Сублимационно-пылевая активность астероидов примитивных типов как признак наличия льда Н2О

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

С 12 декабря 2022 г. по 28 февраля 2023 г. нами проведен UBVRI-обзор и рассчитаны аппроксимированные спектры отражения доступных для наблюдений в указанный период времени 65 астероидов Главного пояса, включая 50 объектов примитивных типов, находившихся вблизи перигелия. Целью этих наблюдений был поиск спектральных признаков сублимационно-пылевой активности астероидов и образования у них временной пылевой экзосферы, связанных с наличием в их недрах льда Н2О, при наиболее высоких подсолнечных температурах. Исходя из анализа точности и формы аппроксимированных спектров отражения астероидов примитивных типов, условно ограниченных значением геометрического альбедо ≤0.10, нами обнаружена сублимационно-пылевая пылевая активность 164 Евы, 360 Карловы и 750 Оскара по отчетливым кратковременным вариациям отражательной способности этих астероидов в полосе U. Похожие спектральные изменения и связанная с ними сублимационно-пылевая активность обнаружены в одну из ночей у астероида 629 Бернардина с повышенным значением геометрического альбедо (0.14 или 0.19), что может быть признаком неоднородности состава его вещества и, возможно, наличия локального обнажения водяного льда. Кроме того, у трех астероидов высокотемпературных типов, 757 Портлендии, 1121 Наташи и 1687 Глароны, зарегистрированы заметные спектральные вариации во всем диапазоне, которые могут быть связаны с выбросом с их поверхности субмикронной пыли другими механизмами. Для обоснования и интерпретации результатов наблюдений выполнено численное моделирование спектров отражения условных астероидов таксономических типов С (с низкотемпературной минералогией) и S (с высокотемпературной минералогией), окруженных оптически тонкой пылевой экзосферой, состоящей из агрегатных или однородных субмикронных частиц разного состава. На основе этого моделирования нами предложен количественный критерий идентификации слабой сублимационно-пылевой активности астероидов примитивных типов в видимом диапазоне.

About the authors

В. В. Бусарев

МГУ им. М.В. Ломоносова, Астрономический ин-т им. П.К. Штернберга; Институт астрономии РАН

Author for correspondence.
Email: busarev@sai.msu.ru
Russian Federation, Москва; Москва

Е. В. Петрова

Институт космических исследований РАН

Email: busarev@sai.msu.ru
Russian Federation, Москва

М. П. Щербина

МГУ им. М.В. Ломоносова, Астрономический ин-т им. П.К. Штернберга; Институт астрономии РАН

