Пятница, 19.01.2018
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

< Спутники GRACE прекратят изучение гравитационного поля Земли
01.11.2017 23:05 Давность: 79 days
Категория: Карликовые планеты
Количество просмотров: 603

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.

Слева – Церера глазами камеры КА Dawn. Справа – карта гравитационных аномалий Цереры. Кликните на картинке, чтобы увидеть анимацию.

Более глубокий анализ возможного состава коры Цереры и ее прочности провел другой авторский коллектив под руководством Роджера Фу (Roger R.Fu). Они учли в качестве возможных компонентов вещества коры водяной лед, гидратированные сульфаты магния эпсомит и меридианит, гидратированный сульфат натрия (мирабилит), карбонат магния, карбонат кальция, оливин и клатрат метана. 

Анализ топографических особенностей Цереры подтвердил, что кора карликовой планеты очень жесткая, с вязкостью до 1025 Па·с. Доля водяного льда в ее составе не превышает 35%, а с учетом пористости ~10% этот верхний предел еще уменьшается до 25%. Кроме льда, в состав коры входят карбонаты (до 29%) и некая легкая, но твердая фаза, которую авторы связали с клатратами метана и/или гидратированными солями (например, хлоридом натрия), доля этой фазы превышает 36%. 

Средняя температура поверхности Цереры на экваторе составляет 155К и растет с глубиной с градиентом 0.5-1К на км.

В верхней мантии в слое толщиной около 60 км вязкость падает до 1021 Па·с и даже ниже (падение происходит на порядок через каждые 10-15 км от поверхности). Авторы связывают этот пластичный слой с жидкой водой, находящейся в порах между отдельными зернами силикатов мантии. Наличие этой воды говорит о том, что температура в недрах Цереры никогда не поднималась выше 600°С.

Обилие водяного льда, гидратированных минералов и солей и/или клатратов метана авторы исследования объясняют наличием в прошлом на Церере глобального океана или, по крайней мере, больших участков поверхности, покрытых водой с растворенными в ней солями. Последующее замерзание и испарение воды привело к концентрации солей и формированию коры современного состава.

Источники: https://dawn.jpl.nasa.gov/news/news-detail.html?id=6982
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017JE005302/pdf
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X17304405


Комментарии

Комментарии

Вход в систему

Введите имя пользователя и пароль для входа в систему:
Вход в систему

Забыли пароль?

Эпициклы

(от греч. kyklos – круг, цикл) Круги, по которым якобы движутся планеты. Центры эпициклов, согласно этим представлениям, в свою очередь должны вращаться по... [далее]

Rambler's Top100