Уточнены размеры и форма металлического астероида Клеопатра

Проанализировав три серии радарных наблюдений астероида (216) Kleopatra и пять покрытий им фоновых звезд, исследователи под руководством Майкла Шепарда существенно уточнили параметры этого загадочного металлического тела.

Астероид (216) Kleopatra – второй по размерам астероид M-типа Солнечной системы. Первые же фотометрические и радарные наблюдения Клеопатры показали ее необычную вытянутую форму и высокое радарное альбедо, говорящее о преимущественно металлическом составе. Была высказана гипотеза, что Клеопатра представляет собой тесную двойную систему, но она впоследствии не подтвердилась. Известность к этому астероиду пришла после его моделирования в форме «собачьей косточки», представленного в статье [Ostro et al., 2000] на основе радарных наблюдений. 

В начале апреля 2018 года в журнал Icarus была направлена статья, посвященная уточнению формы и размеров Клеопатры. Авторы исследования опирались на 3 серии радарных наблюдений, проведенных в 1999, 2008 и 2013 годах радиотелескопом в Аресибо. Также они проанализировали пять событий покрытия этим астероидом фоновых звезд. Наконец, они учли наблюдения Клеопатры с помощью системы адаптивной оптики Франко-Канадско-Гавайского телескопа (CFHT).

Как оказалось, размеры Клеопатры по трем осям составляют 276х94х78 км (±15%), т.е. она еще на 27% длиннее, чем считалось ранее. Эквивалентный диаметр (диаметр сферы равного объема) оценивается в 122 ± 30 км. Авторы подтвердили, что Клеопатра делает один оборот вокруг своей оси за 5.38528 часов. Открытие у Клеопатры двух спутников позволило весьма точно определить ее массу – (4.64 ± 0.02)·1018 кг, и среднюю плотность – 4.9 ± 0.5 г/куб.см.

По своим спектральным свойствам Клеопатра была отнесена к астероидам M-типа. Сначала по сходству спектров астероидов M-типа и железоникелевых метеоритов была выдвинута гипотеза, что эти астероиды представляют собой железоникелевые ядра разбившихся во взаимных соударениях протопланет, однако потом оказалось, что похожие спектры имеют и энстатитовые хондриты. Радарные наблюдения привели ученых к выводу, что верны обе гипотезы: измерения радарного альбедо 29 астероидов M-типа показало, что ~60% из них являются энстатитовыми хондритами, а ~40% состоят из железа и никеля. Радарное альбедо Клеопатры оценивается в 0.43 ± 0.10 – перед нами явно металлический астероид. В среднем металлические астероиды Главного пояса имеют радарное альбедо 0.41 ± 0.09 (а, скажем, радарное альбедо астероида CP-класса Eukrate – всего 0.039).

В 1999 и 2013 годах во время радиолокации Клеопатра была повернута к нам южным «полушарием» (ближайшая к Земле точка находилась на ~60° южной широты). А в 2008 году ее наблюдали примерно со стороны экватора, и ее радарное альбедо оказалось неожиданно низким – всего 0.17 ± 0.04! Авторы пришли к выводу, что в области экватора поверхность Клеопатры покрыта слоем силикатного реголита толщиной 1-2 метра, притом, что на остальной поверхности доминирует металл.

Низкая степень поляризации отраженного сигнала показала, что Клеопатра достаточно гладкая на масштабах, сравнимых с длиной радарных радиоволн (12.6 см). На масштабах ~10 км та же картина – средний наклон поверхности к равновесной фигуре составляет 12°, максимальный – 37°.

Ниже показан гравитационный потенциал поверхности Клеопатры, рассчитанный в предположении ее постоянной плотности (т.е. отсутствия скрытых пустот и/или концентрации масс к центру) и равномерного вращения. За нулевую точку принят потенциал самой высокой точки на поверхности астероида. Потенциал выражен в скорости, которую приобрело бы пробное тело, падая в поле тяготения Клеопатры из нулевой точки. В области «шеи» эта скорость достигает ~40 м/с. Для сравнения, скорость убегания (2-я космическая) из нулевой точки оценивается в 49 м/с, а из области «шеи» – 165 м/с. При такой форме потенциала частицы реголита будут мигрировать в область «шеи». Возможно, низкое радарное альбедо в области «шеи» как раз и вызвано скоплением силикатных обломков, «сползших» с торцов астероида.

Следующая возможность провести радарные наблюдения Клеопатры с помощью радиотелескопа в Аресибо представится в августе 2022 года. В это время астероид будет повернут к нам своей экваториальной областью, что позволит подтвердить (или опровергнуть) наблюдения 2008 года, в том числе низкое радарное альбедо низких широт.

Также во второй половине 2018 года (28 октября, 7 ноября, 7 декабря) появится возможность наблюдать покрытия Клеопатрой фоновых звезд. Карты тени астероида и точные эфемериды покрытий приведены в статье.

Источник: stp.cosmos.ru