Email: busarev@sai.msu.ru
Russian Federation, Москва; Москва

М. А. Бурлак

МГУ им. М.В. Ломоносова, Астрономический ин-т им. П.К. Штернберга

Email: busarev@sai.msu.ru
Russian Federation, Москва

Н. П. Иконникова

МГУ им. М.В. Ломоносова, Астрономический ин-т им. П.К. Штернберга

Email: busarev@sai.msu.ru
Russian Federation, Москва

М. В. Максимова

МГУ им. М.В. Ломоносова, Астрономический ин-т им. П.К. Штернберга

Email: busarev@sai.msu.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Бусарев В.В. Гидратированные силикаты на астероидах M-, S- и E-типов как возможные следы столкновений с телами из зоны роста Юпитера // Астрон. вестн. 2002. Т. 36. № 1. С. 39–47. (Busarev V.V. Hydrated silicates on asteroids of M-, S-, and E- types as possible traces of collisions with bodies of the Jupiter growth zone // Sol. Syst. Res. 2002. V. 36. № 1. P. 39–47.)
  2. Бусарев В.В. Спектральные исследования астероидов 21 Лютеция и 4 Веста как объектов космических миссий // Астрон. вестн. 2010. Т. 44. № 6. С. 539–551. (Busarev V.V. Spectral investigations of asteroids 21 Lutetia and 4 Vesta as objects of space missions // Sol. Syst. Res. 2010. V. 44. № 6. P. 507–519.)
  3. Бусарев В.В. Новые спектры отражения 40 астероидов: сравнение с предшествующими результатами и интерпретация // Астрон. вестн. 2016. Т. 50. № 1. С. 15–26. (Busarev V.V. New reflectance spectra of 40 asteroids: A comparison with previous results and interpretation // Sol. Syst. Res. 2016. V. 50. № 1. P. 13–23.)
  4. Бусарев В.В., Барабанов С.И., Пузин В.Б. Оценка состава вещества и обнаружение сублимационной активности астероидов 145 Адеоны, 704 Интерамнии, 779 Нины и 1474 Бейры // Астрон. вестн. 2016. Т. 50. № 4. С. 300–312. (Busarev V.V., Barabanov S.I., Puzin V.B. Material composition assessment and discovering sublimation activity on asteroids 145 Adeona, 704 Interamnia, 779 Nina, and 1474 Beira // Sol. Syst. Res. 2016. V. 50. № 4. P. 281–293.)
  5. Бусарев В.В., Щербина М.П., Барабанов С.И., Ирсмамбетова Т.Р., Кохирова Г.И., Хамроев У.Х., Хамитов И.М., Бикмаев И.Ф., Гумеров Р.И., Иртуганов Э.Н., Мельников С.С. Подтверждение сублимационной активности примитивных астероидов Главного пояса 779 Нины, 704 Интерамнии и 145 Адеоны и ее вероятные спектральные признаки у 51 Немаузы и 65 Цибелы // Астрон. вестн. 2019. Т. 53 (4). С. 273–290 (Busarev V.V., Shcherbina M.P., Barabanov S.I., Irsmambetova T.R., Kokhirova G.I., Khamroev U.Kh., Khamitov I.M., Bikmaev I.F., Gumerov R.I., Irtuganov E.N., Mel’nikov S.S. Confirmation of the sublimation activity of the primitive Main-belt asteroids 779 Nina, 704 Interamnia, and 145 Adeona, as well as its probable spectral signs on 51 Nemausa and 65 Cybele // Sol. Syst. Res. 2019. V. 53 (4). P. 261–277.)
  6. Бусарев В.В., Савелова А.А., Щербина М.П., Барабанов C.И. Спектральные признаки одновременной сублимационной активности и появления пылевой экзосферы у 8 астероидов Главного пояса вблизи перигелия // Астрон. вестн. 2022. Т. 56. № 2. С. 92–108. (Busarev V.V., Savelova A.A., Shcherbina M.P., Barabanov S.I. Spectral signs of simultaneous sublimation activity and the appearance of a dust exosphere on eight asteroids of the Main belt near perihelion // Sol. Syst. Res. 2022. V. 56. №. 2. P. 84–99.)
  7. Бусарев В.B., Петрова Е.В., Щербина М.П., Кузнецов С.Ю., Бурлак М.А., Иконникова Н.П., Савелова А.А., Белинский А.А. Поиск признаков сублимационно-пылевой активности астероидов примитивных типов вблизи перигелия // Астрон. вестн. 2023. Т. 57. № 5. С. 439–457. (Busarev V.V., Petrova E.V., Shcherbina M.P., Kuznetsov S.Yu., Burlak M.A., Ikonnikova N.P., Savelova A.A., Belinskii A.A. Search for signs of sublimation-driven dust activity of primitive-type asteroids near perihelion // Sol. Syst. Res. 2023. V. 57. № 5. P. 449–466.)
