< Спутники GRACE прекратят изучение гравитационного поля Земли

О древнем океане Цереры

Точные измерения лучевой скорости КА Dawn, вращающегося вокруг Цереры с марта 2015 года, позволили получить разложение гравитационного потенциала Цереры на сферические гармоники вплоть до 14-й (т.е. до масштабов ~211 км), местами до 18-й гармоники (~164 км). Вместе с анализом формы и рельефа карликовой планеты это позволило наложить важные ограничения на ее состав и внутреннюю структуру.

---

Владислава Ананьева

Церера – крупнейшее тело Главного пояса астероидов и ближайшая к Солнцу карликовая планета. Радиус ее сферы эквивалентного объема составляет 940 км, однако реальная форма Цереры заметно отличается от сферической. Если описывать форму Цереры трехосным эллипсоидом, то полуоси окажутся равными 483.2 ± 0.2 км х 481.0 ± 0.2 км х 446 ± 0.2 км. Сильное отличие полярной полуоси от экваториальных объясняется быстрым вращением Цереры вокруг своей оси, но и две экваториальных полуоси отличаются друг от друга более чем на 2 км, что говорит об отклонении формы Цереры от гидростатического равновесия. Также наблюдается сдвиг на ~1 км между центром масс и геометрическим центром карликовой планеты.

Исследование, проведенное научным коллективом под руководством Антона Ермакова и опубликованное в журнале Journal of Geophysical Research, связало гравиметрические измерения КА Dawn с внутренней структурой Цереры.

В частности, была обнаружена отрицательная корреляция между топографическими деталями и гравитационными аномалиями, что вместе с низкими значениями гармоник от 3 до 16 говорит об изостатической компенсации поверхности Цереры. Безразмерный момент инерции карликовой планеты оказался довольно велик – 0.387, что говорит о малой концентрации масс к ее центру (для сравнения, для Земли эта величина составляет 0.33, для Меркурия – 0.35, для Марса – 0.366, для Луны – 0.39 и для однородной сферы – ровно 0.4). Церера оказалась менее дифференцирована, чем ожидалось до прилета Dawn.

Простейшая модель Цереры представляет собой двухслойную модель, состоящую из мантии и коры. Под «мантией» авторы исследования понимают слой, лежащий под корой и простирающийся до центра, резервируя понятие «ядро» для возможной будущей трехслойной модели. В рамках двухслойной модели плотность коры Цереры оказалась невелика – 1287 ⁺⁷⁰/_-87 кг/куб.м, а плотность мантии – 2434 ⁺⁵/_-8 кг/куб.м. Плотность коры близка к плотности водяного льда, однако вещество коры оказывается в сотни раз жестче и прочнее льда – вязкая релаксация поверхности Цереры наблюдается только на больших масштабах свыше 246 км. Толщина коры в двухслойной модели составляет 41.0 ^+3.2/_-4.7 км, а мантии, соответственно, 428.7 ^+4.7/_-3.2 км.

Авторы также обнаружили гравитационные аномалии, связанные с крупнейшими ударными бассейнами – Керваном и Ялоде, а также с кратером Оккатор. Гравитационная аномалия связана также с горой Ахуна.

Значительные перепады высот на Церере и отсутствие сглаживания кратеров средних размеров задают сильные ограничения на состав коры. Так, авторы исследования наложили верхний предел на пористость вещества коры в 15% (скорее, она не превышает 10%). По оценкам группы Ермакова, количество филлосиликатов в составе коры составляет 17-43 объемных процентов, а количество клатратов метана – 37-82 объемных процентов. Клатраты метана при средней плотности ~950 кг/куб.м обладают в сравнении с водяным льдом гораздо большей прочностью. Если же вместо филлосиликатов в состав коры входит более легкий гидратированный сульфат магния, то его доля может достигать 48-100 объемных процентов.

---