Ударные эксперименты проливают свет на происхождение органики на карликовой планете Церера

Одно из самых значимых открытий миссии NASA Dawn — наличие сложных органических соединений на Церере, крупнейшем объекте в поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Обнаружение алифатических молекул (состоящих из цепочек углерода и водорода) вместе с доказательствами наличия обильного водяного льда и возможного прошлого Цереры как океанического мира означает, что эта карликовая планета могла обладать ключевыми ингредиентами для жизни.

Происхождение алифатической органики на Церере активно изучается с момента её открытия в 2017 году. Некоторые исследования указывают на её доставку кометой или другим богатым органикой ударником, другие — на формирование молекул на самой планете после изменения её первичных материалов солёной водой. Однако, независимо от происхождения, органика на Церере подвергалась воздействию многочисленных ударов, оставивших кратеры на её поверхности.

Новое исследование, представленное на встрече GSA Connects 2023, углубляет понимание того, как удары повлияли на алифатические молекулы Цереры, и какие это имеет последствия для определения их происхождения и оценки обитаемости планеты.

«Органика была изначально обнаружена вблизи крупного ударного кратера, что и побудило нас изучить влияние ударов на эти соединения», — говорит Тэрик Дейли, планетолог из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. — «Мы обнаруживаем, что органика может быть более распространена, чем сообщалось изначально, и что она, по-видимому, устойчива к ударам в условиях, характерных для Цереры».

Использование нескольких наборов данных

Дейли знал из данных Dawn, что поверхность Цереры покрыта ударными кратерами разных размеров. Однако оставалось неясным, как эти столкновения влияют на алифатические соединения. Эта информация необходима, чтобы понять происхождение органики и как её сигнатуры могли измениться за миллиарды лет под воздействием множества ударов.

«Хотя в прошлом уже проводились эксперименты по ударному воздействию на различные типы органики, — отмечает Дейли, — не хватало исследования, посвящённого именно тому типу органики, который обнаружен на Церере, с использованием того же аналитического метода, что и на аппарате Dawn». Это позволило бы проводить прямые сравнения экспериментальных данных с данными космического аппарата.

Команда, в которую вошли Джессика Саншайн (астроном из Университета Мэриленда) и Хуан Ризос (ныне астрофизик из Института астрофизики Андалусии), провела серию экспериментов на NASA Ames Vertical Gun Range. Эксперименты моделировали типичные для Цереры условия ударов со скоростями от 2 до 6 км/с и углами от 15 до 90 градусов относительно горизонта.

Ризос и Саншайн также провели новый анализ, объединив данные двух разных инструментов зонда Dawn — камеры и инфракрасного спектрометра. С помощью алгоритма они экстраполировали композиционную информацию со спектрометра до более высокого пространственного разрешения камеры. Это позволило исследовать органику с беспрецедентной детализацией.

«Люди рассматривали данные камеры и спектрометра Dawn по отдельности, но никто не использовал наш подход к экстраполяции данных с одного инструмента на другой. Это дало новые возможности в поиске и понимании происхождения органики на Церере», — говорит Саншайн.

Доказательства внутреннего происхождения

Совокупный анализ команды указывает на важные результаты.

«Используя сильные стороны двух разных наборов данных по Церере, мы смогли составить карту потенциально богатых органикой областей с более высоким разрешением, — говорит Ризос. — Мы видим очень хорошую корреляцию органики с породами от старых ударов и с другими минералами, такими как карбонаты, которые также указывают на присутствие воды. Хотя происхождение органики всё ещё плохо понятно, у нас теперь есть веские доказательства, что она сформировалась на Церере и, вероятно, в присутствии воды».

«Существует вероятность, что внутри Цереры может находиться крупный внутренний резервуар органики, — добавляет Ризос. — С моей точки зрения, этот результат повышает астробиологический потенциал Цереры».

Исследователи надеются, что результаты другой миссии NASA — Lucy — скоро прольют больше света на органику в Солнечной системе. Саншайн также входит в команду этой миссии и размышляет, как применить результаты текущего исследования к астероидам, которые Lucy будет изучать в окрестностях Юпитера.

«Мы, вероятно, обнаружим различия, поскольку троянские астероиды пережили иную историю столкновений, чем Церера, и потому что существует два композиционно разных типа троянских астероидов. Сравнение с Церерой поможет нам понять распределение органики во внешней Солнечной системе», — говорит она.

Для всех членов команды эти результаты повысили ожидания от новой миссии к Церере. В последнем Десятилетнем обзоре по планетологии и астробиологии «Национальная академия наук США включила возврат образцов с Цереры в короткий список целей для миссий высшего приоритета», — отмечает Ризос. — «Если это произойдёт, то лишь через несколько десятилетий. Новый анализ существующих данных — отличный способ делать открытия в ожидании».