Ве́ста (официальное название – 4 Веста; англ. 4 Vesta), астероид, движущийся вблизи внутренней границы Главного пояса астероидов и входящий в семейство Весты (вестоиды). Его среднее расстояние от Солнца составляет 2,3620 а. е. (или 353 350 170,6 км). Астероид принадлежит спектральному классу V.

Первооткрывателем Весты стал Г. Ольберс, который обнаружил её 29 марта 1807 г. и назвал именем древнеримской богини дома и домашнего очага Весты по совету К. Ф. Гаусса.

Физические параметры Весты были уточнены с помощью космического аппарата Dawn (NASA), который в течение года (с июля 2011 по август 2012) находился на круговой орбите около Весты. В соответствии с этими измерениями, масса астероида составляет 2,59 · 10²⁰ кг, средний диаметр – 525 км (полные размеры 572,6 × 557,2 × 446,4 км), средняя плотность – 3,46 г/см³ (Dawn at Vesta. 2012). Уточнённое значение среднего диаметра Весты оказалось несколько больше диаметра Паллады, что поставило Весту по размеру и массе на 2-е место после Цереры.

Орбитальные характеристики и вращение

Параметры орбит даже крупных астероидов Главного пояса медленно меняются под гравитационным влиянием больших планет и соседних астероидов. На 31 мая 2020 г. (эпоха JD 2459000.5) орбитальные параметры Весты имеют следующие значения: большая полуось орбиты – 2,3620141 а. е.; эксцентриситет – 0,0885159; наклонение к плоскости эклиптики – 7,14189°; долгота восходящего узла – 103,80911°; средняя аномалия – 204,32764°; аргумент перигелия – 150,87487°. Гелиоцентрические расстояния Весты в афелии и перигелии – 2,5709263 и 2,1529384 а. е. соответственно [Эфемериды малых планет на 2020 год. 2019; (4) Vesta // IAU Minor Planet Center].

Сидерический период обращения Весты вокруг Солнца равен 3,63 года при среднем угловом движении 0,27150658° в cутки, которому соответствует линейная скорость 19,35 км/c в прямом направлении (т. е. против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса эклиптики) (рис. 1). Установленный период вращения Весты вокруг собственной оси также в прямом направлении составляет 5,342 ч (Dawn at Vesta... 2012; Small-Body Database Lookup). При достаточно высокой точности известного периода вращения наклон оси вращения Весты относительно плоскости орбиты найден с погрешностью ±10° и оценивается в разных источниках величиной около 30°. Это должно вызывать заметные сезонные изменения температуры, особенно вблизи полюсов астероида.

Так как эксцентриситет орбиты Весты достаточно мал, она не выходит за пределы Главного пояса, не сближается с Землёй и не представляет для неё никакой опасности. В зависимости от их взаимного расположения иногда достигается минимальное расстояние между Вестой и Землёй, равное 1,1397 а. е. [(4) Vesta // IAU Minor Planet Center].

Рис. 1. Схематическое изображение орбиты Весты на 31 мая 2020 (эпоха JD 2459000.5).Рис. 1. Схематическое изображение орбиты Весты на 31 мая 2020 (эпоха JD 2459000.5).

Свойства поверхности, внутреннее строение и состав

Геометрическое альбедо Весты является предельно высоким для астероидов и достигает 0,423 ± 0,053, что делает Весту самым ярким объектом в Главном поясе астероидов. Весту можно видеть вблизи оппозиции даже невооружённым глазом, хотя её размер почти вдвое меньше размера Цереры.

Средний поток солнечного излучения на орбите Весты, как величина обратно пропорциональная квадрату расстояния от Солнца, в 5,6 раза меньше солнечной постоянной и составляет 245 Вт/м². Указанное значение альбедо определяет наиболее высокие подсолнечные температуры Весты на экваторе – около –30 °С при прохождении ею перигелия. Наблюдения Весты с помощью космической обсерватории «Гершель» (Европейское космическое агентство) в 2010 г. показали, что предельные значения температур на её поверхности при смене дня и ночи составляют соответственно –25 и –233 °С [Thermal properties of (4) Vesta... 2012].

По результатам наблюдений космического аппарата (КА) Dawn были получены детальные изображения поверхности астероида. Моделирование условий освещённости и расчёт соответствующей температуры поверхности позволили построить глобальную карту распределения средних температур (рис. 2) (Stubbs. 2012).

