Asteroid ruhunun inanılmaz yeni haritaları, eski bir metal ve rock dünyasını ortaya koyuyor

Asteroit Psyche’nin çeşitli yüzeyi, mineral püskürmeleri, asteroit sallama etkileri ve kayıp bir kayalık manto içerebilen dinamik bir geçmişe işaret ediyor.

Bu yılın sonlarındaVe[{” attribute=””>NASA is set to launch a probe the size of a tennis court to the asteroid belt, a region between the orbits of Mars and Jupiter where remnants of the early solar system orbit the sun. Once within the asteroid belt, the spacecraft will zero in on Psyche, a large, metal-rich asteroid that is thought to be the ancient core of an early planet. The probe, named after its asteroid target, will then spend close to two years orbiting and analyzing Psyche’s surface for clues to how early planetary bodies evolved.

Ahead of the mission, which is led by principal investigator Lindy Elkins-Tanton ’87, SM ’87, PhD ’02, planetary scientists at MIT and elsewhere have now provided a sneak peek of what the Psyche spacecraft might see when it reaches its destination.

In a paper published on June 15, 2022, in the Journal of Geophysical Research: Planets, the planetary science team presents the most detailed maps of the asteroid’s surface properties to date, based on observations taken by a large array of ground telescopes in northern Chile. The maps reveal vast metal-rich regions sweeping across the asteroid’s surface, along with a large depression that appears to have a different surface texture between the interior and its rim; this difference could reflect a crater filled with finer sand and rimmed with rockier materials.

This illustration, updated in April 2022, depicts NASA’s Psyche spacecraft. Set to launch in August 2022, the Psyche mission will explore a metal-rich asteroid of the same name that lies in the main asteroid belt between Mars and Jupiter. The spacecraft will arrive in early 2026 and orbit the asteroid – also shown in this illustration – for nearly two years to investigate its composition. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU

Overall, Psyche’s surface was found to be surprisingly varied in its properties.

The new maps hint at the asteroid’s history. Its rocky regions could be vestiges of an ancient mantle — similar in composition to the rocky outermost layer of Earth, Mars, and the asteroid Vesta — or the imprint of past impacts by space rocks. Finally, craters that contain metallic material support the idea proposed by previous studies that the asteroid may have experienced early eruptions of metallic lava as its ancient core cooled.

“Psyche’s surface is very heterogeneous,” says lead author Saverio Cambioni, the Crosby Distinguished Postdoctoral Fellow in MIT’s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS). “It’s an evolved surface, and these maps confirm that metal-rich asteroids are interesting, enigmatic worlds. It’s another reason to look forward to the Psyche mission going to the asteroid.”

Cambioni’s co-authors are Katherine de Kleer, assistant professor of planetary science and astronomy at Caltech, and Michael Shepard, professor of environmental, geographical, and geological sciences at Bloomsburg University.

Telescope Power

The surface of Psyche has been a focus of numerous previous mapping efforts. Researchers have observed the asteroid using various telescopes to measure light emitted from the asteroid at infrared wavelengths, which carry information about Psyche’s surface composition. However, these studies could not spatially resolve variations in composition over the surface.

Cambioni and his colleagues instead were able to see Psyche in finer detail, at a resolution of about 20 miles per pixel, using the combined power of the 66 radio antennas of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in northern Chile. Each antenna of ALMA measures light emitted from an object at millimeter wavelengths, within a range that is sensitive to temperature and certain electrical properties of surface materials.

“The signals of the ALMA antennas can be combined into a synthetic signal that’s equivalent to a telescope with a diameter of 16 kilometers (10 miles),” de Kleer says. “The larger the telescope, the higher the resolution.”

On June 19, 2019, ALMA focused its entire array on Psyche as it orbited and rotated within the asteroid belt. De Kleer collected data during this period and converted it into a map of thermal emissions across the asteroid’s surface, which the team reported in a 2021 study. Those same data were used by Shepard to produce the most recent high-resolution 3D shape model of Psyche, also published in 2021.

