Астероиды типа C¶

Астероиды типа C (углеродные астероиды, от англ. carbonaceous) — это наиболее распространённый спектральный класс астероидов в Солнечной системе, характеризующийся низким альбедо (отражательной способностью) и преобладанием в составе углеродистых (карбонатных) соединений, а также силикатов, гидратированных минералов и органических веществ. Они составляют около 75 % всех известных астероидов и доминируют во внешней части Главного пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера.

¶История открытия и классификации

Спектральная классификация астероидов начала формироваться в 1970-х годах, когда астрономы, используя фотометрические и спектроскопические методы, обнаружили, что поверхность астероидов отражает свет по-разному в зависимости от их состава. В 1975 году американские астрономы Кларк Чепмен, Дэвид Моррисон и Бенджамин Зеллнер предложили первую трёхбуквенную систему (C, S, M), где класс C (carbonaceous) был выделен для объектов с низким альбедо (менее 0,1) и плоскими или слегка красноватыми спектрами в видимом диапазоне. Позднее, с развитием инфракрасной спектроскопии и миссий к астероидам, классификация была уточнена: в рамках класса C выделили подклассы (B, F, G, Cb, Cg и другие), различающиеся по деталям спектра. Наиболее распространённым подтипом является собственно C-тип.

¶Физические и химические характеристики

¶Состав и альбедо

Астероиды типа C считаются наименее изменёнными с момента формирования Солнечной системы (около 4,6 миллиарда лет назад). Их поверхность богата углеродом, органическими соединениями (включая полициклические ароматические углеводороды, аминокислоты и карбоновые кислоты), а также водосодержащими минералами (глинистыми силикатами, например, серпентином и монтмориллонитом). Альбедо типичного C-астероида варьируется от 0,03 до 0,10, что делает их одними из самых тёмных объектов в Солнечной системе — они отражают менее 10 % падающего света. Для сравнения, альбедо астероидов класса S (каменных) составляет 0,10–0,22, а класса M (металлических) — 0,10–0,18.

¶Структура и плотность

Средняя плотность C-астероидов оценивается в 1,3–2,5 г/см³, что ниже, чем у каменных (2,5–3,5 г/см³) и металлических (5–8 г/см³). Это указывает на высокую пористость (до 30–50 %) и возможное наличие значительного количества льда или гидратированных минералов. Многие C-астероиды, вероятно, представляют собой «груды щебня» (rubble piles) — рыхлые агрегаты обломков, удерживаемые вместе гравитацией, а не монолитные тела. Радиолокационные наблюдения и данные миссий (например, японской «Хаябуса-2» к астероиду Рюгу) подтверждают низкую механическую прочность поверхности.

¶Спектральные особенности

В видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектры C-астероидов почти плоские, с небольшим увеличением яркости в красной области (так называемый «красный наклон»). В ультрафиолетовой части наблюдается резкое падение отражательной способности. Характерные полосы поглощения на длинах волн около 0,7 мкм и 3 мкм указывают на присутствие гидратированных минералов и водяного льда. В подклассе B (например, астероид Бенну — объект миссии OSIRIS-REx) спектр более плоский и нейтральный, без выраженного красного наклона.

¶Распространение и орбиты

C-астероиды преобладают во внешней части Главного пояса астероидов, на расстояниях от 3,0 до 3,5 а. е. от Солнца. Внутренняя часть пояса (до 2,5 а. е.) населена в основном каменными астероидами класса S, что связано с термической эволюцией протопланетного диска: на больших расстояниях температура была ниже, что позволило сохраниться летучим соединениям, в том числе углероду и воде. Некоторые C-астероиды встречаются и во внутренних областях, но их доля невелика. Крупнейшие представители класса — Церера (диаметр 946 км, ныне классифицируется как карликовая планета), Паллада (512 км) и Гигея (434 км). Все они находятся во внешней части пояса.

