Historien om de unge kuldefælder af asteroiden Ceres

Ceres, den største asteroide i vores solsystem, rummer en mørk hemmelighed:ekstremt unge isaflejringer i permanent skyggede kratere nær dens poler. Hvis det lyder vagt bekendt, er det fordi vores måne og planet Merkur også har sådanne polære isaflejringer, som er blevet undersøgt i årtier.

"For Ceres startede historien i 2016, da Dawn-rumfartøjet, som kredsede om Ceres på det tidspunkt, skimtede ind i disse permanent mørke kratere og så lyse isaflejringer i nogle af dem," sagde Norbert Schorghofer, hovedforfatter af "History of Ceres' kolde fælder baseret på raffinerede formmodeller," som vises i The Planetary Science Journal . PSI-forskerne Robert Gaskell og John Weirich og NASAs Goddard Space Flight Center-forsker Erwan Mazarico er medforfattere på papiret.

"Opdagelsen tilbage i 2016 udgjorde en gåde:Mange kratere i polarområderne i Ceres forbliver skyggefulde hele året - hvilket på Ceres varer 4,6 jordår - og forbliver derfor kolde, men kun nogle få af dem rummer isaflejringer," sagde Schorghofer . "Snart gav en anden opdagelse et fingerpeg om hvorfor:Ceres rotationsakse svinger frem og tilbage hvert 24.000 år på grund af tidevand fra solen og Jupiter. Når aksehældningen er høj, og årstiderne er stærke, forbliver kun nogle få kratere i skyggen hele året. , og det er de kratere, der indeholder lyse isaflejringer."

For at bestemme, hvor store skygger der var inde i kratere for tusinder af år siden, konstruerer forskere digitale højdekort og udfører derefter strålesporingsberegninger med dem for teoretisk at rekonstruere skyggerne, der er kastet på kratergulvene. Resultaterne er kun så pålidelige som de digitale formmodeller, de er baseret på. Husk, at gulvene i disse kratere altid er i skygge, så det er ikke nemt at måle, hvor dybe de er.

Dawn-rumfartøjet havde et meget følsomt kamera, som kunne skelne træk på de skyggefulde kratergulve. Stereobilleder af solbeskinnede områder bruges ofte til at konstruere digitale højdekort over solbeskinnede områder, men at lave et højdekort over skygget terræn er en udfordring, der sjældent var blevet taget på. Som en del af den nye undersøgelse udviklede PSI-forsker Robert Gaskell en ny teknik til at rekonstruere højder selv i de skyggefulde dele af et stereopar af billeder. Disse forbedrede højdekort kan derefter bruges til strålesporing til at forudsige omfanget af kolde, permanent skyggefulde områder.

Disse mere nøjagtige kort gav et overraskende resultat:Da Ceres nåede sin maksimale aksehældning, som sidst fandt sted for omkring 14.000 år siden, forblev intet krater på Ceres flerårigt skygget, og al is i dem må hurtigt have sublimeret ud i rummet.

"Det efterlader kun én plausibel forklaring:Isaflejringerne må være dannet for nylig end som så. Resultaterne tyder på, at alle disse isaflejringer må have akkumuleret inden for de sidste 6.000 år eller mindre. I betragtning af, at Ceres er langt over 4 milliarder år gammel, er en bemærkelsesværdig ung alder," sagde Schorghofer.

"Ceres er et isrigt objekt, men næsten ingen af ​​denne is er blottet på overfladen. De førnævnte polarkratere og nogle få små pletter uden for polarområderne er de eneste iseksponeringer. Is er dog allestedsnærværende på lave dybder - som opdaget af PSI videnskabsmand Tom Prettyman og hans team tilbage i 2017 - så selv en lille tør slagkraft kunne fordampe noget af den is," sagde Schorghofer.

"Et fragment af en asteroide kan have kollideret med Ceres for omkring 6.000 år siden, hvilket skabte en midlertidig vandatmosfære. Når først en vandatmosfære er genereret, ville is kondensere i de kolde polære kratere og danne de lyse aflejringer, som vi stadig ser i dag. Alternativt , isaflejringerne kunne have dannet sig af laviner af isrigt materiale. Denne is ville så kun overleve i de kolde skyggede kratere, uanset hvad, var disse begivenheder meget nye på en astronomisk tidsskala.

Undersøgelsen undersøgte også muligheden for, at andre typer is, bortset fra vandis, kunne være fanget i disse usædvanlige kratere på Ceres. På vores måne er dele af polære kratere så kolde, at selv CO₂ is og nogle få andre kemiske arter kunne holde i dem i milliarder af år. Ceres er længere væk fra solen, så dets polære kratere kunne forventes at være endnu koldere end månens.

Schorghofer beregnede temperaturer inde i Ceres polarkratere, noget der aldrig var blevet gjort før. Svaret var overraskende:Selvom disse kratere er kolde nok til at holde vandis, er de for varme til at beholde andre almindelige typer is.

To forhold bidrager til dette. For det første er Ceres aksehældning, i øjeblikket 4 grader, højere end månens 1,5 graders hældning, så flere af kraterkanterne er solbelyst og mere lys spredes på kraterbunden. For det andet har Ceres simpelthen ingen flerårigt skyggede kratere meget nær nordpolen, i modsætning til månen, hvor det ene krater sidder næsten nøjagtigt på sydpolen. Af disse grunde er temperaturerne ikke så lave på Ceres, som de er på dele af månens overflade.

Undersøgelsen beskriver den nye metode, der bruges til at rekonstruere topografi ved hjælp af stereobilleder af skyggede kratere, giver et nyt kort over flerårigt skyggede områder for hele det nordlige polarområde i Ceres, bestemmer omfanget af flerårigt skyggede områder inde i polære kratere med lyse isaflejringer, og estimerer temperaturerne for det indre af disse kratere.

"Uanset historien om disse isaflejringer, er det et resultat af begivenheder, der ikke er meget ældre end den menneskelige civilisation," sagde Schorghofer.

Flere oplysninger: Norbert Schorghofer et al, History of Ceres's Cold Traps baseret på raffinerede formmodeller, The Planetary Science Journal (2024). DOI:10.3847/PSJ/ad3639

Journaloplysninger: The Planetary Science Journal

Leveret af Planetary Science Institute