Observatoriet i Chile tager målinger i højeste opløsning af asteroide overfladetemperaturer nogensinde opnået fra jorden

En nærmere undersøgelse af millimeter-bølgelængde-emissionerne fra asteroiden Psyche, som NASA har til hensigt at besøge i 2026, har produceret det første temperaturkort over objektet, giver ny indsigt i dens overfladeegenskaber. Fundene, beskrevet i et papir udgivet i Planetary Science Journal (PSJ) den 5. august er et skridt i retning af at løse mysteriet om oprindelsen af ​​dette usædvanlige objekt, som af nogle er blevet tænkt som en del af kernen i en skæbnesvanger protoplanet.

Psyche kredser om solen i asteroidebæltet, en donut-formet område af rummet mellem Jorden og Jupiter, der indeholder mere end en million klippelegemer, der varierer i størrelse fra 10 meter til 946 kilometer i diameter.

Med en diameter på mere end 200 km, Psyche er den største af M-Type asteroiderne, en gådefuld klasse af asteroider, der menes at være metalrige og derfor potentielt kan være fragmenter af kernerne af protoplaneter, der brød op, da solsystemet blev dannet.

"Det tidlige solsystem var et voldeligt sted, da planetariske legemer smeltede sammen og derefter kolliderede med hinanden, mens de satte sig i kredsløb om solen, " siger Caltechs Katherine de Kleer, assisterende professor i planetarisk videnskab og astronomi og hovedforfatter af PSJ artikel. "Vi tror, ​​at fragmenter af kernerne, kapper, og skorper af disse objekter forbliver i dag i form af asteroider. Hvis det er sandt, det giver os vores eneste reelle mulighed for direkte at studere kernerne af planetlignende objekter."

At studere sådanne relativt små objekter, der er så langt væk fra Jorden (Psyke driver i en afstand, der strækker sig mellem 179,5 og 329 millioner km fra Jorden) udgør en betydelig udfordring for planetariske videnskabsmænd, derfor planlægger NASA at sende en sonde til Psyche for at undersøge den tæt på. Typisk, termiske observationer fra Jorden - som måler det lys, der udsendes af et objekt selv i stedet for lys fra solen, der reflekteres fra det objekt - er i infrarøde bølgelængder og kan kun producere 1-pixel billeder af asteroider. Den ene pixel gør, imidlertid, afsløre en masse information; for eksempel, det kan bruges til at studere asteroidens termiske inerti, eller hvor hurtigt det opvarmes i sollys og køler ned i mørke.

"Lav termisk inerti er typisk forbundet med lag af støv, mens høj termisk inerti kan indikere sten på overfladen, " siger Caltechs Saverio Cambioni, postdoc i planetarisk videnskab og medforfatter til PSJ artikel. "Imidlertid, Det er svært at skelne den ene type landskab fra den anden." Data fra visning af hver overfladeplacering på mange tidspunkter af dagen giver meget flere detaljer, fører til en fortolkning, der er mindre tvetydig, og som giver en mere pålidelig forudsigelse af landskabstype før et rumfartøjs ankomst.

De Kleer og Cambioni, sammen med medforfatter Michael Shepard fra Bloomsburg University i Pennsylvania, benyttede sig af Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile, som blev fuldt operationel i 2013, at få sådanne data. Rækken af ​​66 radioteleskoper gjorde det muligt for holdet at kortlægge de termiske emissioner fra hele Psyches overflade i en opløsning på 30 km (hvor hver pixel er 30 km gange 30 km) og generere et billede af asteroiden, der består af omkring 50 pixels.

Dette var muligt, fordi ALMA observerede Psyche ved millimeterbølgelængder, som er længere (fra 1 til 10 millimeter) end de infrarøde bølgelængder (typisk mellem 5 og 30 mikron). Brugen af ​​længere bølgelængder gjorde det muligt for forskerne at kombinere dataene indsamlet fra de 66 teleskoper for at skabe et meget større effektivt teleskop; jo større et teleskop, jo højere opløsning er de billeder, den producerer.

Undersøgelsen bekræftede, at Psyches termiske inerti er høj sammenlignet med en typisk asteroide, hvilket indikerer, at Psyche har en usædvanlig tæt eller ledende overflade. Når de Kleer, Cambioni, og Shepard analyserede dataene, de fandt også ud af, at Psyches termiske emission - mængden af ​​varme, den udstråler - kun er 60 procent af, hvad man ville forvente af en typisk overflade med den termiske inerti. Fordi overfladeemission påvirkes af tilstedeværelsen af ​​metal på overfladen, deres fund indikerer, at Psyches overflade er ikke mindre end 30 procent metal. En analyse af polariseringen af ​​emissionen hjalp forskerne til groft at bestemme, hvilken form det metal har. En glat fast overflade udsender velorganiseret polariseret lys; lyset udsendt af Psyche, imidlertid, var spredt, tyder på, at sten på overfladen er krydret med metalliske korn.

"Vi har vidst i mange år, at genstande i denne klasse ikke er, faktisk, solidt metal, men hvad de er, og hvordan de er dannet, er stadig en gåde, " siger de Kleer. Resultaterne styrker alternative forslag til Psyches overfladesammensætning, herunder at Psyche kunne være en primitiv asteroide, der dannede sig tættere på solen, end den er i dag i stedet for en kerne af en fragmenteret protoplanet.

Teknikkerne beskrevet i denne undersøgelse giver et nyt perspektiv på asteroide overfladesammensætninger. Holdet udvider nu sit omfang til at anvende disse teknikker til andre store objekter i asteroidebæltet.

The study was enabled by a related project by the team led by Michael Shepard at Bloomsburg University that utilized de Kleer's data in combination with data from other telescopes, including Arecibo Observatory in Puerto Rico, to pin down the size, form, and orientation of Psyche. That in turn allowed the researchers to determine which pixels that had been captured actually represented the asteroid's surface. Shepard's team was scheduled to observe Psyche again at the end of 2020, but damage from cable failures shut the telescope down before the observations could be made.

The paper is titled "The Surface of (16) Psyche from Thermal Emission and Polarization Mapping."