Astronomowie z MIT i innych miejsc zmapowali skład asteroidy Psyche, odsłaniając powierzchnię metalu, piasku i skał. Źródło: zrzut ekranu z NASA
Zróżnicowana powierzchnia planetoidy Psyche sugeruje dynamiczną historię, która może obejmować erupcje minerałów, wstrząsy asteroidy i brak skalnego płaszcza.
Później tego rokuA[{” 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.
Po lewej stronie ta mapa pokazuje charakterystykę powierzchni na Psyche, od obszarów piaszczystych (fioletowy/niski) do skalistych (żółty/wysoki). Mapa po prawej pokazuje bogactwo minerałów na Psyche, od niskiego (fioletowego) do wysokiego (żółtego).
dogonić mecz
W nowym badaniu Cambioni przeprowadził symulacje Psyche, aby dowiedzieć się, które właściwości powierzchni najlepiej pasują i wyjaśnić zmierzone emisje ciepła. W każdym z setek symulowanych scenariuszy mapował powierzchnię asteroidy za pomocą różnych kombinacji materiałów, takich jak regiony o różnej obfitości minerałów. Wymodelował rotację asteroidy i zmierzył, w jaki sposób symulowane materiały na asteroidzie emitują ciepło. Campione następnie szukał symulowanych emisji, które najlepiej pasowały do rzeczywistych emisji zmierzonych przez ALMA. Uważa, że ten scenariusz ujawni najbardziej prawdopodobną mapę materiału powierzchniowego asteroidy.
„Przeprowadziliśmy te symulacje region po regionie, aż mogliśmy zidentyfikować różnice we właściwościach powierzchni” – mówi Campione.
W ramach badań uzyskano szczegółowe mapy właściwości powierzchni Psyche, pokazujące, że interfejs asteroidy jest prawdopodobnie pokryty wieloma różnymi materiałami. Naukowcy podkreślili, że powierzchnia Psyche jest ogólnie bogata w minerały, ale bogactwo minerałów i krzemianów różni się w zależności od jej powierzchni. Może to być dodatkową wskazówką, że asteroida, na wczesnym etapie jej powstawania, mogła mieć bogaty w krzemiany płaszcz, który od tamtego czasu zniknął.
Odkryli również, że podczas orbitowania asteroidy materiał na dnie dużego zagłębienia – prawdopodobnie krateru – zmieniał temperaturę znacznie szybciej niż materia wzdłuż krawędzi. Wskazuje to, że dno krateru pokryte jest „kałużami” drobnoziarnistego materiału, takiego jak piasek na ziemi, który szybko się nagrzewa, podczas gdy krawędzie krateru są zbudowane z wolniejszego, cieplejszego materiału skalnego.
„Stawy z drobnoziarnistym materiałem były widoczne na małych asteroidach, ich grawitacja jest wystarczająco niska, aby wstrząsy powierzchniowe powodowały agregację drobniejszego materiału” – mówi Campione. „Ale Psyche to duże ciało, więc jeśli drobnoziarnisty materiał gromadzi się na dnie zagłębienia, jest to dość interesujące i tajemnicze”.
„Te dane pokazują, że powierzchnia Psyche jest niejednorodna, z wyraźnymi różnicami w składzie” – mówi Simone Marchi, naukowiec z Southwest Research Institute i współbadacz misji NASA Psyche, który nie był zaangażowany w obecne badania. „Jednym z głównych celów misji Psyche jest badanie składu powierzchni asteroidy za pomocą promieni gamma, spektrometru neutronów i kolorowego urządzenia do obrazowania. Tak więc potencjalna obecność genów składu jest czymś, co zespół psychologów chce dalej badać”.
Odniesienie: „The Heterogenic Surface of Asteroid (16) Psyche” autorstwa Saverio Campione, Catherine de Clare i Michaela Shepherda, 19 maja 2022 r., Dostępne tutaj. Journal of Geophysical Research: Planety.
DOI: 10.1029/2021JE007091
Badania te były wspierane przez EAPS Crosby Distinguished Postdoctoral Fellowship, a częściowo przez Fundację Heising-Simons.