Рис. 2. Глобальная карта распределения средней температуры (в кельвинах) поверхности Весты. Рис. 2. Глобальная карта распределения средней температуры (в кельвинах) поверхности Весты. Как можно видеть на карте, экваториальная зона Весты слишком тёплая, чтобы водяной лёд мог долго сохраняться там вблизи поверхности. Но примерно половина поверхности Весты (на широтах выше 27°) настолько холодна и получает в среднем так мало солнечного света, что в этих областях возможно существование водяного льда на сравнительно небольшой глубине в течение миллиардов лет (Stubbs. 2012). Однако изучение поверхности Весты с КА Dawn не привело к обнаружению никаких залежей льда (в первую очередь, наиболее распространённых Н₂О и СО₂), даже вблизи полярных областей. Возможно, это объясняется достаточно большим наклоном оси вращения астероида и регулярной сменой сезонов, что препятствует накоплению летучих соединений в полярных областях. Вероятно поэтому у Весты не замечено никаких признаков сублимационной активности. Но подтверждением наличия водяного льда на некоторой глубине может быть обнаружение с КА Dawn весьма протяжённой зоны гидратированных силикатов, т. е. соединений, в которые вода входит в связанном состоянии, по их характеристической полосе поглощения вблизи длины волны 3 мкм (рис. 3). Подобные силикаты формируются из безводных силикатов при наличии воды в жидком состоянии либо при условии контакта силикатов со льдом. Частые на астероидах Главного пояса ударные события должны вызывать локальное временное плавление водяного льда, находящегося на сравнительно небольшой глубине на многих таких телах, и вести к образованию там гидросиликатов. А последующие за ними ударные события, по-видимому, приводят к выбросу гидросиликатов на поверхность.

Рис. 3. Зоны гидратированных силикатов на Весте в её северном полушарии (август 2011, образования обозначены белым цветом) по данным картографического спектрометра на борту космического аппарата Dawn, полученным в видимом и инфракрасном диапазонах с высоты 2700 км. Перевод: БРЭ.Рис. 3. Зоны гидратированных силикатов на Весте в её северном полушарии (август 2011, образования обозначены белым цветом) по данным картографического спектрометра на борту космического аппарата Dawn, полученным в видимом и инфракрасном диапазонах с высоты 2700 км. Перевод: БРЭ.Спутники у Весты не обнаружены, но она возглавляет (по размеру) семейство небольших астероидов-вестоидов общего с ней спектрального класса V и c близкими параметрами орбит. Как показывает моделирование (Asphaug. 1997), малые астероиды этого семейства, вероятно, являются фрагментами коры Весты, выброшенными при катастрофическом столкновении с ней астероида размером в несколько десятков километров, что привело к образованию ударного кратера диаметром около 450 км и глубиной до 25 км (и связанного с ним бассейна, названного Реясильвией) вблизи южного полюса Весты.

Наличие кратера, сопоставимого по размеру с диаметром Весты, служит одним из наиболее убедительных свидетельств высокотемпературного происхождения её химико-минералогического состава и высокой прочности не только коры, но и глубоких недр этого астероида. Установленная на основе данных КА Dawn внутренняя структура Весты показывает, что у неё есть ядро диаметром около 110 км преимущественно железного состава (рис. 4).

Рис. 4. Художественное воспроизведение модели внутреннего строения Весты, основанное на данных космического аппарата Dawn: внутреннее железное ядро (коричневое), мантия (зелёная) и кора (серая).Рис. 4. Художественное воспроизведение модели внутреннего строения Весты, основанное на данных космического аппарата Dawn: внутреннее железное ядро (коричневое), мантия (зелёная) и кора (серая).Как следует из моделирования, на протяжении нескольких первых миллионов лет произошло полное плавление Весты благодаря распаду короткоживущих изотопов (в основном ²⁶Al и ⁶⁰Fe) и выделению тепла в её недрах. Это дало возможность железу погрузиться в недра и образовать ядро астероида, а также сформироваться базальтовой коре (Neumann. 2014). Температура плавления базальта превышает ~1200 °С, и состоит он преимущественно из таких высокотемпературных минералов, как:

• плагиоклазы, обобщённая формула их непрерывного изоморфного ряда NaAlSi₃O₈ – CaAl₂Si₂O₈;

• пироксены, XY(Si,Al)₂O₆, где X – это чаще всего Са, Na, Fe(II) или Mg, Y – это, как правило, ионы меньших размеров, такие как Cr, Al, Fe(III), Mg, Co, Mn, Ti;

• оливины, их обобщённая формула (Mg, Fe)₂[SiO₄];

