La planète naine Ceres est un corps plutôt unique et largement mystérieux qui a été soigneusement étudié par la sonde NASA Dawn depuis le printemps 2015. Cérès tourne autour du Soleil entre Mars et Jupiter dans la ceinture d'astéroïdes, mais les découvertes scientifiques de Dawn suggèrent qu'il est arrivé à sa «place de stationnement» actuelle de plus loin.
Cérès a été découverte il y a plus de 200 ans, mais pendant près de deux siècles, les gens ne pouvaient rien voir, sauf un point ou un petit point à cause des imperfections de l'optique. La découverte de la ceinture d'astéroïdes principale a commencé avec Cérès, et pour leur ressemblance externe avec des étoiles lointaines, les astéroïdes ont obtenu leur nom - "en forme d'étoile". Leurs tailles sont si petites que les télescopes du passé et du siècle dernier n'ont pas pu distinguer au moins certains détails de la surface. Au début, Ceres était considérée comme une planète, mais rapidement «rétrogradée» en astéroïdes, et dans ce rang, elle a passé deux siècles. La discussion sur le statut de Pluton a conduit à affiner le terme «planète» et à introduire le nouveau terme «planète naine». En 2006, Ceres a reçu le titre de planète naine, et parmi elles est devenue la plus petite et la plus proche de la Terre. À cette époque, le télescope spatial Hubble a pu mieux le voir et montrer une forme sphérique, grâce à laquelle ce titre a été obtenu. Le diamètre de Cérès est d'environ 950 km, ce qui est 3,5 fois plus petit que notre lune et 2,5 fois plus petit que le diamètre de Pluton. Le satellite de Pluton, Charon, est légèrement plus grand que Cérès, mais il vole autour du Soleil tout seul et a donc mérité un titre spécial.
Le reste des planètes naines: Pluton, Éris, Haumea et Makemake tournent beaucoup plus loin - au-delà de l'orbite de Neptune. Parmi ceux-ci, seul Pluton a été brièvement visité par la sonde de la Terre New Horizons. En 2015, la station automatique interplanétaire Dawn (Dawn) est arrivée à Ceres, en trois ans, elle a changé plusieurs orbites de différentes hauteurs: 5100-4400-1500-385-200 km, et maintenant Ceres est la planète naine la plus étudiée.
Dawn - est une sonde classique pour étudier les corps sans atmosphère du système solaire: à bord, il y a un petit télescope panchromatique avec huit filtres spectraux sur la roue, un spectromètre infrarouge et un spectromètre à neutrons gamma.
Une caractéristique de conception de Dawn est son système de propulsion - il utilise des moteurs électriques à fusée ionique. Une caractéristique de ces moteurs est le taux élevé de sortie de gaz réactifs, ce qui leur permet de consommer des fournitures beaucoup plus économiquement que les moteurs chimiques les plus courants. L'inconvénient des échangeurs d'ions est une quantité négligeable de gaz dans le courant-jet. Par conséquent, lorsque le moteur chimique devra être allumé pendant plusieurs minutes, l'ion devra fonctionner pendant des dizaines d'heures. De plus, les moteurs-fusées électriques nécessitent beaucoup d'énergie, donc Dawn est équipée de panneaux solaires d'une portée de près de 20 mètres.
Malgré les lacunes des moteurs ioniques, ils ont permis à Dawn de faire un long voyage en plusieurs étapes dans la ceinture d'astéroïdes et de mener un programme scientifique complexe. À partir de 2007, Dawn est arrivé au plus grand astéroïde de la ceinture principale entre Mars et Jupiter - Ouest. Ce corps en pierre brute en forme d'oeuf mesure environ 550 km. Si Vesta avait une forme sphérique comme Cérès, alors elle serait aussi appelée une planète naine.
L'aube est entrée en orbite autour de Vesta, et plus d'un an l'a étudiée à partir de trois orbites différentes. Ensuite, la sonde a profité de la traction ionique et est retournée sur la trajectoire interplanétaire pour atteindre le prochain objectif important - la planète naine Ceres. Le vol a duré deux ans et demi.
Fait curieux: Dawn a passé huit ans dans la ceinture d'astéroïdes et a fait trois orbites autour du Soleil, mais n'a rencontré aucun astéroïde, sauf Vesta. Ceci est un bon exemple de la façon dont l'espace rempli d'astéroïdes se trouve au milieu de la ceinture principale. S'il y avait au moins un astéroïde bien connu sur le chemin, la NASA ne manquerait pas l'occasion de l'étudier au moins à distance et sur une trajectoire de passage.
