O planeta anão Ceres é um corpo único e bastante misterioso que foi cuidadosamente estudado pela sonda NASA Dawn desde a primavera de 2015. Ceres gira em torno do Sol entre Marte e Júpiter no cinturão de asteróides, mas as descobertas científicas de Dawn sugerem que ele chegou ao seu "local de estacionamento" atual de lugares mais distantes.
Ceres foi descoberto há mais de 200 anos, mas por quase dois séculos as pessoas não conseguiram ver nada, exceto um ponto ou um pequeno grão devido a imperfeições na óptica. A descoberta do cinturão principal de asteróides começou com Ceres e, por sua semelhança externa com estrelas distantes, os asteróides receberam seu nome - "parecido com estrela". Seus tamanhos são tão pequenos que os telescópios do passado e do século anterior não foram capazes de distinguir pelo menos alguns detalhes da superfície. A princípio, Ceres era considerado um planeta, mas rapidamente "rebaixado" em asteróides, e nesse cargo ela passou dois séculos. A discussão sobre o status de Plutão levou ao refinamento do termo "planeta" e à introdução do novo termo "planeta anão". Em 2006, Ceres recebeu o título de planeta anão e, entre eles, tornou-se o menor e mais próximo da Terra. A essa altura, o Telescópio Espacial Hubble pôde vê-lo melhor e mostrar uma forma esférica, graças à qual esse título chegou. O diâmetro de Ceres é de cerca de 950 km, 3,5 vezes menor que a nossa lua e 2,5 vezes menor que o diâmetro de Plutão. O satélite de Plutão, Caronte, é um pouco maior que Ceres, mas voa sozinho em torno do Sol e, portanto, ganhou um título especial.
O resto dos planetas anões: Plutão, Eris, Haumea e Makemake giram muito mais longe - além da órbita de Netuno. Destes, apenas Plutão foi brevemente visitado pela Sonda Terrestre New Horizons. Em 2015, a estação automática interplanetária Dawn (Dawn) chegou a Ceres, em três anos mudou várias órbitas de diferentes alturas: 5100-4400-1500-385-200 km, e agora Ceres é o planeta anão mais estudado.
Dawn - é uma sonda clássica para o estudo de corpos sem atmosfera do sistema solar: um pequeno telescópio pancrromático com oito filtros espectrais em uma roda, um espectrômetro infravermelho e um espectrômetro gama-nêutron são colocados a bordo.
Um recurso de design do Dawn é o seu sistema de propulsão - ele usa motores de íons de foguete elétricos. Uma característica desses motores é a alta taxa de vazão de gases reativos, que lhes permite consumir suprimentos muito mais economicamente do que os motores químicos mais comuns. A desvantagem dos trocadores de íons é uma quantidade desprezível de gás na corrente de jato. Portanto, quando o mecanismo químico precisar ser ligado por vários minutos, o íon terá que funcionar por dezenas de horas. Além disso, os motores de foguete elétrico requerem muita energia, portanto a Dawn é equipada com painéis solares com alcance de quase 20 metros.
Apesar das deficiências dos motores de íons, eles permitiram que Dawn fizesse uma viagem longa e de vários estágios no cinturão de asteróides e conduzisse um complexo programa científico. A partir de 2007, Dawn chegou ao maior asteróide do cinturão principal entre Marte e Júpiter - oeste. Esse corpo de pedra bruta em forma de ovo tem cerca de 550 km de tamanho. Se Vesta tivesse uma forma esférica como Ceres, também seria chamado de planeta anão.
O amanhecer entrou em órbita em torno de Vesta, e mais de um ano a estudou em três órbitas diferentes. A sonda aproveitou a tração dos íons e retornou à trajetória interplanetária para chegar ao próximo objetivo importante - o planeta anão Ceres. O vôo durou dois anos e meio.
Fato curioso: Dawn passou oito anos no cinturão de asteróides e fez três órbitas ao redor do Sol, mas não encontrou um único asteróide, exceto Vesta. Este é um bom exemplo de como o espaço cheio de asteróides está no meio do cinturão principal. Se houvesse pelo menos um asteróide conhecido no caminho, a NASA não perderia a oportunidade de estudá-lo pelo menos à distância e em uma trajetória de passagem.