  8. Петрова Е.В., Бусарев В.В. О возможностях оценки свойств частиц в экзосфере активного астероида по деталям в УФ- и видимом диапазонах спектров отражения // Астрон. вестн. 2023. Т. 57. № 2. С. 166–180. (Petrova E.V., Busarev V.V. On the prospects for estimating the properties of particles in an active asteroid exosphere by features in the UV and visible reflectance spectra // Sol. Syst. Res. 2023. V. 57. № 2. P. 161–174.)
  9. Шустов Б.М., Золотарёв Р.В., Бусарев В.В., Щербина М.П. Ударные события как возможный механизм активации сублимационно-пылевой активности астероидов Главного пояса // Астрон. журн. 2022. Т. 99. С. 1058–1071.
  10. Berg O.E., Wolf H., Rhee J. Lunar Soil Movement Registered by the Apollo 17 Cosmic Dust Experiment // Int. Astron. Union Colloq. Cambridge Univ. Press, 1976. V. 31. P. 233–237.
  11. Bessell M.S. UBVRI photometry II: The Cousins VRI system, its temperature and absolute flux calibration, and relevance for two-dimensional photometry // Publ. Astron. Soc. Pacif. 1979. V. 91. P. 589–607.
  12. Bessell M.S. Standard photometric systems // Annu. Rev. Astron. and Astrophys. 2005. V. 43. P. 293–336.
  13. Bottke Jr W.F., Vokrouhlický D., Rubincam D.P., Nesvorný D. The Yarkovsky and YORP effects: Implications for asteroid dynamics // Annu. Rev. Earth and Planet. Sci. 2006. V. 34. 157–191.
  14. Bradley J.P., Sandford S.A., Walker R.M. Interplanetary dust particles // Meteorites and the early Solar system / Eds: Kerridge J.F., Matthews M.S. Tucson: Univ. Arizona Press, 1988. P. 861–895.
  15. Bus S.J., Binzel R.P. Phase II of the Small Main-belt Asteroid Spectroscopic Survey. A feature-based taxonomy // Icarus. 2002. V. 158. P. 146–177.
  16. Bus S., Binzel R.P. Small Main-belt Asteroid Spectroscopic Survey, Phase II. EAR-A-I0028-4-SBN0001/SMASSII-V1.0. NASA Planetary Data System, 2003.
  17. Busarev V.V. Spectral features of M-asteroids: 75 Eurydike and 201 Penelope // Icarus. 1998. V. 131. P. 32–40.
  18. Busarev V.V. A hypothesis on the origin of C-type asteroids and carbonaceous chondrites // Asteroids, Comets, Meteors (ACM) 2012. Proc. Conf. May 16-20. 2012. Niigata, Japan. LPI Contrib. № 1667. Id. 6017. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1211/1211.3042.pdf.
  19. Busarev V.V., Barabanov S.I., Rusakov V.S., Puzin V.B., Kravtsov V.V. Spectrophotometry of (32) Pomona, (145) Adeona, (704) Interamnia, (779) Nina, (330825) 2008 ХЕ3, and 2012 QG42 and laboratory study of possible analog samples // Icarus. 2015. V. 262. P. 44–57.
  20. Busarev V.V., Petrova E.V., Irsmambetova T.R., Shcherbina M.P., Barabanov S.I. Simultaneous sublimation activity of primitive asteroids including (24) Themis and (449) Hamburga: Spectral signs of an exosphere and the solar activity impact // Icarus. 2021. V. 369. Id. 114634 (18 p.).
  21. Busarev V.V., Petrova E.V., Puzin V.B., Barabanov S.I., Shcherbina M.P., Kuznetsov S.Yu. An optically thin and thick dust exosphere of active asteroids: Spectral signs and possible formation mechanisms // Sol. Syst. Res. 2024. V. 58. No. 3. P. 315–325.
  22. Chandler C.O., Kueny J.K., Trujillo C.A., Trilling D.E., Oldroyd W.J. Cometary activity discovered on a distant Centaur: A nonaqueous sublimation mechanism // Astrophys. J. Lett. 2020. V. 892. Id. L38 (13 p.).
