MIT ve başka yerlerdeki gökbilimciler, asteroit Psyche’nin bileşimini haritalayarak metal, kum ve kaya yüzeyini ortaya çıkardı. Kredi: Ekran görüntüsü NASA’nın izniyle
Asteroit Psyche’nin çeşitli yüzeyi, metalik patlamalar, asteroit sallama etkileri ve kayıp bir kayalık manto içerebilecek dinamik bir geçmişe işaret ediyor.
Bu yılın sonlarında,[{” 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’deki kumlu alanlardan (mor/alçak) kayalık alanlara (sarı/yüksek) kadar yüzey özelliklerini gösterir. Sağdaki harita, Psyche’deki düşük (mor) ile yüksek (sarı) arasında metal bolluğunu gösterir.
Bir maç yakalamak için
Yeni çalışmada Cambioni, hangi yüzey özelliklerinin en iyi şekilde eşleşebileceğini görmek ve ölçülen termal emisyonları açıklamak için Psyche simülasyonlarını çalıştırdı. Yüzlerce simüle edilmiş senaryonun her birinde, asteroitin yüzeyini, farklı metal bolluk alanları gibi farklı malzeme kombinasyonlarıyla kurdu. Asteroitin dönüşünü modelledi ve asteroit üzerindeki simüle edilmiş malzemelerin nasıl termal emisyonlar vereceğini ölçtü. Cambioni daha sonra ALMA tarafından ölçülen gerçek emisyonlarla en iyi eşleşen simüle edilmiş emisyonları aradı. Bu senaryo, asteroitin yüzey malzemelerinin en olası haritasını ortaya çıkaracağını düşündü.
Cambioni, “Yüzey özelliklerindeki farklılıkları yakalayabilmek için bu simülasyonları alan bölge çalıştırdık” diyor.
Çalışma, Psyche’nin yüzey özelliklerinin ayrıntılı haritalarını üretti ve asteroidin cephesinin büyük olasılıkla çok çeşitli malzemelerle kaplandığını gösterdi. Araştırmacılar, genel olarak, Psyche’nin yüzeyinin metaller açısından zengin olduğunu, ancak metallerin ve silikatların bolluğunun yüzeyi boyunca değiştiğini doğruladı. Bu, asteroidin oluşumunun başlarında, o zamandan beri yok olan silikat bakımından zengin bir mantoya sahip olabileceğine dair bir başka ipucu olabilir.
Ayrıca, asteroit döndükçe, büyük bir çöküntünün altındaki materyalin – muhtemelen bir krater – sıcaklığı, kenar boyunca malzemeden çok daha hızlı değiştirdiğini buldular. Bu, krater tabanının, Dünya’daki kum gibi hızla ısınan ince taneli malzemeden oluşan “havuzlarla” kaplı olduğunu, oysa krater kenarlarının daha kayalık, daha yavaş ısınan malzemelerden oluştuğunu gösterir.
Cambioni, “Küçük asteroitler üzerinde, yerçekimi darbelerin yüzeyi sallayacak ve daha ince malzemelerin birikmesine neden olacak kadar düşük olduğu, ince taneli malzeme havuzları görüldü” diyor. “Fakat Psyche büyük bir bedendir, bu nedenle depresyonun dibinde ince taneli materyaller birikmişse, bu ilginç ve biraz gizemlidir.”
Southwest Araştırma Enstitüsü’nde görevli bilim insanı ve NASA’nın Psyche misyonunda ortak araştırmacı olan ve mevcut çalışmada yer almayan Simone Marchi, “Bu veriler, Psyche’nin yüzeyinin, bileşimde olası dikkate değer varyasyonlarla birlikte heterojen olduğunu gösteriyor” diyor. “Psyche misyonunun birincil hedeflerinden biri, gama ışınlarını, nötron spektrometresini ve bir renkli görüntüleyiciyi kullanarak asteroit yüzeyinin bileşimini incelemektir. Dolayısıyla, bileşimsel heterojenliklerin olası varlığı, Psyche Science Team’in daha fazla çalışmaya istekli olduğu bir şeydir.”
Referans: Saverio Cambioni, Katherine de Kleer ve Michael Shepard tarafından yazılan “Asteroidin Heterojen Yüzeyi (16) Psyche”, 19 Mayıs 2022, Jeofizik Araştırma Dergisi: Gezegenler.
DOI: 10.1029/2021JE007091
Bu araştırma, EAPS Crosby Seçkin Doktora Sonrası Bursu ve kısmen Heising-Simons Vakfı tarafından desteklenmiştir.