A aproximação com Ceres no inverno de 2015 começou imediatamente com intrigas - na superfície de um planeta anão escuro (um pouco mais escuro que a lua), várias manchas brancas brilhantes foram encontradas concentradas no fundo de uma cratera. Anteriormente, o telescópio espacial infravermelho da ESA Herschel determinou a liberação de vapor de água a uma intensidade de cerca de 3 kg / s neste momento, mas os cientistas apresentaram a hipótese do gelo aquático com cuidado, considerando outras possibilidades.
A água em Ceres não surpreendeu ninguém, ainda mais cedo, uma análise de suas características orbitais possibilitou o cálculo de sua massa e, após ajustar os tamanhos, eles obtiveram uma densidade média de 2,1 g por cm cúbico, o que é muito pequeno se comparado aos asteróides de pedra. Por exemplo, Vesta tem uma densidade de 3,4 g por cm cúbico, a rocha de basalto mais comum no Sistema Solar tem uma densidade de cerca de 2,6 g por cm cúbico.Portanto, mesmo antes da chegada de Dawn, um grande conteúdo de água de até 50% no manto de Ceres era assumido. Para comparação, os meteoritos que chegam de Vesta na Terra não contêm mais que 0,04% de água.
A forma esférica de Ceres indica a diferenciação passada, ou seja, separação em um núcleo de pedra, possivelmente misturado com metais, e um manto de pedra-gelo. Tudo isso é coberto por uma fina camada de regolito que se acumulou ao longo de bilhões de anos na superfície.
As descobertas de Dawn começaram com pontos brilhantes em uma cratera chamada Occator, mas isso foi apenas o começo. Notou imediatamente outra característica notável - o cone quase regular da montanha, chamado Akhuna. Destacou-se no contexto da “rugosidade” média da superfície, subindo 5 km com uma base de 20 km. Perto da montanha, há uma profunda cratera de meteorito do mesmo tamanho, mas elas provavelmente não estão conectadas. Mas no lado oposto do planeta anão está a maior e mais antiga cratera de Ceres, a partir de um asteróide com um diâmetro de 280 km. Talvez o Monte Akhuna seja um vulcão que se formou no ponto focal das ondas sísmicas no momento do impacto pelas costas. Processos semelhantes podem ocorrer em Mercúrio (Planície de Calor), Marte (as terras altas de Farsidos e Elysius), a Terra (platô de Putorana). Evidências de vulcanismo no Monte Akhuna foram encontradas usando um espectrômetro de infravermelho - os depósitos de carbonato de sódio foram determinados no topo e nas encostas. Provavelmente, Akhuna é um vulcão criovélico, ou seja, um vulcão vomitando água com várias impurezas. Infelizmente, a montanha não tem novos traços de vulcanismo.
Em dois anos, Dawn conseguiu identificar muitos materiais que indicavam a atividade geológica e química do passado da água líquida em Ceres: foi encontrada argila resultante da erosão de rochas vulcânicas, carbonato de sódio e sua variante associada à água na forma de hidrocarboneto, mais conhecida como comida. refrigerante, também encontrou muito. Os compostos orgânicos são responsáveis pelo ligeiro avermelhamento das emissões de algumas crateras de meteoritos. Além disso, descobriu-se que a evolução da superfície ainda está em andamento: deslizamentos de terra estão descendo das encostas de algumas crateras, a água evapora das seções de superfície aquecidas pelo sol, cria uma atmosfera temporária e se instala com geadas em uma sombra fria.
A evidência mais brilhante de atividade hidrotérmica em Ceres foram os pontos mais brilhantes da cratera Occator. A própria cratera apareceu cerca de 80 milhões de anos atrás, mas os depósitos brancos, que também acabaram sendo refrigerantes, são 30 milhões de anos mais novos que ela. Os depósitos mais frescos são geralmente recentes por padrões geológicos - cerca de 4 milhões de anos. No centro do maior ponto de carbonato, também se ergue uma cúpula crio-vulcânica, apenas muito menor que Akhuna.
