خرائط جديدة لا تصدق لنفسية الكويكب تكشف عن عالم قديم من المعدن والصخور

يشير السطح المتنوع للكويكب Psyche إلى تاريخ ديناميكي ، يمكن أن يشمل الانفجارات المعدنية ، وتأثيرات اهتزاز الكويكبات ، ووشاح صخري مفقود.

في وقت لاحق من هذا العامو[{” 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.

https://www.youtube.com/watch؟v=NoLRfsMRO-o
على اليسار ، تُظهر هذه الخريطة خصائص السطح على Psyche ، من المناطق الرملية (أرجوانية / منخفضة) إلى المناطق الصخرية (صفراء / عالية). تُظهر الخريطة الموجودة على اليمين وفرة المعادن على Psyche ، من منخفض (أرجواني) إلى مرتفع (أصفر).

للحاق المباراة

في الدراسة الجديدة ، أجرى Cambioni عمليات محاكاة لـ Psyche لمعرفة خصائص السطح التي قد تتطابق بشكل أفضل وشرح الانبعاثات الحرارية المقاسة. في كل من مئات السيناريوهات المحاكاة ، قام بتعيين سطح الكويكب بمجموعات مختلفة من المواد ، مثل مناطق ذات وفرة معدنية مختلفة. قام بنمذجة دوران الكويكب وقاس كيف أن المواد المحاكاة على الكويكب ستصدر انبعاثات حرارية. ثم بحث كامبيوني عن الانبعاثات المحاكاة التي تتطابق بشكل أفضل مع الانبعاثات الفعلية التي تم قياسها بواسطة ALMA. هذا السيناريو ، حسب اعتقاده ، سيكشف عن الخريطة الأكثر احتمالية لمواد سطح الكويكب.

يقول كامبيوني: “لقد أجرينا عمليات المحاكاة هذه منطقة تلو الأخرى حتى نتمكن من تحديد الاختلافات في خصائص السطح”.

https://www.youtube.com/watch؟v=Kvv8-dYDCKo

أنتجت الدراسة خرائط تفصيلية لخصائص سطح Psyche ، مما يدل على أن واجهة الكويكب مغطاة على الأرجح بمجموعة كبيرة ومتنوعة من المواد. أكد الباحثون أن سطح Psyche بشكل عام غني بالمعادن ، لكن وفرة المعادن والسيليكات تختلف باختلاف سطحه. قد يكون هذا تلميحًا إضافيًا إلى أن الكويكب ، في وقت مبكر من تكوينه ، ربما كان له غطاء غني بالسيليكات اختفى منذ ذلك الحين.

ووجدوا أيضًا أنه أثناء دوران الكويكب ، فإن المادة الموجودة في قاع منخفض كبير – من المحتمل أن تكون فوهة بركان – تغير درجة الحرارة بشكل أسرع بكثير من المواد الموجودة على طول الحافة. يشير هذا إلى أن قاع الحفرة مغطى بـ “برك” من مادة دقيقة الحبيبات ، مثل الرمال الموجودة على الأرض ، والتي تسخن بسرعة ، في حين أن حواف الحفرة تتكون من مواد صخرية أكثر بطئًا ودافئة.

يقول كامبيوني: “شوهدت برك من مواد دقيقة الحبيبات على كويكبات صغيرة ، جاذبيتها منخفضة بما يكفي لصدمات تهز السطح وتتسبب في تجمع مواد أدق”. “لكن Psyche هو جسم كبير ، لذلك إذا تراكمت مواد دقيقة الحبيبات في قاع الاكتئاب ، فهذا مثير للاهتمام وغامض إلى حد ما.”

“تُظهر هذه البيانات أن سطح Psyche غير متجانس ، مع وجود اختلافات ملحوظة في التكوين” ، كما يقول Simone Marchi ، العالم في معهد Southwest Research Institute والباحث المشارك في مهمة Psyche التابعة لناسا ، والذي لم يشارك في الدراسة الحالية. “أحد الأهداف الأساسية لمهمة Psyche هو دراسة تكوين سطح الكويكب باستخدام أشعة جاما ومقياس الطيف النيوتروني ومصور ملون. لذا ، فإن الوجود المحتمل للتجينات التركيبية هو أمر يتوق فريق علم النفس إلى دراسته بشكل أكبر “.

المرجع: “السطح غير المتجانس للكويكب (16) نفسية” بقلم سافيريو كامبيوني وكاثرين دي كلير ومايكل شيبرد ، 19 مايو 2022 ، مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الكواكب.
DOI: 10.1029 / 2021JE007091

تم دعم هذا البحث من قبل زمالة ما بعد الدكتوراة المتميزة EAPS Crosby ، وجزئيًا من قبل مؤسسة Heising-Simons.