Из чего на самом деле состоят астероиды? Новый анализ приближает космическую добычу полезных ископаемых к реальности

Изучая редкие метеориты, учёные выясняют, какие астероиды могут однажды стать источником энергии для освоения космоса человечеством.

_{Древние астероиды, богатые углеродом, однажды могут стать источником воды и других ресурсов, необходимых для полётов в дальний космос. Фото: AI/ScienceDaily.com}

Учёным ещё многое предстоит узнать о составе малых астероидов. Эти каменистые тела могут содержать ценные металлы, древние материалы, оставшиеся после формирования Солнечной системы, а также химические элементы, указывающие на историю их прародителей. Поэтому их всё чаще рассматривают как возможный источник космических ресурсов в будущем.

Исследовательская группа под руководством Института космических наук (ICE-CSIC) изучила образцы, связанные с астероидами С-типа — богатыми углеродом объектами, которые, как считается, являются первоисточниками углеродистых хондритов. Их результаты, опубликованные в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, подтверждают гипотезу о том, что эти астероиды могут служить важными резервуарами материалов. Полученные данные также помогают учёным определить происхождение этих метеоритов и способствуют планированию будущих космических миссий и разработке технологий добычи ресурсов.

Редкие метеориты с древних астероидов

Углеродистые хондриты попадают на Землю естественным путём, но на их долю приходится всего около 5 % всех метеоритных находок. Многие из них чрезвычайно хрупкие и разрушаются ещё до того, как их удаётся найти, что делает их особенно редкими. Если их и находят, то чаще всего в пустынных регионах, таких как Сахара или Антарктида, где условия для их сохранения благоприятны.

«Научный интерес к каждому из этих метеоритов заключается в том, что они представляют собой образцы небольших недифференцированных астероидов и дают ценную информацию о химическом составе и эволюционной истории тел, из которых они произошли», — говорит Хосеп М. Триго-Родригес, ведущий автор исследования и астрофизик из ICE-CSIC, входящего в состав Института космических исследований Каталонии (IEEC).

Изучение строительных блоков астероидов

Для проведения исследования команда ICE-CSIC отобрала и тщательно изучила образцы, связанные с астероидами, прежде чем отправить их на детальный химический анализ. Измерения проводились с помощью масс-спектрометрии в Университете Кастилии-Ла-Манчи под руководством профессора Хасинто Алонсо-Аскарате. Эта работа позволила исследователям определить точный химический состав шести наиболее распространённых типов углеродистых хондритов и оценить, возможно ли в будущем извлекать материалы из их родительских астероидов.

Исследовательская группа по изучению астероидов, комет и метеоритов в Институте космических исследований CSIC уже более десяти лет изучает физические и химические свойства поверхности астероидов и комет. «В Институте космических исследований CSIC и Испанском центре космических исследований мы специализируемся на разработке экспериментов, которые помогут лучше понять свойства этих астероидов и то, как физические процессы, происходящие в космосе, влияют на их природу и минеральный состав», — объясняет Триго-Родригес.

Он также отмечает, что ICE-CSIC служит международным хранилищем антарктической коллекции метеоритов НАСА. За последние десять лет он помог отобрать и запросить несколько углеродистых хондритов, которые использовались в этом исследовании, и разработал на их основе несколько экспериментов. «Работа, которая сейчас публикуется, является результатом усилий всей команды», — говорит он.

Стоит ли добывать ресурсы на астероидах?

«Изучение и отбор этих типов метеоритов в нашей чистой комнате с использованием других аналитических методов — увлекательное занятие, особенно из-за разнообразия содержащихся в них минералов и химических элементов. Однако в большинстве астероидов содержится относительно небольшое количество драгоценных элементов, поэтому целью нашего исследования было понять, насколько рентабельной будет их добыча», — говорит Пау Греболь Томас, аспирант ICE-CSIC.