  23. Chandler C.O., Trujillo C.A., Hsieh H.H. Recurrent activity from active asteroid (248370) 2005 QN173: A Main-belt comet // Astrophys. J. Lett. 2021. V. 922. Id. L8 (10 p.).
  24. Chandler C.O., Trujillo C.A., Oldroyd W.J., J. Kueny K., Burris W.A., Hsieh H.H., DeSpain J.A., Sedaghat N., Sheppard S.S., Farrell K.A. and 16 co-authors. The Active Asteroids Citizen Science Program: Overview and first results // Astron. J. 2024. V. 167. Id. 156 (24 p.).
  25. Criswell D.R. Lunar dust motion // Proc. 3rd Lunar Sci. Conf. (Suppl. 3, Geochim. et Cosmochim. Acta). 1972. V. 3. P. 2671–2680.
  26. Cunningham L.E. Periodic comet Wilson-Harrington (1949g) // IAU Circular. 1950. V. 1250. P. 3.
  27. De Sanctis M.C., Combe J.-Ph., Ammannito E., Palomba E., Longobardo A., McCord T. B., Marchi S., Capaccioni F., Capria M.T., Mittlefehldt D.W., and 11 coauthors. Detection of widespread hydrated materials on Vesta by the VIR imaging spectrometer on board the Dawn mission // Astrophys. J. Lett. 2012. V. 758. Id. L36 (5 p.).
  28. Devogèle M., Ferrais M., Jehin E., Moskovitz N., Skiff B.A., Levine S.E., Gustafsson A., Farnocchia D., Micheli M., C. Snodgrass, and 15 co-authors. (6478) Gault: Physical characterization of an active Main-belt asteroid // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2021. V. 505. P. 245–258.
  29. Dorschner J., Begemann B., Henning T., Jaeger C., Mutschke H. Steps toward interstellar silicate mineralogy. II. Study of Mg-Fe-silicate glasses of variable composition // Astron. and Astrophys. 1995. V. 300. P. 503–520.
  30. Ezer D., Cameron G.W. The early evolution of the Sun // Icarus. 1962. V. 1. P. 422–441.
  31. Gaffey M.J., Bell J.F., Brown R.H., Burbine T.H., Piatek J.L., Reed K.L., Chaky D.A. Mineralogical variations within the S-type asteroid class // Icarus. 1993. V. 106. P. 573–602.
  32. Gaffey M.J., Cloutis E.A., Kelley M.S., Reed K.L. Mineralogy of asteroids // Asteroids III / Eds: Bottke W. et al.) Tucson: Univ. Arizona Press, 2002. P. 183–204.
  33. Gustafson B.A.S., Kolokolova L. A systematic study of light scattering by aggregate particles using the microwave analog technique: Angular and wavelength dependence of intensity and polarization // J. Geophys. Res. 1999. V. 104 (D24). P. 31711–31720.
  34. Güttler C., Mannel T., Rotundi A., Merouane S., Fulle M., Bockelée-Morvan D., Lasue J., Levasseur-Regourd A.C., Blum J., Naletto G., and 21 co-authors. Synthesis of the morphological description of cometary dust at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko // Astron. and Astrophys. 2019. V. 630. Id. A24.
  35. Hartzell C.M. Dynamics of 2D electrostatic dust levitation at asteroids // Icarus. 2019. V. 333. P. 234–242.
  36. Hsieh H.H., Jewitt D.A., Fernández Y.R. The strange case of 133P/Elst-Pizarro: A comet among the asteroids // Astron. J. 2004. V. 127. P. 2997–3017.
  37. Hsieh H.H., Jewitt D.A. Population of comets in the Main asteroid belt // Science. 2006. V. 312. P. 561–563.
  38. Hsieh H.H., Haghighipour N. Potential Jupiter-Family comet contamination of the Main asteroid belt // Icarus. 2016. V. 277. P. 19–38.
  39. Jewitt D. The active asteroids // Astron. J. 2012. V. 143. Id. 66 (14 p.).
  40. Jewitt D., Hsieh H.H. The asteroid-comet continuum // arXiv preprint arXiv:2203.01397. – 2022. Chapter in press for the book Comets III / Eds: Meech K., Combi M. Univ. of Arizona Press (35 p.).
  41. Johnson H.L. Infrared photometry of M-dwarf stars // Astrophys. J. 1965. V. 141. P. 170–176.