¶Подклассы и примеры

Современная спектральная классификация (система Толена, 1984 год, и её модификации) выделяет несколько подтипов C-астероидов:

¶Происхождение и эволюция

Считается, что C-астероиды являются остатками планетезималей — первичных тел, из которых формировались планеты. В отличие от дифференцированных астероидов (например, класса M), они не претерпели плавления и разделения на ядро и мантию, поэтому сохранили примитивный состав, близкий к составу углеродистых хондритов — метеоритов, падающих на Землю. Углеродистые хондриты (например, метеорит Мурчисон, упавший в Австралии в 1969 году) содержат до 3–5 % углерода, включая аминокислоты и другие органические молекулы, что делает C-астероиды ключевыми объектами для изучения происхождения жизни на Земле. Гипотеза панспермии предполагает, что органические вещества могли быть занесены на Землю при столкновениях с C-астероидами.

¶Исследование космическими аппаратами

Наиболее детально изучены два C-астероида: Рюгу (подтип Cb) и Бенну (подтип B). В 2018–2019 годах японская миссия «Хаябуса-2» (JAXA) взяла пробы грунта с поверхности Рюгу и доставила их на Землю в декабре 2020 года. Анализ образцов подтвердил наличие воды в виде гидратированных минералов и органических соединений, включая урацил — одно из азотистых оснований РНК. В 2018–2021 годах американская миссия OSIRIS-REx (NASA) собрала образцы с Бенну; их возвращение запланировано на сентябрь 2023 года. Ожидается, что эти пробы дадут новые данные о составе и эволюции C-астероидов. Кроме того, в 2027 году планируется запуск миссии NASA «Психея» к металлическому астероиду, но параллельно изучаются и C-объекты как потенциальные цели для будущих экспедиций.

¶Значение в науке и практическое применение

C-астероиды представляют интерес для нескольких областей:

• Планетология: как примитивные тела, они хранят информацию о химическом составе протопланетного диска и процессах, приведших к формированию Земли.
• Астробиология: наличие органических молекул и воды делает их кандидатами на роль источников пребиотических соединений на ранней Земле.
• Ресурсная астрономия: C-астероиды содержат воду (в связанном виде) и углерод, которые могут быть использованы для добычи топлива (водорода и кислорода) и строительных материалов при освоении космоса. Однако из-за низкой концентрации металлов (никеля, железа) они менее привлекательны для горнодобычи, чем астероиды класса M.
• Опасность столкновений: хотя C-астероиды составляют большинство, их тёмная поверхность и низкое альбедо затрудняют обнаружение с Земли. Крупные C-астероиды (например, 101955 Бенну) имеют ненулевую вероятность столкновения с Землёй в XXII веке, что требует мониторинга.

¶Критика и нерешённые вопросы

Несмотря на широкое признание спектральной классификации, она основана на дистанционных наблюдениях и не всегда однозначно коррелирует с минералогическим составом. Например, астероид 1 Церера, классифицируемый как C-тип, после миссии Dawn (2015) оказался дифференцированным телом с глинистой корой, ледяной мантией и каменным ядром, что нехарактерно для типичных C-астероидов. Это ставит под сомнение единообразие класса. Кроме того, некоторые C-астероиды могут быть фрагментами разрушенных более крупных тел, а не первичными планетезималями. Будущие миссии и лабораторные анализы образцов помогут уточнить классификацию и происхождение этих объектов.

¶Источники

• Chapman, C. R., Morrison, D., & Zellner, B. (1975). Surface properties of asteroids: A synthesis of polarimetry, radiometry, and spectrophotometry. Icarus, 25(1), 104–130.
• DeMeo, F. E., & Carry, B. (2013). The taxonomic distribution of asteroids from multi-filter all-sky photometric surveys. Icarus, 226(1), 723–741.
• JAXA. (2020). Hayabusa2: Sample return from asteroid Ryugu. Science, 369(6508), 1263–1268.
• NASA. (2023). OSIRIS-REx: Mission to asteroid Bennu. Planetary Science Division.
• Rivkin, A. S., et al. (2015). The nature of the C-type asteroids: A review. Astronomical Journal, 150(5), 145.
• Современная энциклопедия астрономии. — М.: Росмэн, 2020.