Science of Psyche:Unik asteroide har spor til det tidlige solsystem

Skal lanceres næste år, NASAs Psyche-mission markerer første gang, agenturet har sat sig for at udforske en asteroide, der er rigere på metal end sten eller is.

Mere end 150 år er gået siden romanforfatteren Jules Verne skrev "Rejsen til jordens centrum, " men virkeligheden har endnu ikke indhentet det science fiction-eventyr. Mens mennesker ikke kan kede en vej til vores planets metalliske kerne, NASA har som mål at besøge en kæmpe asteroide, der kan være de frosne rester af den smeltede kerne af en svunden verden.

Kaldes Psyche, denne asteroide kredser om Solen i hovedasteroidebæltet, mellem Mars og Jupiter. Ved at bruge data indsamlet fra jordbaseret radar og optiske teleskoper, videnskabsmænd mener, at Psyche hovedsageligt er lavet af metal. Det kunne være en del af eller hele det jernrige indre af en tidlig planetarisk byggesten, der blev frataget sin ydre stenede skal, da den gentagne gange kolliderede med andre store legemer under den tidlige dannelse af solsystemet.

Asteroiden, som er omkring 173 miles (280 kilometer) på det bredeste sted, kunne også være noget andet. Det kunne være reststykket af en helt anden slags jernrig krop, der er dannet af metalrigt materiale et sted i solsystemet.

NASAs Psyche-mission håber at finde ud af det. Indstillet til en lancering i august 2022, rumfartøjet vil i to år kredse om den asteroide, det er opkaldt efter, tager billeder, kortlægning af overfladen, og leder efter beviser for et gammelt magnetfelt. Psyche vil også studere neutronerne og gammastrålerne, der kommer fra asteroidens overflade for at hjælpe med at bestemme dens elementære sammensætning.

Den første mission for at udforske en asteroide med en overflade, der indeholder betydelige mængder metal i stedet for sten eller is, Psyche søger at forstå jernkerner bedre, en uudforsket byggesten til planetdannelse. Missionen giver potentielt også den første mulighed for direkte at undersøge indersiden af ​​en stenet planet ved at tilbyde et kig på det indre af en tidligere lagdelt planetarisk krop, som ellers aldrig kunne ses. Det, forskerne lærer, kunne kaste yderligere lys over, hvordan Jorden og andre klippeplaneter blev dannet.

"Der er en masse grundlæggende spørgsmål om psyke, der er ubesvarede, " sagde missionens hovedefterforsker, Lindy Elkins-Tanton fra Arizona State University. "Og med hver eneste detalje, der bliver tilføjet fra data, vi kan indsamle fra Jorden, det bliver bare sværere at lave en fornuftig historie. Vi ved virkelig ikke, hvad vi skal se, før vi besøger, og vi vil blive overrasket."

For eksempel, tidligere jordbaserede observationer fik videnskabsmænd til at tro, at asteroiden var så meget som 90% metal. Nyere forskning ledet af Elkins-Tanton brugte opdaterede tæthedsmålinger til at anslå, at asteroiden er mere sandsynlig mellem 30% og 60% metal.

Og videnskabsmænd undrer sig over, hvorfor Psyche ser ud til at have lavt indhold af jernoxider, som er kemiske forbindelser lavet af jern og ilt. Mars, Kviksølv, Venus, og Jorden har dem alle. "Så hvis vi har ret i, at Psyche er en blanding af metal og rock, og klippen har meget lidt jernoxid, så må der være en mærkelig historie om, hvordan den blev skabt – fordi den ikke passer til standardhistorierne om planetariske kreationer, " sagde Elkins-Tanton.

Mysteriet om Psyche

Forskere ved heller ikke, hvor Psyche blev dannet. Det kan være opstået inde i hovedasteroidebæltet, men det er også muligt, at det blev født i samme zone som de indre planeter som Jorden – eller i det ydre solsystem, hvor gigantiske planeter som Jupiter nu bor. Ingen af ​​oprindelseshistorierne følger en enkel vej til hvor Psyche bor nu, 280 millioner miles (450 millioner kilometer) fra Solen.

Asteroider generelt kan give indsigt i planetdannelse og hvordan det tidlige solsystem fungerede for 4,6 milliarder år siden. Men Psyche er særligt interessant for videnskabsmænd på grund af hvor usædvanligt det er, med dets metalindhold, stor tæthed, og lav koncentration af jernoxider.

"Det faktum, at det er så usædvanligt, fortæller os en ny historie, som vi ikke har set før om, hvordan asteroider udviklede sig, " said Bill Bottke, Psyche mission scientist of the Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. "That's a piece of the story we don't have right now. By getting that piece together with all the others we have, we continue to refine our story of how the solar system formed and evolved early on."

Tools of the Trade

To help figure out the asteroid's origins, the mission's science investigation will rely on a magnetometer, a gamma ray and neutron spectrometer, and a multispectral imager. Scientists know that the asteroid doesn't generate a magnetic field the way Earth does, but if Psyche had a magnetic field in the past, it could still be recorded in the asteroid's material today. With sensors mounted onto a 6-foot (2-meter) boom, the magnetometer can determine whether Psyche is still magnetized. Hvis så, that would confirm that the asteroid is part of the core of an early planetesimal, the building block of an early planet.

The orbiter's gamma ray and neutron spectrometer instrument will help scientists determine the asteroid's chemical elements. As cosmic rays and high-energy particles impact Psyche's surface, the elements that make up the surface material absorb the energy. The neutrons and gamma rays they emit in response can be detected by the spectrometer, allowing scientists to match their properties to those emitted by known elements to determine what Psyche is made of.

I mellemtiden a pair of color cameras make up the multispectral imager. The imager is sensitive to light just beyond what humans can see, using filters in the ultraviolet and near-infrared wavelengths. The light reflected in these filters could help determine the mineralogy of any rocky material that may exist on Psyche's surface.

The spacecraft's telecommunications system will help with the science as well. The X-band radio system is primarily used to send commands to the spacecraft and receive engineering and science data from it. But scientists can also analyze subtle changes in these radio waves to measure the body's rotation, wobble, masse, and gravity field, providing additional clues about the composition and structure of Psyche's interior.

Eyes on Psyche

But before any of this science analysis gets underway, there will be pictures. By late 2025, three years after launch, Psyche will be within sight of the asteroid, and the imager team will be on high alert.

"Even before we get into orbit, we'll start getting much better pictures than we can from telescopes on Earth. We'll start to resolve features, see big craters, crater basins—maybe mountain ranges. Who knows what we'll see?" said Jim Bell of Arizona State University, deputy principal investigator of Psyche and imager team lead. "All we know is that the reality of Psyche is going to be even weirder and more beautiful than we can imagine."