Новые карты богатого металлами астероида Психея, который считается древним ядром ранней планеты
Позже в этом году НАСА собирается запустить зонд размером с теннисный корт к поясу астероидов, области между орбитами Марса и Юпитера, где остатки ранней Солнечной системы вращаются вокруг Солнца. Оказавшись внутри пояса астероидов, космический корабль наведется на Психею, большой, богатый металлами астероид, который считается древним ядром ранней планеты. Зонд, названный в честь своего астероида, затем проведет около двух лет на орбите и анализирует поверхность Психеи, чтобы понять, как эволюционировали ранние планетарные тела.
Астрономы Массачусетского технологического института и других организаций нанесли на карту состав астероида Психея, обнаружив поверхность из металла, песка и камня. Кредит: НАСА
В преддверии миссии, которую возглавляет главный исследователь Линди Элкинс-Тэнтон, планетологи из Массачусетского технологического института и других организаций представили предварительный обзор того, что может увидеть космический корабль «Психея», когда достигнет места назначения.
В статье, опубликованной сегодня в Журнале геофизических исследований: Планеты, команда представляет самые подробные на сегодняшний день карты свойств поверхности астероида, основанные на наблюдениях, сделанных большим количеством наземных телескопов в северной части Чили. Карты показывают обширные богатые металлом области, охватывающие поверхность астероида, а также большую впадину, которая, по-видимому, имеет различную текстуру поверхности между внутренней частью и его краем; эта разница может отражать кратер, заполненный более мелким песком и окруженный более каменистыми материалами.
В целом поверхность Психеи оказалась удивительно разнообразной по своим свойствам.
Новые карты намекают на историю астероида. Его каменистые области могут быть остатками древней мантии, похожей по составу на самый каменистый внешний слой Земли, Марса и астероида Веста, или отпечатком прошлых столкновений с космическими камнями. Наконец, кратеры, содержащие металлический материал, подтверждают идею, предложенную предыдущими исследованиями, что астероид, возможно, испытал ранние извержения металлической лавы, когда его древнее ядро остыло.
«Поверхность психики очень неоднородна», — говорит ведущий автор Саверио Камбиони, почетный научный сотрудник Кросби в Отделе наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS). «Это развитая поверхность, и эти карты подтверждают, что богатые металлом астероиды — интересные, загадочные миры. Это еще одна причина с нетерпением ждать миссии Psyche, отправляющейся на астероид».
Соавторами Камбиони являются Кэтрин де Клир, доцент кафедры планетологии и астрономии Калифорнийского технологического института, и Майкл Шепард, профессор экологических, географических и геологических наук в Блумсбургском университете.
Мощность телескопа
Поверхность Психеи была в центре внимания многочисленных предыдущих картографических работ. Исследователи наблюдали за астероидом, используя различные телескопы для измерения света, излучаемого астероидом в инфракрасном диапазоне, который несет информацию о составе поверхности Психеи. Однако эти исследования не могли пространственно разрешить вариации состава на поверхности.
Вместо этого Камбиони и его коллеги смогли увидеть Психею в более мельчайших деталях с разрешением около 20 миль на пиксель, используя объединенную мощность 66 радиоантенн Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA) на севере Чили. Каждая антенна ALMA измеряет свет, излучаемый объектом в миллиметровом диапазоне длин волн, в диапазоне, чувствительном к температуре и определенным электрическим свойствам поверхностных материалов.
«Сигналы антенн ALMA можно объединить в синтетический сигнал, который эквивалентен телескопу диаметром 16 километров (10 миль)», — говорит де Клеер. «Чем больше телескоп, тем выше разрешение».
19 июня 2019 года ALMA сосредоточила весь свой массив на Психее, когда она вращалась вокруг пояса астероидов . Де Клеер собрал данные за этот период и преобразовал их в карту теплового излучения на поверхности астероида, о чем команда сообщила в исследовании 2021 года. Те же данные были использованы Шепардом для создания самой последней трехмерной модели формы Психеи с высоким разрешением, также опубликованной в 2021 году .
Чтобы поймать матч
В новом исследовании Камбиони провел моделирование Psyche, чтобы увидеть, какие свойства поверхности могут лучше всего соответствовать и объяснить измеренное тепловое излучение. В каждом из сотен смоделированных сценариев он задавал поверхность астероида различными комбинациями материалов, например, областями с разным содержанием металлов. Он смоделировал вращение астероида и измерил, как смоделированные материалы на астероиде будут испускать тепловое излучение. Затем Камбиони искал смоделированные выбросы, которые лучше всего соответствовали фактическим выбросам, измеренным ALMA. Он полагал, что этот сценарий покажет наиболее вероятную карту материалов поверхности астероида.
«Мы запускали эти симуляции область за областью, чтобы выявить различия в свойствах поверхности», — говорит Камбиони.
В ходе исследования были составлены подробные карты свойств поверхности Психеи, показывающие, что фасад астероида, вероятно, покрыт большим разнообразием материалов. Исследователи подтвердили, что в целом поверхность Психеи богата металлами, но содержание металлов и силикатов варьируется по всей поверхности. Это может быть еще одним намеком на то, что в начале своего формирования астероид мог иметь богатую силикатами мантию, которая с тех пор исчезла.
Они также обнаружили, что по мере вращения астероида материал на дне большой впадины — вероятно, кратера — меняет температуру намного быстрее, чем материал на краю. Это говорит о том, что дно кратера покрыто «прудами» из мелкозернистого материала, подобного земному песку, который быстро нагревается, тогда как края кратера состоят из более каменистых материалов, которые нагреваются медленнее.
«Пруды мелкозернистых материалов были замечены на небольших астероидах, гравитация которых достаточно низка, чтобы удары сотрясали поверхность и вызывали скопление более мелких материалов», — говорит Камбиони. «Но Психея — большое тело, поэтому, если на дне впадины скопились мелкозернистые материалы, это интересно и несколько загадочно».
«Эти данные показывают, что поверхность Психеи неоднородна, с возможными значительными вариациями в составе», — говорит Симоне Марчи, научный сотрудник Юго-Западного исследовательского института и со-исследователь миссии НАСА «Психея», которая не участвовала в текущем исследовании. «Одной из основных целей миссии «Психея» является изучение состава поверхности астероида с помощью его гамма-лучей, нейтронного спектрометра и цветного формирователя изображений. Таким образом, возможное присутствие композиционных неоднородностей — это то, что команда ученых-психеологов стремится изучить. более."
