Sommende natrium kunne forklare asteroide Phaethons kometlignende aktivitet

Modeller og laboratorietests tyder på, at asteroiden kunne udlufte natriumdamp, når den kredser tæt på Solen, forklarer dens stigning i lysstyrke.

Når en komet zoomer gennem det indre solsystem, Solen opvarmer det, får is under overfladen til at fordampe ud i rummet. Udluftningsdampen fjerner støv og sten, og gassen skaber en lys hale, der kan strække sig millioner af miles fra kernen som et æterisk slør.

Hvorimod kometer indeholder mange forskellige iser, asteroider er hovedsageligt sten og ikke kendt for at producere sådanne majestætiske skærme. Men en ny undersøgelse undersøger, hvordan jordnær asteroide Phaethon faktisk kan udvise kometlignende aktivitet, på trods af, at der mangler betydelige mængder is.

Kendt for at være kilden til den årlige Geminid meteorregn, den 3,6 mile brede (5,8 kilometer brede) asteroide lysner, når den kommer tæt på Solen. Kometer opfører sig typisk sådan:Når de varmes op, deres iskolde overflader fordamper, får dem til at blive mere aktive og lysere, efterhånden som udluftningsgasserne og støvet spreder mere sollys. Men hvad får Phaethon til at lysne op, hvis det ikke fordamper is?

Synderen kunne være natrium. Som den nye undersøgelses forfattere forklarer, Phaethon er aflang, 524-dages kredsløb tager objektet et godt stykke inden for Merkurs bane, i hvilket tidsrum Solen varmer asteroidens overflade op til omkring 1, 390 grader Fahrenheit (750 grader Celsius). Med sådan en varm bane, noget vand, carbondioxid, eller kulilte-is nær asteroidens overflade ville være blevet bagt af for længe siden. Men ved den temperatur, natrium kan bruse fra asteroidens klippe og ud i rummet.

"Phaethon er et nysgerrigt objekt, der bliver aktivt, når det nærmer sig Solen, " sagde studieleder Joseph Masiero, en videnskabsmand ved IPAC, en forskningsorganisation hos Caltech. "Vi ved, at det er en asteroide og kilden til Geminiderne. Men den indeholder lidt eller ingen is, så vi var fascineret af muligheden for, at natrium, som er relativt rigeligt i asteroider, kunne være det element, der driver denne aktivitet."

Asteroide-meteorforbindelse

Masiero og hans team blev inspireret af observationer af Geminiderne. Når meteoroider - små stykker stenaffald fra rummet - stryger gennem Jordens atmosfære som meteorer, de går i opløsning. Men før de gør det, friktion med atmosfæren får luften omkring meteoroiderne til at nå tusindvis af grader, genererer lys. Farven på dette lys repræsenterer de elementer, de indeholder. Natrium, for eksempel, skaber et orange skær. Geminiderne er kendt for at have lavt natriumindhold.

Indtil nu, det blev antaget, at disse små klippestykker på en eller anden måde mistede deres natrium efter at have forladt asteroiden. Denne nye undersøgelse tyder på, at natrium faktisk kan spille en nøglerolle i at udstøde Geminid-meteoroiderne fra Phaethons overflade.

Forskerne mener, at når asteroiden nærmer sig Solen, dets natrium opvarmes og fordamper. Denne proces ville have udtømt overfladen af ​​natrium for længe siden, men natrium i asteroiden opvarmes stadig, fordamper, og bruser ud i rummet gennem revner og sprækker i Phaethons yderste skorpe. Disse jetfly ville give nok humør til at skubbe stenaffaldet ud af overfladen. Så det brusende natrium kunne ikke kun forklare asteroidens kometlignende lysning, men også hvordan Geminid-meteoroiderne ville blive udstødt fra asteroiden, og hvorfor de indeholder lidt natrium.

"Asteroider som Phaethon har meget svag tyngdekraft, så det kræver ikke megen kraft at sparke snavs fra overfladen eller fjerne sten fra et brud, " sagde Björn Davidsson, en videnskabsmand ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien og en medforfatter af undersøgelsen. "Vores modeller tyder på, at meget små mængder natrium er alt, der skal til for at gøre dette - intet eksplosivt, som den udbrudte damp fra en iskold komets overflade; det er mere et konstant brus."

Lab tests påkrævet

For at finde ud af, om natrium bliver til damp og udluftninger fra en asteroides sten, forskerne testede prøver af Allende-meteoritten, som faldt over Mexico i 1969, i et laboratorium på JPL. Meteoritten kan være kommet fra en asteroide, der kan sammenlignes med Phaethon og tilhører en klasse af meteoritter, kaldet kulstofholdige kondritter, som blev dannet i solsystemets tidligste dage. Forskerne opvarmede derefter chips af meteoritten til den højeste temperatur, Phaethon ville opleve, når den nærmer sig Solen.

"Denne temperatur er tilfældigvis omkring det punkt, hvor natrium slipper ud fra dets stenede komponenter, " sagde Yang Liu, en videnskabsmand ved JPL og en studie medforfatter. "Så vi simulerede denne opvarmningseffekt i løbet af en 'dag' på Phaethon - dens tre-timers rotationsperiode - og, ved at sammenligne prøvernes mineraler før og efter vores laboratorietest, natrium gik tabt, mens de andre elementer blev efterladt. Dette tyder på, at det samme kan ske på Phaethon og ser ud til at stemme overens med resultaterne af vores modeller."

Den nye undersøgelse understøtter en voksende mængde beviser for, at kategorisering af små objekter i vores solsystem som "asteroider" og "kometer" er forsimplet, ikke kun afhængig af hvor meget is de indeholder, men også hvilke grundstoffer der fordamper ved højere temperaturer.

"Vores seneste konstatering er, at hvis betingelserne er rigtige, natrium kan forklare arten af ​​nogle aktive asteroider, gør spektret mellem asteroider og kometer endnu mere komplekst, end vi tidligere var klar over, " sagde Masiero.

Studiet, med titlen "Natriums flygtighed i kulholdige kondritter ved temperaturer i overensstemmelse med lav-Perihelia-asteroider, " blev offentliggjort i The Planetary Science Journal den 16. aug. 2021.