На рисунке 1 представлен пример поиска астероидов. Слева и в центре расположены два снимка, сделанных с помощью телескопа Субару с интервалом в 20 минут 24 августа 2008 года. Справа находится результат обработки снимков, на котором удалены неподвижные объекты – звезды и галактики. Движущиеся астероиды можно при этом выявить не только по их смещению на двух снимках, но и по вытянутой форме. Это вызвано 4-минутной выдержкой, в течение которой астероиды успели заметно сместиться.

Эти снимки являются частью исследования, проведенного сотрудниками Национальной астрономической обсерватории Японии и Университета Хиого. В нем телескоп Субару использовался, чтобы наблюдать тусклые астероиды, имеющие высокое наклонение орбиты. Как оказалось, на таких наклонных орбитах доля маленьких астероидов меньше, чем на приэкваториальных орбитах. При этом астероиды на наклонных орбитах движутся быстро, так что они должны быть особенно устойчивы к разрушениям при столкновениях на больших скоростях, нежели обитатели орбит с умеренным наклонением, которые и сталкиваются с умеренными (для космических столкновений, конечно) скоростями. Понимание связи между устойчивостью астероидов к разрушению и скоростью столкновения, провоцирующего это разрушение, является важным вопросом в истории молодой Солнечной системы, где только формировались планеты и астероиды.

Астероиды, небольшие небесные тела, в основном находящиеся на орбитах между Марсом и Юпитером, постоянно сталкиваются друг с другом. Время от времени происходят катастрофические столкновения, разрушающие два столкнувшихся астероида, создавая множество новых, меньших, объектов. За счет этого популяция астероидов постоянно меняется – их становится все больше, а сами они становятся меньше. Поскольку число столкновений растет с ростом числа фрагментов, главным фактором, влияющим на вид популяции астероидов, является их устойчивость к разрушениям. Обычно астероид должен быть не менее 100 метров в поперечнике, чтобы выдержать даже небольшое столкновение. С ростом размера растет и устойчивость к разрушению, так как все увеличивающаяся масса приводит к усиленному притяжению частей астероида, которые могли бы распасться после столкновения. Таким образом, пояс астероидов, состоящий только из крупных фрагментов, сможет оставаться таким же в течение длительного времени. С одной стороны, крупных фрагментов еще немного и столкновения от этого редки, с другой, сталкивающиеся объекты могут не разлететься на множество осколков, а образовать один или несколько все еще крупных астероидов. Изучение устойчивости астероидов к столкновениям поэтому – ключ к их истории, которая неразрывно связана с историей всей Солнечной системы.

Современные наблюдения предоставляют достаточно сведений, чтобы можно было создать модели эволюции популяции астероидов. Однако для прошлого Солнечной системы это сделать труднее, так как нет возможности легко использовать современные данные о расположении астероидов, их распределении по размерам, для древних времен. Причина тому – миграция Юпитера. Это явление привело к массовому изменению орбит астероидов и общему увеличению скоростей их столкновений. Однако информации о том, как именно происходила миграция Юпитера, у нас почти нет. Поэтому нет сведений и о перемещениях астероидов в молодой Солнечной системе и о столкновениях при больших скоростях.

Чтобы разрешить второй вопрос и было проведено обсуждаемое исследование. Астероиды на орбитах с высоким наклонением имеют увеличенные скорости столкновений и потому могут рассматриваться как приближение их собратьев, сталкивавшихся из-за путешествия Юпитера. Для этого был проведен обзор астероидов главного пояса, имеющих высокое наклонение. За счет выбора цели удалось упростить поиски, направив телескоп на области небесной сферы с высокими широтами. Здесь небольшое число необходимых астероидов не перемешивалось с астероидами с умеренным наклонением. За две ночи наблюдений был замечен 441 движущийся объект, из них – 380 астероидов главного пояса. Поскольку проводилось широкоугольное наблюдение с небольшим приближением, размеры астероидов можно было лишь примерно оценить, исходя из их относительной яркости и высоты орбиты, связанной со скоростью их движения. Размеры астероидов оказались в пределах от 600 метров до 5 километров. Как раз такие крупные объекты и представляют интерес при изучении стойкости астероидов к столкновениям. Почти половина этих астероидов оказалась меньше километра в поперечнике и с наклонением орбиты больше 15 градусов.

На рисунке 2 представлено общее число обнаруженных астероидов, превышающих размером указанную по горизонтальной оси величину. Крестами обозначены астероиды, выключенные из исследования из-за слишком малого или большого размера. Ближе к километру наблюдается резкое падение кривой, что согласует с наблюдениями астероидов в плоскости эклиптики. Синяя и зеленая кривые обозначают оценку этой кривой для астероидов размером меньше или больше 1 километра. В целом на орбитах с высоким наклонением отношения числа небольших астероидов к крупным меньше, чем на орбитах с низким наклонением. Выходит, что повышение скорости столкновения благотворно сказывается на способности астероида сохранить крупный размер. Значит, во время миграции Юпитера астероиды активно меняли свои орбиты, но не так быстро меняли распределение по размерам, так как были устойчивы к разрушению.