Soldaki bu harita, Psyche üzerindeki kumlu (mor/alçak) ve kayalık (sarı/yüksek) alanlara kadar yüzey özelliklerini gösterir. Sağdaki harita, Psyche’deki minerallerin bolluğunu düşükten (mor) yükseğe (sarı) gösterir.

maça yetişmek için

Yeni çalışmada Cambioni, hangi yüzey özelliklerinin en iyi şekilde eşleşebileceğini bulmak ve ölçülen ısı emisyonlarını açıklamak için Psyche simülasyonlarını çalıştırdı. Yüzlerce simüle edilmiş senaryonun her birinde, asteroitin yüzeyini farklı mineral bolluğuna sahip bölgeler gibi farklı malzeme kombinasyonlarıyla haritaladı. Asteroitin dönüşünü modelledi ve asteroit üzerindeki simüle edilmiş malzemelerin nasıl ısı yayacağını ölçtü. Campione daha sonra ALMA tarafından ölçülen gerçek emisyonlarla en iyi eşleşen simüle edilmiş emisyonları aradı. Bu senaryonun, asteroitin yüzey malzemesinin en olası haritasını ortaya çıkaracağına inanıyor.

Campione, “Yüzey özelliklerindeki farklılıkları belirleyene kadar bu simülasyonları bölge bölge çalıştırdık” diyor.

Çalışma, Psyche’nin yüzey özelliklerinin ayrıntılı haritalarını üreterek, asteroidin arayüzünün büyük olasılıkla çok çeşitli malzemelerle kaplı olduğunu gösterdi. Araştırmacılar, Psyche’nin yüzeyinin genel olarak mineraller açısından zengin olduğunu ancak mineral ve silikatların bolluğunun yüzeye bağlı olarak değiştiğini vurguladılar. Bu, asteroidin oluşumunun başlarında, o zamandan beri yok olan silikat bakımından zengin bir mantoya sahip olabileceğine dair bir başka ipucu olabilir.

Ayrıca, asteroit yörüngedeyken, büyük bir çöküntünün altındaki malzemenin – muhtemelen bir krater – sıcaklığın kenardaki malzemeden çok daha hızlı değiştiğini buldular. Bu, kraterin dibinin, zemindeki kum gibi, hızla ısınan ince taneli malzemeden oluşan “havuzlarla” kaplı olduğunu, krater kenarlarının ise daha yavaş, daha sıcak kayalık malzemeden oluştuğunu gösterir.

Campione, “Küçük asteroitler üzerinde ince taneli malzeme havuzları görüldü, yerçekimi, yüzey sarsıntılarının daha ince malzemelerin toplanmasına neden olması için yeterince düşük” diyor. “Fakat Psyche büyük bir bedendir, bu nedenle depresyonun dibinde ince taneli malzeme birikirse, bu oldukça ilginç ve gizemlidir.”

Southwest Araştırma Enstitüsü’nden bir bilim adamı ve mevcut çalışmaya dahil olmayan bir NASA Psyche misyonu ortak araştırmacısı olan Simone Marchi, “Bu veriler, Psyche’nin yüzeyinin, kompozisyonda belirgin farklılıklar ile heterojen olduğunu gösteriyor” diyor. “Psyche’nin misyonunun birincil hedeflerinden biri, gama ışınları, bir nötron spektrometresi ve bir renkli görüntüleyici kullanarak asteroit yüzeyinin bileşimini incelemektir. Dolayısıyla, bileşimsel genlerin potansiyel varlığı, psikoloji ekibinin daha fazla çalışmaya istekli olduğu bir şeydir.”

Referans: Saverio Campione, Catherine de Clare ve Michael Shepherd tarafından yazılan “Asteroidin Heterojen Yüzeyi (16) Psyche”, 19 Mayıs 2022, Buradan ulaşabilirsiniz. Jeofizik Araştırma Dergisi: Gezegenler.
DOI: 10.1029/2021JE007091

Bu araştırma, bir EAPS Crosby Seçkin Doktora Sonrası Bursu ve kısmen Heising-Simons Vakfı tarafından desteklenmiştir.