Неймовірні нові карти психіки астероїдів відкривають стародавній світ металу та року

Різноманітна поверхня астероїда Психея свідчить про динамічну історію, яка може включати виверження мінералів, ефекти тремтіння астероїда та відсутню скелясту мантію.

Пізніше цього рокуІ[{” 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.

Ліворуч ця карта показує характеристики поверхні Психеї, від піщаних (фіолетових/низьких) до кам’янистих (жовтих/високих) ділянок. Карта праворуч показує достаток мінералів на Психеї, від низького (фіолетового) до високого (жовтого).

наздогнати матч

У новому дослідженні Камбіоні провів моделювання Psyche, щоб з’ясувати, які властивості поверхні можуть найкраще відповідати, і пояснити виміряні теплові викиди. У кожному із сотень змодельованих сценаріїв він наніс на карту поверхню астероїда з різними комбінаціями матеріалів, наприклад регіонами з різною кількістю мінералів. Він змоделював обертання астероїда і виміряв, як імітовані матеріали на астероїді випромінюють тепло. Потім Кампіоне шукав змодельовані викиди, які найкраще відповідали фактичним викидам, виміряним ALMA. Цей сценарій, на його думку, розкриє найбільш вірогідну карту матеріалу поверхні астероїда.

«Ми проводили ці моделювання регіон за регіоном, поки не змогли виявити відмінності у властивостях поверхні», — каже Кампіоне.

Дослідження створило детальні карти властивостей поверхні Психеї, які показують, що межа астероїда, ймовірно, покрита різноманітними матеріалами. Дослідники підкреслили, що поверхня Психеї в цілому багата мінералами, але кількість мінералів і силікатів змінюється в залежності від її поверхні. Це може бути ще одним натяком на те, що астероїд на початку свого формування міг мати багату силікатами мантію, яка з тих пір зникла.

Вони також виявили, що коли астероїд обертається по орбіті, матеріал на дні великої западини – ймовірно, кратера – змінює температуру набагато швидше, ніж матеріал уздовж краю. Це вказує на те, що дно кратера вкрите «басейнами» дрібнозернистого матеріалу, як пісок на землі, який швидко нагрівається, тоді як краю кратера складаються з більш повільного, більш теплого скельного матеріалу.

«Ставки з дрібнозернистим матеріалом були помічені на невеликих астероїдах, їхня сила тяжіння досить низька, щоб поштовхи поверхні спричинили агрегацію більш дрібного матеріалу», – каже Кампіоне. «Але Психея — це велике тіло, тому якщо дрібнозернистий матеріал накопичується на дні западини, це досить цікаво і загадково».

«Ці дані показують, що поверхня Психеї неоднорідна з помітними відмінностями у складі», — каже Сімона Марчі, науковець із Південно-Західного дослідницького інституту та співдослідник місії Психеї NASA, яка не брала участі в поточному дослідженні. «Одна з головних цілей місії Psyche — вивчити склад поверхні астероїда за допомогою гамма-променів, нейтронного спектрометра та кольорового візерунка. Отже, потенційна присутність композиційних генів — це те, що команда психологів прагне вивчати далі. “

Довідка: «Гетерогенная поверхня астероїда (16) Психеї» Саверіо Кампіоне, Кетрін де Клер і Майкла Шеперда, 19 травня 2022 року, доступно тут. Журнал геофізичних досліджень: Планети.
DOI: 10.1029/2021JE007091

Це дослідження було підтримано EAPS Crosby Distinguished Postdoctoral Fellowship та частково Фондом Хейсінга-Саймонса.