Outro mistério lançou um estudo do campo gravitacional de Ceres. De acordo com seus resultados, a densidade da camada superior do planeta anão é bastante baixa - mais próxima do gelo do que da pedra. De acordo com estudos anteriores, a água deve representar de 40 a 50% do manto superior. Ao mesmo tempo, a estabilidade de grandes formações geológicas, como o Monte Akhuna ou muitas crateras profundas, é surpreendente. O permafrost normal não sustentaria essas estruturas devido à ductilidade do gelo. Acontece que algo dentro "mantém o quadro". Os cientistas sugeriram que o clatrato age como o "reforço" dos intestinos de gelo Ceres - os hidratos gasosos são compostos cristalinos da água e vários gases que se formam a uma certa razão de temperatura e pressão. Por exemplo, o hidrato de metano da água e o metano ocorrem a 0 graus. Celsius a uma pressão de 50 atm, com uma diminuição da temperatura, a pressão necessária diminui. Clatratos podem ser 100-1000 vezes mais fortes que o gelo, na mesma densidade. Ou seja, temos diante de nós evidências indiretas de substâncias voláteis escondidas nas profundezas de Ceres, que não estão mais na superfície.
Outra confirmação da desgaseificação passada de Ceres são as correntes descobertas de pequenas crateras com 1 a 4 km de largura e 500 km de comprimento. Presumivelmente, eles surgiram em regolito sobre rachaduras na crosta de um planeta anão. As rachaduras podem ter uma origem diferente: da tectônica, de um poderoso impacto de asteróide, de uma mudança no volume de um corpo cósmico devido ao seu resfriamento ... Mas cada uma dessas razões tem certos sinais que não estão presentes em Ceres. A hipótese mais convincente foi precisamente a desgaseificação, quando os fluxos de gás dos reservatórios internos foram liberados da crosta através das rachaduras.
A descoberta mais intrigante de Ceres foi a amônia encontrada na superfície com carbonatos e argilas. A amônia dissolvida na água diminui seu ponto de congelamento, o que permite que os crovovulcões entrem em erupção mesmo em temperaturas abaixo de zero. A amônia é interessante principalmente porque indica a origem de Ceres em algum lugar fora de sua órbita atual, ou seja, ela é uma alienígena no cinturão de asteróides principal.
Esta conclusão se segue por causa do chamado “Linha de neve” (linha de geada) - a distância do Sol, na qual o calor se torna insuficiente para manter uma forma gasosa, o que leva à condensação do gás em uma forma sólida. Durante a formação do sistema solar, a linha de neve para a água estava localizada a uma distância de cerca de 420 milhões de km do sol, ou seja, sobre onde Ceres gira. Agora, a linha de neve na água está localizada ainda mais longe - a cerca de 750 milhões de quilômetros do Sol - quase na órbita de Júpiter. Mais perto dessa distância, apenas planetas de pedra, satélites e asteróides giram, gelo no qual só pode estar nos pólos, na sombra ou sob a superfície. Nos picos das montanhas da Terra, o gelo se mantém devido à pressão atmosférica. Mais longe da linha de neve aquosa estão os cometas de gelo, e quase todas as luas do planeta são feitas de gelo ou cobertas de gelo.
Diferentemente da água, a amônia tem uma temperatura de condensação mais baixa e, durante a formação do sistema solar, sua linha de neve fica a cerca de 80 milhões de quilômetros a mais da órbita de Ceres, ou seja, ele não pôde participar de sua criação. Há outros sinais indiretos de que Ceres é um convidado no cinturão principal. Como já mencionado, a água no planeta anão é incomparavelmente maior do que nos asteróides próximos. As exceções são apenas em cometas "degenerados" e asteróides distantes na órbita de Júpiter. Quase todos os principais asteróides principais do cinturão principal têm suas próprias famílias, ou seja, grupos de asteróides pequenos que têm características espectrais comuns e órbitas próximas, mas Ceres não.
Em geral, deve-se reconhecer que Ceres é mais semelhante em forma e composição às grandes luas de Júpiter ou mesmo a outros planetas anões, como Plutão. As luas esféricas de Saturno são geralmente menos densas que Ceres, devido ao maior teor de gelo. Plutão é mais denso que os satélites gelados, mas não atinge Ceres, mas pode ganhar densidade devido à "descarga" de gases leves, já após a aproximação do Sol. A inclinação da órbita de Ceres sugere que ela não veio de Júpiter, então talvez tenha sido um planeta anão na parte de trás do sistema solar. Talvez um estudo mais detalhado dê respostas.
Agora, o amanhecer está se preparando para avançar para a órbita final mais baixa, com uma altura de 50 km, o que promete novos detalhes na superfície e novas descobertas. Embora no futuro valha a pena lançar uma sonda de pouso lá. As descobertas já realizadas são suficientes para entender sua alta importância para o estudo da história e evolução do sistema solar.