, данные позволяли осуществлять наблюдения под различными углами, что позволило создать наиболее точные на текущий момент трехмерные модели его формы.
На основании проведенных симуляций были установлены ограничения относительно формы, напоминающей «косточку», и объема астероида Клеопатра: выяснилось, что один из сферических концов больше другого, а общая длина объекта составляет приблизительно 270 километров.
Помимо уточнения характеристик самого астероида, наблюдения позволили астрономам более точно определить орбиты его спутников. Ранее проводившиеся исследования уже содержали оценки параметров этих орбит, однако новые данные продемонстрировали, что реальные положения лун отличаются от предыдущих расчетов.
«Необходимо было прояснить этот вопрос, поскольку неверное определение орбит спутников может привести к ошибкам в оценке всех остальных параметров, включая массу астероида Клеопатра», – подчеркнул Мирослав Брож, ведущий автор второго исследования из Карлова университета в Праге (Чехия).
Имея в распоряжении данные наблюдений и результаты моделирования, ученые смогли детально описать воздействие гравитационного поля астероида Клеопатра на траектории его спутников. Это дало возможность определить сложные орбиты Алекс-Гелиоса и Клео-Селены и, как следствие, рассчитать массу самого астероида, которая оказалась на 35% меньше предыдущих расчетов.
Сопоставив полученные данные об объеме и массе, исследователи рассчитали плотность астероида, которая составила 3,4 грамма на кубический сантиметр – это значение существенно ниже, чем плотность железа (4,5 грамма на кубический сантиметр) и меньше ранее предполагаемой. Такая низкая плотность Клеопатры, несмотря на предположительно металлический состав, говорит о его пористой структуре, что может указывать на сходство с «кучей булыжников». Это позволяет предположить, что астероид сформировался в результате повторного накопления вещества после крупного столкновения.
Характер вращения Клеопатры и его пористая структура могут пролить свет на вероятный механизм формирования двух его спутников. Астероид вращается с близкой к критической скоростью – превышение которой могло бы привести к его разрушению, а даже незначительные удары способны отколють небольшие фрагменты от поверхности. По мнению астрономов, именно из таких обломков и могли постепенно сформироваться Алекс-Гелиос и Клео-Селена. Таким образом, Клеопатра стала «матерью» своих лун.
