Neuvěřitelné nové mapy asteroidové psychiky odhalují starověký svět kovu a rocku

By | 19 června, 2022
Asteroid Psyche Složení

Astronomové z MIT a jinde zmapovali složení asteroidu Psyche a odhalili povrch kovu, písku a skály. Poděkování: Snímek obrazovky s laskavým svolením NASA

Různorodý povrch asteroidu Psyche naznačuje dynamickou historii, která by mohla zahrnovat kovové erupce, dopady otřesů asteroidů a ztracený skalnatý plášť.

Později tohoto roku,[{“ 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.

Psyche Spacecraft at the Asteroid Psyche (Illustration)

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.


Vlevo tato mapa ukazuje vlastnosti povrchu Psyche, od písečných oblastí (fialová/nízká) po skalnaté oblasti (žlutá/vysoká). Mapa vpravo ukazuje množství kovů na Psyche, od nízké (fialová) po vysokou (žlutá).

Chytit zápas

V nové studii provedl Cambioni simulace Psyche, aby zjistil, které vlastnosti povrchu by se mohly nejlépe shodovat, a vysvětlil naměřené tepelné emise. V každém ze stovek simulovaných scénářů nastavil povrch asteroidu různými kombinacemi materiálů, jako jsou oblasti různého množství kovů. Modeloval rotaci asteroidu a změřil, jak simulované materiály na asteroidu vydávají tepelné emise. Cambioni poté hledal simulované emise, které nejlépe odpovídaly skutečným emisím naměřeným ALMA. Tento scénář, uvažoval, by odhalil nejpravděpodobnější mapu povrchových materiálů asteroidu.

„Provedli jsme tyto simulace oblast po oblasti, abychom mohli zachytit rozdíly ve vlastnostech povrchu,“ říká Cambioni.

Studie vytvořila podrobné mapy povrchových vlastností Psyche, které ukazují, že fasáda asteroidu je pravděpodobně pokryta velkou rozmanitostí materiálů. Výzkumníci potvrdili, že celkově je povrch Psyche bohatý na kovy, ale množství kovů a silikátů se na jeho povrchu liší. To může být další náznak toho, že na počátku svého formování mohl mít asteroid plášť bohatý na silikáty, který mezitím zmizel.

Zjistili také, že jak se asteroid otáčí, materiál na dně velké prohlubně – pravděpodobně kráteru – mění teplotu mnohem rychleji než materiál podél okraje. To naznačuje, že dno kráteru je pokryto „jezírky“ jemnozrnného materiálu, jako je písek na Zemi, který se rychle zahřívá, zatímco okraje kráterů jsou složeny z kamenitějších, pomaleji až teplých materiálů.

„Na malých asteroidech, jejichž gravitace je dostatečně nízká na to, aby dopady otřásly povrchem a způsobily hromadění jemnějších materiálů, byly vidět rybníky jemnozrnných materiálů,“ říká Cambioni. „Ale psychika je velké tělo, takže pokud se na dně prohlubně nahromadily jemnozrnné materiály, je to zajímavé a poněkud záhadné.“

„Tato data ukazují, že povrch Psyche je heterogenní, s možnými pozoruhodnými odchylkami ve složení,“ říká Simone Marchi, vědecká pracovnice Southwest Research Institute a spoluřešitelka mise NASA Psyche, která se na současné studii nepodílela. „Jedním z primárních cílů mise Psyche je studovat složení povrchu asteroidu pomocí jeho gama záření a neutronového spektrometru a barevného zobrazovače. Takže možná přítomnost kompozičních heterogenit je něco, co tým Psyche Science Team touží dále studovat.“

Reference: „The Heterogeneous Surface of Asteroid (16) Psyche“ od Saverio Cambioni, Katherine de Kleer a Michael Shepard, 19. května 2022, Journal of Geophysical Research: Planets.
DOI: 10.1029/2021JE007091

Tento výzkum byl podporován EAPS Crosby Distinguished Postdoctoral Fellowship a částečně Heising-Simons Foundation.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.