Невероватне нове мапе психе астероида откривају древни свет метала и рока

Астрономи са МИТ-а и другде мапирали су састав астероида Психа, откривајући површину од метала, песка и стена. Кредит: снимак екрана НАСА-е

Разноврсна површина астероида Психа сугерише динамичну историју, која може укључивати минералне ерупције, ефекте подрхтавања астероида и нестали камени омотач.

Касније ове годинеИ тхе[{“ 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.

хттпс://ввв.иоутубе.цом/ватцх?в=НоЛРфсМРО-о
На левој страни, ова мапа показује карактеристике површине на Психи, од пешчаних (љубичастих/ниских) до стеновитих (жутих/високих) области. Мапа са десне стране показује обиље минерала на Психи, од ниске (љубичасте) до високе (жуте).

да сустигне утакмицу

У новој студији, Цамбиони је водио симулације Психе да би открио која својства површине би се најбоље подударала и објаснио измерене емисије топлоте. У сваком од стотина симулираних сценарија, он је мапирао површину астероида различитим комбинацијама материјала, као што су региони са различитим минералима. Он је моделирао ротацију астероида и измерио како ће симулирани материјали на астероиду емитовати топлотну емисију. Цампионе је затим тражио симулиране емисије које најбоље одговарају стварним емисијама које је измерила АЛМА. Овај сценарио ће, верује он, открити највероватније мапу површинског материјала астероида.

„Провели смо ове симулације регион по регион док нисмо могли да идентификујемо разлике у својствима површине“, каже Цампионе.

хттпс://ввв.иоутубе.цом/ватцх?в=Квв8-дИДЦКо

Студија је произвела детаљне мапе својстава површине Психе, показујући да је интерфејс астероида вероватно прекривен великим бројем материјала. Истраживачи су нагласили да је површина Психе генерално богата минералима, али обиље минерала и силиката варира у зависности од њене површине. Ово може бити још један наговештај да је астероид, на почетку свог формирања, можда имао плашт богат силикатом који је од тада нестао.

Такође су открили да како астероид кружи, материјал на дну велике депресије – вероватно кратера – мења температуру много брже од материјала дуж ивице. Ово указује да је дно кратера прекривено „базенима“ ситнозрног материјала, попут песка на тлу, који се брзо загрева, док су ивице кратера састављене од споријег, топлијег стеновитог материјала.

„Језерца ситнозрнастог материјала су виђена на малим астероидима, њихова гравитација је довољно ниска да удари потреса на површини узрокују агрегацију финијег материјала“, каже Кампионе. „Али Психа је велико тело, тако да ако се ситнозрнати материјал накупља на дну депресије, то је прилично занимљиво и мистериозно.

„Ови подаци показују да је површина Психе хетерогена, са израженим разликама у саставу“, каже Симоне Марки, научник са Соутхвест Ресеарцх Институте и коистражитељ НАСА-ине Психе мисије, која није била укључена у ову студију. „Један од примарних циљева Психине мисије је проучавање састава површине астероида помоћу гама зрака, неутронског спектрометра и уређаја за снимање у боји. Дакле, потенцијално присуство композиционих гена је нешто што психолошки тим жели даље да проучава. „

Референца: „Хетерогена површина астероида (16) Психе“ Саверио Цампионе, Цатхерине де Цларе и Мицхаел Схепхерд, 19. мај 2022, доступно овде. Часопис за геофизичка истраживања: Планете.
ДОИ: 10.1029/2021ЈЕ007091

Ово истраживање је подржано од стране ЕАПС Цросби Дистингуисхед Постдоцторал Фелловсхип, а делимично и од стране Хеисинг-Симонс фондације.