Хорди Ибаньес-Инса, соавтор исследования и научный сотрудник Института наук о Земле в Барселоне (GEO3BCN-CSIC), отмечает, что, хотя многие небольшие астероиды покрыты рыхлым поверхностным материалом, известным как реголит, сбор небольших образцов сильно отличается от масштабной добычи ресурсов. «Хотя поверхность большинства небольших астероидов покрыта фрагментированным материалом, называемым реголитом, что облегчает сбор небольшого количества образцов, разработка крупномасштабных систем сбора для получения очевидных преимуществ — это совсем другое дело. В любом случае это заслуживает изучения, потому что поиск ресурсов в космосе может помочь свести к минимуму воздействие горнодобывающей промышленности на наземные экосистемы», — говорит он.

Выбор подходящих астероидов для будущего

Главный пояс астероидов содержит огромное количество объектов, и для понимания того, какими ресурсами они обладают, требуется тщательная классификация. По словам Триго-Родригеса, состав астероидов сильно варьируется из-за их долгой и сложной истории. «Это небольшие и довольно разнородные объекты, на которые сильно повлияла их эволюционная история, в частности столкновения и сближения с Солнцем. Если мы ищем воду, то есть астероиды, из которых образуются гидратированные углеродистые хондриты, в которых, наоборот, в исходном состоянии будет меньше металлов. Давайте не будем забывать, что спустя 4,56 миллиарда лет после своего образования каждый астероид имеет свой уникальный состав, как показало изучение хондритовых метеоритов.

Один из ключевых выводов исследования заключается в том, что добыча недифференцированных астероидов — первичных остатков формирования Солнечной системы, которые считаются прародителями хондритовых метеоритов, — на данный момент остаётся непрактичной. Однако команда учёных выделяет другой класс относительно нетронутых астероидов, которые содержат оливин и шпинель и являются более перспективными объектами для добычи.

Чтобы с уверенностью определить таких кандидатов, исследователи подчёркивают важность детального химического анализа углеродистых хондритов в сочетании с новыми миссиями по возвращению образцов. Эти миссии помогут подтвердить, какие астероиды действительно связаны с метеоритами, изучаемыми на Земле.

Технологии, вода и долгосрочные исследования

«Наряду с прогрессом, достигнутым благодаря миссиям по возвращению образцов, действительно необходимы компании, способные предпринять решительные шаги в области технологического развития, необходимого для добычи и сбора этих материалов в условиях низкой гравитации. Обработка этих материалов и образующихся отходов также окажет значительное влияние, которое необходимо оценить и должным образом смягчить», — добавляет Триго-Родригес.

Команда ожидает прогресса в ближайшем будущем, особенно с учётом того, что использование ресурсов на месте становится всё более важным для длительных миссий на Луну и Марс. Использование материалов, найденных в космосе, может значительно снизить потребность в доставке грузов с Земли. Если основной целью является получение воды, исследователи подчёркивают, что следует отдавать предпочтение астероидам, изменённым под воздействием воды и богатым минералами, содержащими воду.

Для добычи ресурсов в условиях низкой гравитации потребуются совершенно новые подходы. «Это звучит как научная фантастика, но и тридцать лет назад, когда планировались первые миссии по возвращению образцов, это тоже казалось научной фантастикой», — говорит Пау Греболь Томас.

От планетарной обороны до космических ресурсов

На глобальном уровне уже обсуждаются несколько концепций, в том числе захват небольших астероидов, пролетающих вблизи Земли, и их размещение на окололунной орбите для изучения и использования ресурсов. Триго-Родригес подчёркивает, что углеродистые астероиды, богатые водой, могут быть особенно привлекательными объектами. «Для некоторых углеродистых астероидов, богатых водой, извлечение воды для повторного использования представляется более целесообразным, будь то в качестве топлива или основного ресурса для исследования других миров. Это также может помочь науке получить больше знаний об определённых объектах, которые однажды могут поставить под угрозу само наше существование». В долгосрочной перспективе мы могли бы даже добывать полезные ископаемые и уменьшать потенциально опасные астероиды, чтобы они перестали быть опасными», — объясняет он.

Ссылка на журнал:

Х. М. Триго-Родригес, П. Греболь-Томас, Х. Ибаньес-Инса, Х. Алонсо-Аскарате, М. Грицевич. Оценка потенциала добычи металлов и редкоземельных элементов на недифференцированных астероидах на основе изучения углеродистых хондритов. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, 2026; 545 (1) DOI: 10.1093/mnras/staf1902