Le rapprochement avec Ceres à l'hiver 2015 a immédiatement commencé par une intrigue - à la surface d'une planète naine sombre (légèrement plus sombre que la lune), plusieurs taches blanches brillantes ont été trouvées concentrées au fond d'un cratère. Plus tôt, le télescope spatial infrarouge Herschel de l'ESA a déterminé la libération de vapeur d'eau à une intensité d'environ 3 kg / s à ce stade, mais les scientifiques ont soigneusement avancé l'hypothèse de la glace d'eau, en considérant d'autres possibilités.
L'eau de Cérès n'a surpris personne, même plus tôt, une analyse de ses caractéristiques orbitales a permis de calculer sa masse, et après avoir ajusté les tailles, ils ont obtenu une densité moyenne de 2,1 g par cm3, ce qui est très faible par rapport aux astéroïdes en pierre. Par exemple, Vesta a une densité de 3,4 g par cm3, la roche basaltique la plus courante dans le système solaire a une densité d'environ 2,6 g par cm3. Par conséquent, même avant l'arrivée de Dawn, une grande teneur en eau allant jusqu'à 50% dans le manteau de Ceres était supposée. A titre de comparaison, les météorites arrivant sur Terre depuis Vesta ne contiennent pas plus de 0,04% d'eau.
La forme sphérique de Cérès indique la différenciation passée, c'est-à-dire séparation en un noyau de pierre, éventuellement mélangé à des métaux, et un manteau de pierre-glace. Tout cela est recouvert d'une mince couche de régolithe qui s'est accumulée sur des milliards d'années à la surface.
Les découvertes de Dawn ont commencé avec des taches lumineuses dans un cratère appelé l'Occateur, mais ce n'était que le début. A immédiatement remarqué une autre caractéristique notable - le cône presque régulier de la montagne, appelé Akhuna. Il se détache sur fond de «rugosité» moyenne de la surface, s'élevant à 5 km avec une base de 20 km. Près de la montagne, il y a un cratère de météorite profond d'environ la même taille, mais ils ne sont probablement pas connectés. Mais de l'autre côté de la planète naine se trouve le plus ancien et le plus grand cratère de Cérès d'un astéroïde d'un diamètre de 280 km. Peut-être que le mont Akhuna est un volcan qui s'est formé au point focal des ondes sismiques au moment de l'impact de l'arrière. Des processus similaires pourraient se produire sur Mercure (la plaine de chaleur), Mars (les hautes terres de Farsidos et Elysius), la Terre (plateau de Putorana). Des preuves de volcanisme sur le mont Akhuna ont été trouvées à l'aide d'un spectromètre infrarouge - des dépôts de carbonate de sodium ont été déterminés sur le dessus et les pentes. Très probablement, Akhuna est un cryovolcan, c'est-à-dire un volcan crachant de l'eau avec diverses impuretés. Malheureusement, la montagne n'a pas de nouvelles traces de volcanisme.
En deux ans, Dawn a pu identifier de nombreux matériaux qui indiquaient l'activité géologique et chimique passée de l'eau liquide sur Cérès: on a trouvé de l'argile qui est le résultat de l'érosion des roches volcaniques, du carbonate de sodium et de sa variante associée à l'eau sous forme d'hydrocarbure, mieux connue sous le nom de nourriture soda, a également trouvé beaucoup. Les composés organiques sont responsables d'une légère rougeur des émissions de certains cratères de météorites. De plus, il s'est avéré que l'évolution de la surface est toujours en cours: des glissements de terrain descendent des pentes de certains cratères, l'eau s'évapore des surfaces chauffées par le soleil, crée une atmosphère temporaire et s'installe avec le gel dans une ombre froide.
La preuve la plus brillante de l'activité hydrothermale à Ceres était les points les plus brillants du cratère Occator. Le cratère lui-même est apparu il y a environ 80 millions d'années, mais les dépôts blancs, qui se sont également avérés être de la soude, sont 30 millions d'années plus jeunes que lui. Les gisements les plus récents sont généralement récents selon les normes géologiques - environ 4 millions d'années. Au centre de la plus grande tache de carbonate, un dôme cryovolcanique s'élève également, beaucoup plus petit que Akhuna.
Un autre mystère a jeté une étude du champ gravitationnel de Cérès. Selon ses résultats, la densité de la couche supérieure de la planète naine est assez faible - plus proche de la glace que de la pierre. Selon des études antérieures, l'eau devrait représenter 40 à 50% du manteau supérieur. Dans le même temps, la stabilité de grandes formations géologiques, comme le mont Akhuna ou de nombreux cratères profonds, est surprenante. Le pergélisol normal ne retiendrait pas de telles structures en raison de la ductilité de la glace. Il s'avère que quelque chose à l'intérieur «tient le cadre». Les scientifiques ont suggéré que les clathrates agissent comme le «renforcement» des entrailles de glace de Ceres - les hydrates de gaz sont des composés cristallins de l'eau et de divers gaz qui se forment à un certain rapport de température et de pression. Par exemple, l'hydrate de méthane de l'eau et le méthane se produisent à 0 deg. Celsius à une pression de 50 atm, avec une baisse de température, la pression nécessaire diminue. Les clathrates peuvent être 100 à 1000 fois plus forts que la glace, à la même densité. Autrement dit, nous avons devant nous des preuves indirectes de substances volatiles cachées dans les profondeurs de Cérès, qui ne sont plus à la surface.