  42. Kellogg P.J., Horbury T.S. Rapid density fluctuations in the solar wind // Ann. Geophys. 2005. V. 23. P. 3765–3773.
  43. Kelley M.S., Hsieh H.H., Bodewits D., Saki M., Villanueva G.L., Milam S.N., Hammel H.B. Spectroscopic identification of water emission from a Main-belt comet // Nature. 2023. V. 619. P. 720–723.
  44. Lee P. Dust levitation on asteroids // Icarus. 1996. V. 124. P. 181–194.
  45. Li A., Greenberg J.M. A unified model of interstellar dust // Astron. and Astrophys. 1997. V. 232. P. 566–584.
  46. Malaspina D.M., Kellogg P.J., Bale S.D., Ergun R.E. Measurements of rapid density fluctuations in the solar wind // Astrophys. J. 2010. V. 711. P. 322–327.
  47. Mannel T., Bentley M.S., Schmied R., Jeszenszky H., Levasseur-Regourd A.C., Romstedt J., Torkar K. Fractal cometary dust – a window into the early Solar system // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2016. V. 462. S304–S311. https://doi.org/10.1093/mnras/stw2898.
  48. McCord T.B., Li J.-Y., Combe J.-P., McSween H.Y., Jaumann R., Reddy V., Tosi F., Williams D.A., Blewett D.T., Turrini D., and 19 coauthors. Dark material on Vesta from the infall of carbonaceous volatile-rich material // Nature. 2012. V. 491. P. 83–86.
  49. Nitter T., Havnes O. Dynamics of dust in a plasma sheath and injection of dust into the plasma sheath above Moon and asteroidal surfaces // Earth, Moon, and Planets. 1992. V. 56. P. 7–34.
  50. Onyeagusi F.C., Jungmann F., Teiser J., Wurm G. Electrostatic Repulsion of Dust from Planetary Surfaces // Planet. Sci. J. 2023. V. 4(1). Id. 13 (7p.).
  51. Rivkin A.S., Howell E.S., Britt D.T., Lebofsky L.A., Nolan M.C., Branston D.D. 3-μm spectrophotometric survey of M- and E-class asteroids // Icarus. 1995. V. 117. P. 90–100.
  52. Rivkin A.S., Howell E.S, Lebofsky L.A., Clark B.E, Britt D.T. The nature of M-class asteroids from 3-µm observations // Icarus. 2000. V. 145. P. 351–368.
  53. Rouleau F., Martin P.G. Shape and clustering effects on the optical properties of amorphous carbon // Astrophys. J. 1991. V. 377. P. 526–540.
  54. Schorghofer N. The lifetime of ice on Main belt asteroids // Astrophys. J. 2008. V. 682. P. 697–705.
  55. Schorghofer N. Predictions of depth-to-ice on asteroids based on an asynchronous model of temperature, impact stirring, and ice loss // Icarus. 2016. V. 276. P. 88–95.
  56. Tholen D.J. Asteroid taxonomic classifications // Asteroids II / Eds: Binzel R.P., Gehrels T., Mattews M.S. Tucson: Univ. Arizona Press, 1989. P. 1139–1150.
  57. Tishkovets V.P., Petrova E.V. Spectra of light reflected by aggregate structures of submicron particles // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2020. V. 252. Id. 107116.
  58. Veeder G.J., Tedesco E.F. Results from the IRAS Minor Planet Survey // IRAS Minor Planet Survey. Final Report PL-TR-92-2049 / Eds: Tedesco E.F., et al. Massachusetts: Phillips Laboratory, 1992. P. 107–126.
  59. Warren S.G., Brandt R.E. Optical constants of ice from the ultraviolet to the microwave: a revised compilation // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. Id. D14220.
  60. Willson R.C., Hudson H.S. The Sun’s luminosity over a complete solar cycle // Nature. 1991. V. 351. P. 42–44.
  61. Yeo L.H., Wang X., Deca J., Hsu H.W., Horányi M. Dynamics of electrostatically lofted dust on airless planetary bodies // Icarus. 2021. V. 366. Id. 114519.
  62. Zank G.P., Matthaeus W.H. Waves and turbulence in the solar wind // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P. 17.189–17.194.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences