Знайомтеся: Катя Францева — астероїд, а також українка, яка досліджує комети й космічний пил

Нещодавно в нашій Сонячній системі з’явився астероїд під назвою (13680) Katyafrantseva. Тобто виник він іще в незапам’ятні часи, в 1997 році про його існування дізналися астрономи, а в липні цього року він офіційно отримав ім’я на честь дослідниці космосу Катерини Францевої.

Вона народилася й виросла у Вінниці, закінчила університет у Києві, а сьогодні працює в університеті Ґронінґену (Нідерланди). Досліджує взаємодію комет, астероїдів та космічного пилу з планетами в нашій Сонячній системі й не тільки тут.

hromadske розпитало її, навіщо це потрібно, звідки взявся лід на спекотному Меркурії та де шукати «цеглинки життя» на Марсі.

Але почали ми розмову з того, як почувається людина, на честь якої офіційно назвали астероїд, що обертається навколо Сонця десь між орбітами Марса та Юпітера.

Ім’я для малого тіла  

Катерині очевидно непросто знайти слова для відповіді. Помітно, що це важливо для неї, і вона хвилюється. А втім, пояснює, що нічого екстраординарного не сталося.

Katyafrantseva — один із дуже багатьох відомих нам астероїдів. У нас немає підстав вважати його якимось особливим, а називати астероїди іменами астрономів — це звична практика. Бо, зрештою, сьогодні таких тіл — астероїдів та комет — відомо більш як мільйон, а їхніх дослідників — незрівнянно менше. Тому є серед них названі іменами героїв античної міфології, міст і країн. Один, наприклад, зветься 1709 Україна.

Пропонує назву астероїда той, хто його відкрив. Спеціальний комітет може протягом не одного року розглядати заявку — і зовсім не обов’язково, що її затвердить. Наприклад, не можна називати астероїди на честь домашніх тварин. А ще треба переконатися, що серед понад мільйона вже відомих астероїдів немає ще одного з таким іменем.

Астероїди з однієї сім’ї 

Katyafrantseva відкрили ще в 1997 році друзі й колеги астронома Міхаеля Мюллера (Michael «Migo» Mueller), який є науковим керівником Катерини. І в космосі також є астероїд, названий на його честь, — 17779 Migomueller.

Разом з Katyafrantseva вони належать до однієї сім’ї. Це означає, що колись вони були частиною одного більшого космічного тіла, яке потім зруйнувалося, — найімовірніше, зіткнулося з іншим. Тепер його уламки, такі як Migomueller та Katyafrantseva, рухаються схожими орбітами.

Але орбіти з тих чи інших причин можуть змінюватися. І це означає, що на астероїд можуть чекати «пригоди» — зіткнення з іншими або й падіння на поверхню планети.

Саме такі події й досліджує Катерина Францева. Щоправда, її насамперед цікавлять не наслідки катастроф на кшталт тієї, що сталася близько 65 мільйонів років тому і, як багато хто вважає, призвела до вимирання динозаврів. А те, як астероїди, комети й космічний пил доставляють на поверхню планет воду й органічні сполуки.

Навіщо це потрібно знати, ми розкажемо пізніше. А зараз вирушимо в той самий 1997 рік, коли колеги Міхаеля Мюллера відкрили астероїд, названий потім на честь Катерини Францевої.

Все почалося з найяскравішої комети  

Їй тоді було шість років, і в рідній Вінниці, як і мільйони людей по всьому світу, вона спостерігала на нічному небі комету Гейла-Боппа.

«Було холодно, бо це було взимку, і дуже хотілося спати. Але дуже круто, бо комета була дуже яскрава і красива», — згадує вона.

Комета Гейла-Боппа була настільки яскравою, що побачити її не заважали навіть вуличні ліхтарі. Тому часом її називають найяскравішою кометою XX століття.