а также вулканического стекла и магнетита (FeO · Fe₂O₃). Можно предполагать, что перечисленные минералы и оксиды присутствуют на поверхности Весты. Но, как оказалось, на Весте имеются и специфические агрегаты этих минералов, т. н. говардиты, эвкриты и диогениты (или, согласно английской аббревиатуре, HED-комплексы), которые отражают особенности остывания её магматического океана. Эвкриты характеризуют поверхность коры астероида, диогениты – её основания, а говардиты представляют собой в основном ударные брекчии, состоящие из смеси первых двух (Mandler. 2013). После обнаружения HED-метеоритов на Земле, их изучения и сравнения с Вестой и другими астероидами-вестоидами стало ясно, что такие метеориты практически идентичны вестоидам по спектральным характеристикам и, скорее всего, были выброшены в межпланетное пространство при образовании крупнейшего ударного кратера на южном полюсе Весты (A spectroscopic comparison of HED meteorites... 2010). Как видно по шлифам образцов эвкрита и диогенита в поляризованном свете и на полированном срезе говардита, на микроуровне этих предполагаемых образцов Весты (рис. 5–7) прослеживается значительное минеральное многообразие.

Рис. 5. Образцы эвкритов, найденных в Антарктиде, QUE 97053 (слева) и EET 90020 (справа); снимки их шлифов под микроскопом сделаны в поляризованном свете; белые отрезки длиной 2,5 мм показаны для масштаба.Рис. 5. Образцы эвкритов, найденных в Антарктиде, QUE 97053 (слева) и EET 90020 (справа); снимки их шлифов под микроскопом сделаны в поляризованном свете; белые отрезки длиной 2,5 мм показаны для масштаба.

Присутствие на поверхности Весты достаточно редкого для безатмосферных небесных тел сочетания минералов подтверждается значительным цветовым диапазоном её поверхности по данным КА Dawn. Рис. 8 в условных цветах демонстрирует наличие на поверхности Весты разных минералов. Эти данные были получены в видимом и инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра картографическим спектрометром на борту КА Dawn и подчёркивают минеральные различия в километровом масштабе. Подобные различия особенно заметны вокруг кратеров, окружённых выброшенным материалом, а также на участках, где произошли оползни.

Рис. 8. Карта поверхности Весты в условных цветах, показывающая различия показателей цвета на масштабах от единиц до десятков километров. Создана на основе данных, полученных космическим аппаратом Dawn в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра.Рис. 8. Карта поверхности Весты в условных цветах, показывающая различия показателей цвета на масштабах от единиц до десятков километров. Создана на основе данных, полученных космическим аппаратом Dawn в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра.Кроме того, на поверхности Весты было обнаружено инородное вещество, доставляемое метеоритами и более крупными телами, такими как ядра комет и астероиды небольших размеров. Учитывая преимущественно высокотемпературный состав Весты, наиболее контрастно выглядят на её поверхности следы падений примитивных тел углисто-хондритового состава. Тёмные пятна, выделяющиеся не только низким альбедо (примерно на порядок ниже, чем среднее геометрическое альбедо астероида), но и спектром отражения, характерным для углисто-хондритового вещества, были обнаружены по данным картографического спектрометра КА Dawn специалистом по астероидам Т. Б. Маккордом с соавторами (рис. 9) (Dark material on Vesta... 2012).

Рис. 9. Пятна тёмного материала на поверхности Весты предположительно углисто-хондритового состава.Рис. 9. Пятна тёмного материала на поверхности Весты предположительно углисто-хондритового состава.Примечательно, что им же за 40 лет до осуществления этого космического проекта были проведены первые наземные многополосные фотометрические наблюдения Весты и в её спектре отражения впервые обнаружена полоса поглощения пироксенов вблизи 1 мкм (McCord. 1970). Ещё до начала работы КА Dawn на поверхности Весты с помощью наземных спектральных наблюдений было обнаружено гидратированное вещество (Бусарев. 2010). Наличие водяного льда в приповерхностных слоях Весты вполне вероятно, т. к. поток малых тел примитивного состава, направленный от периферии к центру Солнечной системы, должен был обеспечить доставку H₂O и других летучих соединений на этот астероид (как и на раннюю Землю) уже после его магматической эволюции и остывания. Такое предположение не противоречит отсутствию признаков водяного льда на поверхности Весты. Как следует из экспериментальных данных и моделирования, водяной лёд не может длительно оставаться на поверхности астероидов из-за его сублимации при температуре выше 40 К (Wagner. 1994).

