Nye kort over asteroiden Psyche afslører en gammel verden af ​​metal og rock

Senere i år er NASA sat til at sende en sonde på størrelse med en tennisbane til asteroidebæltet, et område mellem Mars og Jupiters kredsløb, hvor rester af det tidlige solsystem kredser om solen. Når først rumskibet er inde i asteroidebæltet, vil rumfartøjet vende tilbage til Psyche, en stor, metalrig asteroide, der menes at være den gamle kerne af en tidlig planet. Sonden, der er opkaldt efter sit asteroidemål, vil derefter bruge tæt på to år på at kredse om og analysere Psyches overflade for at se, hvordan tidlige planetlegemer udviklede sig.

Forud for missionen, som ledes af hovedefterforsker Lindy Elkins-Tanton, har planetforskere ved MIT og andre steder nu givet et smugkig på, hvad rumfartøjet Psyche kan se, når det når sin destination.

I et papir, der vises i dag i Journal of Geophysical Research:Planets , præsenterer holdet de mest detaljerede kort over asteroidens overfladeegenskaber til dato, baseret på observationer taget af en lang række jordteleskoper i det nordlige Chile. Kortene afslører store metalrige områder, der fejer hen over asteroidens overflade, sammen med en stor fordybning, der ser ud til at have en anden overfladetekstur mellem det indre og dens rand; denne forskel kunne afspejle et krater fyldt med finere sand og omkranset med mere stenede materialer.

Samlet set viste Psyches overflade sig at være overraskende varieret i dens egenskaber.

De nye kort antyder asteroidens historie. Dens klippeområder kunne være rester af en gammel kappe – i sammensætning svarende til det klippefyldte yderste lag af Jorden, Mars og asteroiden Vesta – eller aftryk af tidligere nedslag fra rumsten. Endelig understøtter kratere, der indeholder metallisk materiale, idéen foreslået af tidligere undersøgelser om, at asteroiden kan have oplevet tidlige udbrud af metallisk lava, da dens gamle kerne blev afkølet.

"Psyches overflade er meget heterogen," siger hovedforfatter Saverio Cambioni, Crosby Distinguished Postdoctoral Fellow i MIT's Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS). "Det er en udviklet overflade, og disse kort bekræfter, at metalrige asteroider er interessante, gådefulde verdener. Det er endnu en grund til at se frem til, at Psyche-missionen går til asteroiden."

Cambionis medforfattere er Katherine de Kleer, assisterende professor i planetarisk videnskab og astronomi ved Caltech, og Michael Shepard, professor i miljø-, geografiske og geologiske videnskaber ved Bloomsburg University.

Teleskopkraft

Overfladen af ​​Psyche har været i fokus for adskillige tidligere kortlægningsindsatser. Forskere har observeret asteroiden ved hjælp af forskellige teleskoper til at måle lys, der udsendes fra asteroiden ved infrarøde bølgelængder, som bærer information om Psyches overfladesammensætning. Disse undersøgelser kunne dog ikke rumligt løse variationer i sammensætning over overfladen.

Cambioni og hans kolleger var i stedet i stand til at se Psyche i finere detaljer med en opløsning på omkring 20 miles per pixel ved at bruge den kombinerede kraft fra de 66 radioantenner i Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i det nordlige Chile. Hver antenne på ALMA måler lys, der udsendes fra et objekt ved millimeterbølgelængder, inden for et område, der er følsomt over for temperatur og visse elektriske egenskaber ved overfladematerialer.

"ALMA-antennernes signaler kan kombineres til et syntetisk signal, der svarer til et teleskop med en diameter på 16 kilometer (10 miles)," siger de Kleer. "Jo større teleskopet er, jo højere opløsning."

Den 19. juni 2019 fokuserede ALMA hele sit array på Psyche, mens det kredsede og roterede i asteroidebæltet. De Kleer indsamlede data i denne periode og konverterede dem til et kort over termiske emissioner på tværs af asteroidens overflade, som holdet rapporterede i en undersøgelse fra 2021. De samme data blev brugt af Shepard til at producere den seneste højopløselige 3D-formmodel af Psyche, også offentliggjort i 2021.

For at fange en kamp

I den nye undersøgelse kørte Cambioni simuleringer af Psyche for at se, hvilke overfladeegenskaber der bedst matcher og forklare de målte termiske emissioner. I hvert af hundredvis af simulerede scenarier satte han asteroidens overflade med forskellige kombinationer af materialer, såsom områder med forskellig metaloverflod. Han modellerede asteroidens rotation og målte, hvordan simulerede materialer på asteroiden ville afgive termiske emissioner. Cambioni ledte derefter efter de simulerede emissioner, der bedst matchede de faktiske emissioner målt af ALMA. Det scenarie, ræsonnerede han, ville afsløre det mest sandsynlige kort over asteroidens overfladematerialer.

"Vi kørte disse simuleringer område for område, så vi kunne fange forskelle i overfladeegenskaber," siger Cambioni.

Undersøgelsen producerede detaljerede kort over Psyches overfladeegenskaber, der viser, at asteroidens facade sandsynligvis er dækket af en stor mangfoldighed af materialer. Forskerne bekræftede, at Psyches overflade generelt er rig på metaller, men mængden af ​​metaller og silikater varierer over overfladen. Dette kan være et yderligere hint om, at asteroiden tidligt i sin dannelse kan have haft en silikatrig kappe, der siden er forsvundet.

De fandt også ud af, at når asteroiden roterer, ændrer materialet i bunden af ​​en stor fordybning - sandsynligvis et krater - temperaturen meget hurtigere end materialet langs kanten. Dette tyder på, at kraterbunden er dækket af "damme" af finkornet materiale, som sand på Jorden, der hurtigt opvarmes, hvorimod kraterkanterne er sammensat af mere stenede, langsommere-til-varme materialer.

"Damme af finkornede materialer er blevet set på små asteroider, hvis tyngdekraft er lav nok til, at stød kan ryste overfladen og få finere materialer til at samle sig," siger Cambioni. "Men Psyche er en stor krop, så hvis finkornede materialer akkumuleres på bunden af ​​depressionen, er dette interessant og noget mystisk."

"Disse data viser, at Psyches overflade er heterogen, med mulige bemærkelsesværdige variationer i sammensætning," siger Simone Marchi, stabsforsker ved Southwest Research Institute og en medforsker på NASAs Psyche-mission, som ikke var involveret i den aktuelle undersøgelse. "Et af de primære mål med Psyche-missionen er at studere sammensætningen af ​​asteroideoverfladen ved hjælp af dens gammastråler og neutronspektrometer og et farvebillede. Så den mulige tilstedeværelse af kompositoriske heterogeniteter er noget, som Psyche Science Team er ivrige efter at studere. mere." + Udforsk yderligere

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

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.