Новые карты астероида Психея раскрывают древний

Позже в этом году НАСА собирается запустить зонд размером с теннисный корт в пояс астероидов, область между орбитами Марса и Юпитера, где остатки ранней Солнечной системы вращаются вокруг Солнца. Оказавшись в поясе астероидов, космический корабль сфокусируется на Психеи, большом богатом минералами астероиде, который, как считается, является древним ядром древней планеты. Зонд, названный в честь своего астероида-мишени, проведет почти два года, облетая поверхность Психеи и анализируя ее в поисках подсказок к тому, как эволюционировали ранние планетарные тела.

Перед миссией, возглавляемой главным исследователем Линди Элкинс-Тэнтон ’87, SM ’87, PhD ’02, планетологи из Массачусетского технологического института, а теперь и в других местах, представили краткий обзор того, что космический корабль Psyche может увидеть, когда достигнет места назначения.

В статье, появившейся сегодня в Журнал геофизических исследований: планетыВ этой статье команда предоставляет самые подробные карты характеристик поверхности астероида на сегодняшний день, основанные на наблюдениях, сделанных большим количеством наземных телескопов в северной части Чили. Карты показывают обширные богатые минералами области, охватывающие поверхность астероида, наряду с большой впадиной, которая, кажется, имеет различную текстуру поверхности между внутренней частью и его краем; Эта разница может отражать кратер, заполненный мелким песком и окруженный скалистым материалом.

В целом поверхность Психеи оказывается удивительно разнообразной по своим свойствам.

Новые карты указывают на историю астероида. Его каменистые области могут быть остатками древней мантии, похожей по составу на каменистый внешний слой Земли, Марс и астероид Веста, или отпечатком прошлых столкновений с космическими камнями. Наконец, кратеры, содержащие минеральное вещество, подтверждают идею, предложенную предыдущими исследованиями, что астероид, возможно, испытал ранние извержения минеральной лавы, когда его древнее ядро ​​остыло.

«Поверхность психики очень неоднородна», — говорит ведущий автор Саверио Камбиони, почетный научный сотрудник Кросби в Департаменте наук о Земле, атмосфере и планетах (EAPS) Массачусетского технологического института. «Это сложная поверхность, и эти карты подтверждают, что астероиды, богатые металлами, представляют собой интересные и загадочные миры. Это еще одна причина с нетерпением ждать миссии Psyche по исследованию астероидов».

Соавторами Кампионе являются Кэтрин де Клэр, доцент кафедры планетологии и астрономии Калифорнийского технологического института, и Майкл Шеперд, профессор экологических, географических и геологических наук в Блумсбургском университете.

мощность телескопа

Поверхность Psyche была в центре внимания многих предыдущих картографических работ. Исследователи отмечают, что астероид использует различные телескопы для измерения света, излучаемого астероидом в инфракрасном диапазоне, который несет информацию о составе поверхности Психеи. Однако эти исследования не смогли пространственно определить различия в составе на поверхности.

Вместо этого Кампионе и его коллеги смогли увидеть Психею в более мельчайших деталях с разрешением около 20 миль на пиксель, используя объединенную энергию 66 радиоантенн Большой миллиметровой/суб-атакамской решетки (ALMA) на севере Чили. Каждая антенна ALMA измеряет свет, излучаемый объектом на миллиметровых длинах волн, в диапазоне, чувствительном к температуре и определенным электрическим свойствам поверхностных материалов.

«Сигналы антенн ALMA можно объединить в искусственный сигнал, эквивалентный телескопу диаметром 16 километров (10 миль)», — говорит де Клэр. «Чем больше телескоп, тем выше разрешение».

19 июня 2019 года ALMA сосредоточила всю свою коллекцию на Психее, когда она вращается вокруг пояса астероидов. Де Клеер собрал данные за этот период и превратил их в карту теплового излучения на поверхности астероида, о которой команда сообщила на Исследование 2021. Эти же данные были использованы Шепардом для создания последней 3D-модели Psyche с высоким разрешением. Опубликовано в 2021 г..

догнать матч

В новом исследовании Камбиони запустил моделирование Psyche, чтобы выяснить, какие свойства поверхности могут лучше всего соответствовать и объяснить измеренное тепловыделение. В каждом из сотен смоделированных сценариев он наносил на карту поверхность астероида с различными комбинациями материалов, например, области с разным содержанием полезных ископаемых. Он смоделировал вращение астероида и измерил, как смоделированные материалы на астероиде будут излучать тепло. Затем Кампионе искал смоделированные выбросы, которые лучше всего соответствовали фактическим выбросам, измеренным ALMA. Этот сценарий, по его мнению, покажет наиболее вероятную карту материала поверхности астероида.

«Мы запускали эти симуляции регион за регионом, пока не смогли определить различия в свойствах поверхности», — говорит Кампионе.

В ходе исследования были составлены подробные карты свойств поверхности Психеи, показывающие, что поверхность астероида, вероятно, покрыта большим разнообразием материалов. Исследователи подчеркнули, что поверхность Психеи в целом богата минералами, но обилие минералов и силикатов варьируется в зависимости от ее поверхности. Это может быть еще одним намеком на то, что астероид в начале своего формирования мог иметь мантию, богатую силикатами, которая с тех пор исчезла.

Они также обнаружили, что по мере обращения астероида материал на дне большой впадины — вероятно, кратера — менял температуру намного быстрее, чем материал по краям. Это указывает на то, что дно кратера покрыто «лужицами» мелкозернистого материала, подобного песку на земле, который быстро нагревается, а края кратера состоят из более медленного и теплого каменистого материала.

«Пруды мелкозернистого материала были замечены на небольших астероидах, их гравитация достаточно низка, чтобы сотрясать поверхность, вызывая скопление более мелкого материала», — говорит Кампионе. «Но Психея — большое тело, поэтому, если на дне впадины скапливается мелкозернистый материал, это довольно интересно и загадочно».

«Эти данные показывают, что поверхность Психеи неоднородна, с заметными различиями в составе», — говорит Симона Марчи, ученый из Юго-Западного исследовательского института и со-исследователь миссии НАСА «Психея», которая не участвовала в текущем исследовании. «Одной из основных целей миссии Psyche является изучение состава поверхности астероида с помощью гамма-лучей, нейтронного спектрометра и цветного изображения. Таким образом, потенциальное присутствие композиционных генов — это то, что команда психологов стремится изучить дальше. «

Это исследование было поддержано EAPS Crosby Distinguished Postdoctoral Fellowship и частично Фондом Heising-Simons.

###

Дженнифер Чу, отдел новостей Массачусетского технологического института