С учётом высокотемпературного происхождения основных минералов, слагающих поверхность Весты, можно предположить их высокую устойчивость при воздействии всех видов излучения, а также метеоритного и микрометеоритного потоков. Одним из подтверждений этого служит низкая средняя шероховатость поверхности с величиной наклона около 23° по данным орбитальной обсерватории «Гершель» [Thermal properties of (4) Vesta... 2012]. Таким образом, поверхность Весты (её реголит) должна иметь высокую зрелость и высокую степень ударной переработки. Как установлено по космическим измерениям, тепловая инерция Весты составляет 20 Дж/(м² · К · с^1/2), что близко к средней величине по всем астероидам [Thermal properties of (4) Vesta... 2012; Asteroid thermophysical modeling. 2015]. Этот параметр характеризует преобладающий размер частиц реголита, который, в свою очередь, зависит от механической прочности поверхностного вещества.

Рис. 10. Различные формы рельефа у южного полюса Весты. Рис. 10. Различные формы рельефа у южного полюса Весты. Как видно по снимкам Весты с высоким разрешением, полученным КА Dawn, основной формой рельефа этого астероида являются ударные кратеры разных размеров и возраста. Сопутствующие ударные образования – это лучевые выбросы и пятна (иногда резко отличающиеся по контрасту от окружающего фона), а также особенности внутри самих кратеров, такие как центральные горки, оползни на валах кратеров и т. п. Образованиями другого типа являются многочисленные борозды, трещины и уступы неизвестного происхождения (рис. 10). Рис. 11. Топографическая карта южного полюса Весты, на которой маленькими значками (кружками, ромбиками и звёздочками) показано распределение тёмных материалов по всему южному полушарию Весты. Чёрная пунктирная линия изображает края бассейна Вененеи, а сплошная чёрная линия – край более молодого бассейна Реясильвии, в середине которого находится центральная горка крупнейшего ударного кратера. Рис. 11. Топографическая карта южного полюса Весты, на которой маленькими значками (кружками, ромбиками и звёздочками) показано распределение тёмных материалов по всему южному полушарию Весты. Чёрная пунктирная линия изображает края бассейна Вененеи, а сплошная чёрная линия – край более молодого бассейна Реясильвии, в середине которого находится центральная горка крупнейшего ударного кратера. Одной из наиболее заметных геологических структур, обнаруженных в Солнечной системе, является центральная горка в гигантском кратере на южном полюсе Весты высотой около 22 км и диаметром 180 км (рис. 11), которая по высоте уступает только вулкану Олимп на Марсе (26 км).

Обобщением большого количества снимков КА Dawn стала геологическая карта Весты (рис. 12), на которой разными цветами обозначены формы рельефа предположительно близкого возраста. Коричневыми цветами отмечена самая древняя, наиболее изрытая кратерами поверхность. Пурпурные цвета на севере и светло-голубые цвета представляют ландшафты, изменённые ударами в период образования бассейнов соответственно Вененеи и Реясильвии. По статистике сравнительно молодых кратеров внутри этих бассейнов возраст Вененеи оценивается величиной около 2 млрд лет, а Реясильвии – около 1 млрд лет. Светло-пурпурный и тёмно-синий цвета ниже экватора представляют внутреннюю часть бассейнов Реясильвии и Вененеи. Зелёным и жёлтым цветами обозначены относительно молодые оползни и другие нисходящие движения материалов в ударных кратерах соответственно.

Рис. 12. Геологическая карта Весты по данным космического аппарата Dawn, на которой разными цветами обозначены формы рельефа предположительно близкого возраста. Коричневыми цветами отмечена самая древняя, наиболее изрытая кратерами поверхность. Пурпурные цвета на севере и светло-голубые цвета представляют ландшафты, изменённые ударами в период образования бассейнов соответственно Вененеи и Реясильвии. Рис. 12. Геологическая карта Весты по данным космического аппарата Dawn, на которой разными цветами обозначены формы рельефа предположительно близкого возраста. Коричневыми цветами отмечена самая древняя, наиболее изрытая кратерами поверхность. Пурпурные цвета на севере и светло-голубые цвета представляют ландшафты, изменённые ударами в период образования бассейнов соответственно Вененеи и Реясильвии. Таким образом, по физическим параметрам, особенностям внутренней структуры и строению базальтовой поверхности, которые сформировались при высокотемпературной магматической эволюции, Веста существенно отличается от других астероидов Главного пояса. С другой стороны, это делает её похожей на планеты земной группы, что позволяет рассматривать её как одну из протопланет, заброшенных, вероятно, в Главный пояс из внутренней части Солнечной системы.