«снеговики, летящие сквозь глубокий» космос — это не праздничная шутка, а буквальное описание, вытекающее из недавних исследований, которые объясняют, почему многие малые миры за пределами Нептуна напоминают два слипшихся снежных кома. 26 февраля 2026 года исследователи из Michigan State University опубликовали результаты симуляции, принятой к печати в мартовском номере Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, которая воспроизводит знаковые двухлопастные формы, наблюдаемые у объектов пояса Койпера, таких как Аррокот (Arrokoth). Модель, разработанная аспирантом MSU Джексоном Барнсом (Jackson Barnes) совместно с коллегами из Planetary Science Institute и MSU, показывает, что контактные двойные системы могут возникать естественным путем, когда облако ледяных пебблов (камешков) коллапсирует под действием собственной гравитации, и фрагменты мягко сливаются, а не разлетаются вдребезги.
Снеговики, летящие сквозь глубины: новая симуляция
Симуляция Барнса и его коллег предлагает первую полностью самосогласованную демонстрацию того, что гравитационный коллапс облака пебблов может порождать первозданные контактные двойные системы — объекты, состоящие из двух соприкасающихся долей, похожих на снеговика. Команда подготовила короткое видео процесса, в котором несколько небольших тел формируются, мигрируют и объединяются в контактную систему без необходимости в редких высокоэнергетических столкновениях или экзотических процессах. Это важно, поскольку данные пролетов космических аппаратов и телескопических обзоров показывают, что удивительно большая доля малых объектов пояса Койпера являются контактными двойными; любая жизнеспособная модель формирования должна объяснять их частое появление.
Предыдущие вычислительные модели часто не могли свести две доли вместе без искусственно настроенных столкновений или внешних факторов. Подход Барнса начинается с разреженного, гравитационно неустойчивого облака пебблов и позволяет гравитации в сочетании с динамическим взаимодействием выполнить всю работу. По мере сжатия облака низкие относительные скорости и мягкие сближения позволяют агрегатам сливаться в двухлопастные конфигурации, которые сохраняют свою целостность в пустынных окраинах Солнечной системы.
Снеговики, летящие сквозь глубины, и пояс Койпера
Новая симуляция показывает, что такие формы могут быть естественным результатом формирования планетезималей в поясе Койпера, а не редкой случайностью. Как только две доли вступают в контакт в среде с низкой плотностью, характерной для пояса, дальнейшие высокоскоростные столкновения становятся маловероятными. Это означает, что хрупкие формы «снеговиков» могут сохраняться миллиарды лет, доходя до нас как относительно нетронутые свидетельства ранней Солнечной системы.
Физика ледяного слипания
Как крошечные, покрытые инеем зерна и камешки слипаются в условиях, близких к вакууму, и микрогравитации внешней Солнечной системы? Ответ кроется в сочетании мягкой динамики и физики поверхности. Когда скорости сталкивающихся частиц малы — сантиметры в секунду, а не километры — столкновения имеют тенденцию к диссипации энергии, позволяя агрегатам сцепляться, а не фрагментироваться. Такое состояние типично для медленного коллапса облака пебблов, где взаимная гравитация снижает относительные скорости соседних частиц.
На малых масштабах важную роль играют силы ближнего действия. Ван-дер-ваальсово притяжение — слабая универсальная сила между молекулами — обеспечивает сцепление при малых площадях контакта. Электростатические заряды также могут играть роль: дифференциальная зарядка от солнечного света или плазмы может заставлять зерна притягиваться или отталкиваться, в зависимости от обстоятельств, и помогать формированию начальных сгустков. В то же время при криогенных температурах пояса Койпера лед ведет себя иначе, чем при земных температурах: поверхности могут быть более липкими, так как спекание и реконденсация инея в точках контакта со временем «сваривают» зерна друг с другом.
Лабораторные исследования и теоретические работы в области планетологии показывают, что комбинация этих эффектов — низких скоростей столкновения, ван-дер-ваальсовой когезии, возможного электростатического притяжения и термически обусловленного спекания — позволяет даже крошечным зернам льда сливаться в более крупные агрегаты. Эти агрегаты затем могут продолжать аккрецию в ходе лавинообразного процесса, который завершается образованием километровых планетезималей и, в условиях, смоделированных Барнсом, двухлопастных контактных двойных систем.
От пебблов к контактным двойным системам: гравитационный коллапс
Центральный механизм, который протестировала команда MSU, — это гравитационный коллапс плотного облака ледяных пебблов. В этой картине локальные концентрации твердых частиц — «метеорологическое» скучивание в протопланетном диске или потоковые неустойчивости, концентрирующие частицы, — делают подобласть достаточно плотной, чтобы самогравитация преодолела тенденцию облака к рассеиванию. По мере коллапса облака формируются и взаимодействуют отдельные сгустки пебблов.
Что принципиально важно, коллапс обычно приводит к низким относительным скоростям между соседними сгустками, поскольку процесс носит коллективный характер: частицы падают к общему центру, а не врезаются друг в друга на случайных высокоскоростных траекториях. Такие мягкие встречи благоприятствуют слипанию и перестройке в контактные двойные системы. Симуляция MSU показывает, что возможны различные результаты — одиночные сфероиды, двойные и контактные двойные системы — в зависимости от начальной плотности и углового момента, но двухлопастные формы появляются естественным образом в реалистичных диапазонах параметров, объясняя, почему телескопические и космические наблюдения находят их в значительном количестве.
Поверхностные процессы и иней на космических аппаратах
Та же физика поверхности, которая помогает ледяным зернам сцепляться в поясе Койпера, объясняет, почему иней прилипает к поверхностям космических аппаратов на орбите или почему он может накапливаться на спускаемых аппаратах и приборах в холодных частях Солнечной системы. В условиях микрогравитации нет сильной тяги вниз, которая могла бы сорвать иней; вместо этого молекулярные силы и медленная реконденсация удерживают его. Электростатическая адгезия может приводить к налипанию пыли и ледяных зерен на солнечные панели и датчики, что создает серьезные инженерные проблемы для миссий, работающих в пыльных или богатых летучими веществами средах.
Понимание этих механизмов имеет не только академический интерес: прогнозирование того, как быстро поверхности спекаются или насколько прочным будет контакт между двумя долями при циклическом изменении температуры, влияет на то, как ученые интерпретируют дистанционные наблюдения и планируют будущие миссии. Например, будущий спускаемый аппарат, нацеленный на двухлопастный объект пояса Койпера, должен будет учитывать наличие хрупких зон контакта, которые могут быть связаны слабее, чем остальная часть тела.
Последствия и будущие наблюдения
В дальнейшем телескопические обзоры, увеличивающие выборку малых объектов пояса Койпера, а также любые будущие миссии по пролету или сближению, смогут проверить детальные предсказания моделей коллапса: распределение размеров долей, состояния вращения, пористость поверхности и частоту встречаемости почти первозданных контактных двойных систем. Лабораторные эксперименты и уточненные симуляции также будут исследовать микрофизику — силы Ван-дер-Ваальса, электростатику и спекание, — которые управляют самым ранним этапом слипания ледяных зерен. Вместе эти доказательства помогут уточнить нашу картину того, как строительные блоки планет собирались в самых холодных уголках Солнечной системы.
Comments
No comments yet. Be the first!