Magnetiske minder om en metalverden

4,5 milliarder år siden i de voldelige, højhastighedsmiljø i det tidlige solsystem, en protoplanet nogenlunde på størrelse med Mars var involveret i en række voldsomme kollisioner med andre store planetariske kroppe.

En række kraftige påvirkninger fjernede planeten for dens stenede kappe, efterlader en eksponeret nikkel-jernkerne. Efter yderligere slag, nedbrydelige metalstykker blev kastet ud i rummet-den endelige destination for nogle ville være Jorden.

Det her, forskere mener, er historien om Psyche. Nu en kold metalverden i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter, asteroiden- opkaldt efter den græske gudinde for sjælen- tilbyder en unik vision om den voldelige historie om kollisioner og tilvækst, der skabte de jordiske planeter.

Forskning offentliggjort i Earth and Planetary Science Letters har hjulpet med at sikre 450 millioner dollar i NASA -finansiering til, at en satellit modigt kan gå, hvor ingen satellit har været før; på en mission til Psyche.

Studiet, ledet af en stipendiat ved St John's College, Cambridge, Dr. James Bryson, afslører de skjulte magnetiske beskeder i en sjælden gruppe metalmeteoritter, som forskere mener er fra Psyche. Resultaterne indikerer, at Psyche havde et stærkt og ustabilt magnetfelt og understøtter hypotesen om, at asteroiden er en udsat planetkerne, der hurtigt afkøles på grund af fraværet af en stenet kappe. Disse konklusioner om Psyche, nået i laboratoriet, vil nu blive testet af en eponymisk mission til det ydre rum.

Psyche -satellitten vil gå i kredsløb om asteroiden, mens den indsamler data. Hvis det viser sig at være korrekt, et paninstitutionelt team af forskere ledet af professor Lindy Elkins-Tanton fra Arizona State University, får mulighed for direkte at måle en metallisk kerne som dem, der ligger på utilgængelige dybder og betingelser inden for de jordiske planeter, herunder jorden. At udforske denne ukendte verden vil give forskere en bemærkelsesværdig indsigt i byggestenene til planetdannelse og vil gøre det muligt for forskere og offentligheden at se, for første gang, en verden fremstillet af metal frem for is, sten eller gas.

Undersøgelsen af ​​magnetiske meddelelser i meteoritter kan give vigtig information om deres forældrekrop. Som en harddisk, meteoritter gemmer magnetisk information og kan afsløre, om objektet, de kom fra, genererede et magnetfelt, og i så fald hvordan det felt var.

I tilfælde af Psyche, at finde ud af om det magnetiske felt, det engang genererede, ville give forskere mulighed for at udlede vigtige konklusioner om dets egenskaber og dannelse, såsom hvordan og med hvilken hastighed det afkøledes og størknede.

Ledetrådene indeholdt i metalrige meteoritter, imidlertid, menes at være umulige at tyde. Dette skyldes, at metalmeteoritter primært er lavet af store jernstykker - et materiale med en dårlig magnetisk hukommelse, som ingeniører ville styre godt af, når de skulle bygge en computer.

Dette ændrede sig, da han under sin ph.d. Bryson udviklede en banebrydende detaljeret billedteknik til at læse metalmeteoriters skjulte magnetiske hukommelse. "Efter at have udviklet teknikken, Jeg talte om mit arbejde på en konference sidste år, da jeg blev kontaktet af medlemmer af Psyche -teamet. De havde en gruppe meteoritter, der menes at være fra Psyche på grund af deres elementære sammensætning og den hastighed, hvormed de var afkølet. De bad mig om at analysere dem i laboratoriet for at se, hvad de kunne fortælle os om asteroiden, "sagde Bryson.

Skjult i jernmassen af ​​meteoritterne, Bryson identificerede små partikler af et metal kaldet tetrataenit. Dette materiale er magnetisk meget mere stabilt end jern og er i stand til at holde en magnetisk hukommelse tilbage milliarder af år. At læse tetrataenitten var en udfordring, fordi partiklerne målte mellem 10-100 nanometer (en nanometer er en milliarddel af en meter). Imidlertid, ved hjælp af en stor magnetring kaldet en synkrotron, der affyrer elektroner rundt med nær lysets hastighed, Bryson var i stand til at producere intense røntgenstråler, der gjorde det muligt for ham at se partiklerne og måle nanoskala magnetisering af det meteoriske metal.

Ud over, Bryson udførte derefter mere konventionelle målinger af magnetismen af ​​små stenstykker indeholdt i nogle af meteoritterne ved hjælp af et magnetometer.

Resultaterne var i overensstemmelse med teorien om, at Psyche er en udsat metalkerne, da de tyder på, at asteroiden afkøledes meget hurtigt, noget forskere ville forvente at observere i en kerne, der blev fjernet fra sin beskyttende kappe. Meteoritterne indeholdt hukommelsen om et intenst magnetfelt, langt stærkere end Jordens. Planetariske magnetfelter frembringes ved, at flydende metaller vender rundt i en planets kerne, der leder elektricitet og har en elektrisk ladning. Hurtigere køling genererer stærke konvektionsstrømme, der driver væskekernen til at hvirvle hurtigere og producere et mere kraftfuldt magnetfelt.

Hemmelighederne opgivet af meteoritterne antydede også, at Psykes magnetfelt var flygtigt, en anden ejendom i overensstemmelse med hurtig afkøling. Når der er en kraftig flydende metalbevægelse i en kerne forårsaget af hurtig afkøling, er positionerne for magnetisk nord og magnetisk syd ustabil og kan udveksle. Meteoritterne indeholdt en registrering af at blive magnetiseret i forskellige retninger på forskellige tidspunkter, der understøtter ideen om, at Psykes magnetfelt vekslede i dets polaritet.

Beviser fra meteoritterne indikerer også, at i modsætning til den afkølingsproces, der i øjeblikket er i gang i Jordens kerne, Psyke afkølet udefra og ind. "I tilfælde af Jordens kerne er der et stort pres fra klippen i kappen ovenover, hvilket får dens centrum til at størkne først. I mangel af en kappe, en kerne er mere tilbøjelig til at begynde at størkne ved overfladen. Dette er spændende, fordi vi aldrig har været i stand til at studere, hvordan denne proces ser ud. Siden Psyke afkølet så hurtigt, missionen giver mulighed for at studere en hel levetid på planetarisk aktivitet, siger Bryson.

Under Psyche-missionen vil et magnetometer sammensat af to identiske højfølsomme magnetfeltsensorer blive knyttet til satellitten for at detektere og måle det resterende magnetfelt af asteroiden. Andre instrumenter vil også måle Psyches tyngdekraftsfelt og elementære sammensætning.

Missionen, som blev valgt af NASA i januar 2017, er målrettet til lancering i oktober 2023. Det vil tage seks år at rejse til asteroiden ved hjælp af solenergi-elektrisk fremdrift, ankommer i 2030. Når du er der, satellitten kredser om metalverdenen i 12 måneder, udfører sine operationer fra fire iscenesættelsesbaner og sender en strøm af billeder og data tilbage til Jorden. Satellitten styrter derefter ind i Psyche, bringe missionen til ende.