Батьки Катерини цікавилася космосом, хоча в обох були роботи, з ним не пов’язані. Увечері вони ходили вулицями міста, роздивлялися сузір’я та розповідали доньці пов’язані з ними легенди. Напевно, ці розповіді й ця яскрава комета визначили майбутній вибір дівчини. Після завершення школи вона поїхала до Києва і вступила до КНУ імені Тараса Шевченка на спеціальність з астрономії.

А після його завершення у 2014 році поїхала до Нідерландів продовжувати навчання в аспірантурі. Тут, в університеті Ґронінґену, вона сьогодні займається науковою роботою та викладає студентам курси з астробіології та планетарних систем.

У нашій Сонячній системі сьогодні відомо вісім планет. Крім них, тут також є їхні супутники та карликові планети. Але сьогодні нас більше цікавлять малі тіла Сонячної системи — астероїди й комети.

Основна їхня частина зосереджена у двох областях. У так званому головному поясі — між орбітами Юпітера та Марса — мешкають астероїди. А в так званому поясі Койпера — за орбітою останньої планети, Нептуна — здебільшого ядра комет.

Різниця між астероїдами та кометами полягає в тому, що перші складаються з «каменю», а другі — з води та сполук, які випаровуються за відносно низьких температур. Тому коли вони наближуються до Сонця, в них «виростає» хвіст.

До складу комет і астероїдів входить вода, а також різні органічні сполуки: спирти, цукри, амінокислоти й інші. Вони ж входять і до складу космічного пилу, який утворюється, наприклад, в результаті зіткнень між кометами та астероїдами. І всі вони час від часу падають на поверхні планет. Саме ці процеси й вивчає Катерина Францева за допомогою комп’ютерного моделювання.

Цікаві вони тому, що пояснюють, чому планети є такими, якими вони є, і навіть можуть пролити світло на походження життя.

Загадка води на Землі 

От, наприклад, звідки на Землі взялася вода — величезний світовий океан, — а на додачу до нього всі ріки, озера та льодовики? Очевидної відповіді немає. Але є дві основні теорії.

Перша каже про те, що молекули води містилися всередині первинних блоків — «каміння», яке пізніше зліпилося до купи та утворило нашу планету. Згідно ж із другою, води в такому камінні бути не могло, бо воно перебувало надто близько до Сонця. Її пізніше принесли на Землю комети, які в молодій Сонячній системі дуже активно бомбардували поверхню нашої планети.

Катерина Францева каже, що, імовірніше за все, правильні обидві теорії. Вода була на планеті від самого початку. Але оскільки ми точно знаємо, що на неї падали комети й астероїди, то принесена ними вода також тут є.

Лід посеред пекла 

Сама Катерина це питання не досліджувала, натомість її цікавить походження води на Меркурії. Хтось може здивуватися, що на найближчій до Сонця планеті, де температура поверхні може перевищувати 400°C, є вода. Але це так, ба більше — вона перебуває у замерзлому стані.

Річ у тім, що поруч із полюсами Меркурія є кратери, на дно яких ніколи не потрапляє сонячне проміння. Тому там завжди достатньо холодно, щоб зберігався лід. Але як він опинився на цій розжареній планеті?

Щоб відповісти на це питання, Катерина Францева провела комп’ютерне моделювання. Його результати показують, що всю ту кількість води, яка, за розрахунками, нині є на Меркурії, могли упродовж одного мільярда років принести туди саме комети, астероїди й космічний пил. Водночас головну роботу — 90% — зробив саме пил.

Теоретично вода могла утворитися на Меркурії і в інший спосіб – завдяки взаємодії Сонячного вітру з гірськими породами. Можливо, це справді відбувається, але моделювання Катерини Францевої доводить, що всю воду можна списати на пил та комети з астероїдами. А в додаткових джерелах потреби немає.

Рахувати та міряти

Наскільки ці розрахунки правильні, ми зможемо дізнатися від 2025 року, коли розпочнеться основна частина місії BepiColombo. Тоді на орбіту навколо Меркурія вийдуть одразу дві космічні станції, які сьогодні вже на шляху до своєї мети.