Une autre confirmation du dégazage passé de Cérès est la découverte de chaînes de petits cratères de 1 à 4 km de large, jusqu'à 500 km de long. Vraisemblablement, ils sont apparus dans le régolithe au-dessus des fissures dans la croûte d'une planète naine. Les fissures peuvent avoir une origine différente: de la tectonique, d'un puissant impact d'astéroïde, d'un changement de volume d'un corps cosmique dû à son refroidissement ... Mais chacune de ces raisons a certains signes qui ne sont pas sur Cérès. L'hypothèse la plus convaincante était précisément le dégazage, lorsque les flux de gaz des réservoirs internes ont été libérés de la croûte à travers les fissures.
La découverte la plus intrigante de Ceres était l'ammoniac trouvé à la surface avec des carbonates et des argiles. L'ammoniac dissous dans l'eau abaisse son point de congélation, ce qui permet aux cryovolcans de faire éruption même à des températures inférieures à zéro. L'ammoniac est intéressant principalement parce qu'il indique l'origine de Cérès quelque part en dehors de son orbite actuelle, c'est-à-dire c'est une extraterrestre dans la principale ceinture d'astéroïdes.
Cette conclusion suit en raison de la soi-disant «Ligne de neige» (ligne de gel) - la distance du Soleil, à laquelle la chaleur devient insuffisante pour maintenir une forme gazeuse, ce qui conduit à la condensation du gaz en une forme solide. Pendant la formation du système solaire, la ligne de neige pour l'eau était située à une distance d'environ 420 millions de kilomètres du soleil, c'est-à-dire sur où Ceres tourne. Maintenant, la ligne de neige se situe encore plus loin - à environ 750 millions de kilomètres du Soleil - presque sur l'orbite de Jupiter. Plus près de cette distance, seules les planètes en pierre, les satellites et les astéroïdes tournent, la glace sur laquelle ne peuvent se trouver qu'aux pôles, à l'ombre ou sous la surface. Sur les sommets des montagnes de la terre, la glace tient en raison de la pression atmosphérique. Les comètes de glace sont plus éloignées de la ligne de neige liquide et presque toutes les lunes de la planète sont constituées de glace ou recouvertes de glace.
Contrairement à l'eau, l'ammoniac a une température de condensation plus basse, et pendant la formation du système solaire, sa ligne de neige se trouvait à environ 80 millions de kilomètres plus loin de l'orbite de Ceres, c'est-à-dire il ne pouvait pas participer à sa création. Il y a d'autres signes indirects que Ceres est un invité dans la ceinture principale. Comme déjà mentionné, l'eau sur la planète naine est incomparablement plus grande que dans les astéroïdes voisins. Les exceptions ne concernent que les comètes "dégénérées" et les astéroïdes lointains sur l'orbite de Jupiter. Presque tous les principaux astéroïdes majeurs de la ceinture principale ont leur propre famille, c'est-à-dire des groupes de petits astéroïdes qui ont des caractéristiques spectrales communes et des orbites proches, mais pas Cérès.
En général, il convient de reconnaître que Ceres est plus semblable dans sa forme et sa composition aux grandes lunes de Jupiter ou même à d'autres planètes naines, comme Pluton. Les lunes sphériques de Saturne sont généralement moins denses que Cérès, en raison de la teneur en glace plus élevée. Pluton est plus dense que les satellites glacés, mais il n'atteint pas Cérès, mais il pourrait gagner en densité en raison de la "décharge" de gaz légers, déjà après son approche du Soleil. L'inclinaison de l'orbite de Cérès suggère qu'elle ne venait pas de Jupiter, alors c'était peut-être une planète naine à l'arrière du système solaire. Peut-être qu'une étude plus détaillée donnera des réponses.
Dawn se prépare maintenant à passer à l'orbite finale la plus basse avec une hauteur de 50 km, ce qui promet de nouveaux détails sur la surface et de nouvelles découvertes. Bien qu'à l'avenir, il serait utile de lancer une sonde d'atterrissage là-bas. Des découvertes déjà faites suffisent pour comprendre sa grande importance pour l'étude de l'histoire et de l'évolution du système solaire.