Загалом процес вивчення Всесвіту триває, можна сказати, по спіралі. Наприклад, теоретики моделюють процес доставлення води на Меркурій, а наступні спостереження показують, наскільки такі моделі були вдалими. А якщо ні, то що не змогли чи забули врахувати теоретики. Після цього моделювання робиться точнішим, і все повторюється.

«Одна річ, коли ми спостерігаємо якесь явище у космосі, а зовсім інша, коли в нас є ще й теоретична модель, яка це явище описує. Якщо результати спостережень та моделі збігаються, тоді ми краще розуміємо космос», — пояснює Катерина.

Де на Марсі шукати «цеглинки» життя?

Інша планета, яка цікавить Катерину Францеву, — Марс.

Більшість, хоча й не всі місії до Червоної планети займаються пошуками якихось ознак життя (нехай і в далекому минулому), або хоча б умов для нього. Таких, наприклад, як вода. Або органічні молекули, які теоретично могли б стати «цеглинками» складніших і «живих» молекул — нуклеїнових кислот (ДНК та РНК) або білків. Хоча наявність простих органічних молекул — це зовсім не доказ і не ознака життя, а лише передумова.

Катерина Францева у своїй роботі показала, що астероїди й комети були та є важливими постачальниками органіки на Марс. Але, як і у випадку з Меркурієм, таке теоретичне передбачення було б добре підтвердити інструментально.

Зробити це зможуть наступні марсіанські місії, але шукати вони мусять не будь-де, а поруч із молодими ударними кратерами, де порівняно багато кометної чи астероїдної речовини. Молодими, звісно ж, у геологічному вимірі — кілька мільйонів років.

Біля далекої зірки 

Цікаво, а як в інших зоряних системах — чи так само там комети з астероїдами постачають воду й органіку на поверхні планет? Принаймні, Катерині Францевій це точно цікаво. Але щоб дослідити це питання, треба знайти зоряну систему, подібну до нашої. Принаймні щоб у ній так само були комети й астероїди, які виявити з сучасними технічними можливостями буває дуже складно.

Дослідниця обрала систему зірки HR 8799, розташовану на відстані 129 світлових років від нас. Так само як і навколо нашого Сонця, навколо неї обертаються чотири планети-газових гіганти. Вони схожі на наш Юпітер, але в рази більші за нього. Такі великі, що їх у буквальному сенсі цього слова можна побачити за допомогою потужних телескопів. Тоді як у більшості випадків про екзопланети ми знаємо лише за їхніми певними «слідами», але самих планет не бачимо.

А ще в цій зоряній системі, так само як у нашій, є два пояси малих тіл: один внутрішній, на зразок нашого головного поясу астероїдів, і один зовнішній — на зразок поясу Койпера. Нам не відомо, чи є там кам’янисті планети на зразок Землі, Марса чи Венери. Але не виключено, що подальші спостереження можуть їх виявити.

Чекаючи на Джеймса Вебба

Катерина Францева порахувала, як астероїди та комети збагачують на мінерали та метали планети навколо HR 8799. І знову, як у випадках із Марсом та Меркурієм, треба перевірити, чи правильно вона порахувала? Чи достатньо добре ми розуміємо, що відбувається в цій зоряній системі, такій схожій на нашу?

До сьогодні такої можливості не було. Але вже цієї осені NASA планує запустити на орбіту космічний телескоп «Джеймс Вебб». Він буде найпотужнішим з усіх подібних приладів. Таким потужним, що зможе не просто «бачити» екзопланети, але й вивчати їхню будову, що дотепер робити було вкрай важко.

Серед багатьох своїх інших завдань він і має виміряти на цих планетах кількість мінералів. І тоді ми побачимо, чи правильною була модель Катерини Францевої.

***

Вже після того, як наша розмова закінчилася, Катерина надіслала мені повідомлення:

«Нещодавно читала в одній статті, що астероїд, названий на честь когось, це як символічна могильна плита, яка буде літати навколо Сонця, поки існує людство». 

Насправді на багато мільйонів чи мільярдів років довше. Як тут не хвилюватися?