Kommer att lanseras nästa år, NASA:s Psyche-uppdrag är första gången som byrån har gett sig ut för att utforska en asteroid som är rikare på metall än sten eller is.

Mer än 150 år har gått sedan romanförfattaren Jules Verne skrev "Resan till jordens centrum, " men verkligheten har ännu inte kommit ikapp det där science fiction-äventyret. Även om människor inte kan ta sig en väg till vår planets metalliska kärna, NASA har siktet inställt på att besöka en gigantisk asteroid som kan vara de frusna resterna av den smälta kärnan av en svunnen värld.

Kallas Psyche, denna asteroid kretsar runt solen i huvudasteroidbältet, mellan Mars och Jupiter. Med hjälp av data som samlats in från jordbaserad radar och optiska teleskop, forskare tror att Psyche till stor del är gjord av metall. Det kan vara en del av eller hela det järnrika inre av en tidig planetarisk byggsten som berövades sitt yttre steniga skal när det upprepade gånger kolliderade med andra stora kroppar under den tidiga bildandet av solsystemet.

Asteroiden, vilket är cirka 280 kilometer på dess bredaste punkt, kan också vara något annat. Det kan vara den överblivna biten av en helt annan sorts järnrik kropp som bildats av metallrikt material någonstans i solsystemet.

NASA:s Psyche-uppdrag hoppas kunna ta reda på det. Inställd på lansering i augusti 2022, rymdfarkosten kommer i två år att kretsa om den asteroid den är uppkallad efter, ta bilder, kartlägga ytan, och letar efter bevis på ett gammalt magnetfält. Psyche kommer också att studera neutroner och gammastrålar som kommer från asteroidens yta för att hjälpa till att bestämma dess elementära sammansättning.

Det första uppdraget att utforska en asteroid med en yta som innehåller betydande mängder metall snarare än sten eller is, Psyche försöker bättre förstå järnkärnor, en outforskad byggsten för planetbildning. Uppdraget ger potentiellt också den första möjligheten att direkt undersöka insidan av en stenig planet genom att erbjuda en titt på insidan av en tidigare skiktad planetkropp som annars aldrig skulle kunna ses. Vad forskare lär sig kan kasta ytterligare ljus över hur jorden och andra steniga planeter bildades.

"Det finns många grundläggande frågor om psyket som är obesvarade, " sade uppdragets huvudutredare, Lindy Elkins-Tanton från Arizona State University. "Och med varje detalj som läggs till från data vi kan samla in från jorden, det blir bara svårare att göra en vettig historia. Vi vet verkligen inte vad vi kommer att se förrän vi besöker, och vi kommer att bli överraskade."

Till exempel, Tidigare markbaserade observationer fick forskare att tro att asteroiden var så mycket som 90 % metall. Ny forskning ledd av Elkins-Tanton använde uppdaterade densitetsmätningar för att uppskatta att asteroiden är mer sannolikt mellan 30% och 60% metall.

Och forskare är förbryllade över varför Psyche verkar ha låg halt av järnoxider, som är kemiska föreningar gjorda av järn och syre. Mars, kvicksilver, Venus, och jorden har alla dem. "Så om vi har rätt att Psyche är en blandning av metal och rock, och berget har väldigt lite järnoxid, då måste det finnas en konstig historia om hur den skapades – för den passar inte in i standardberättelserna om planetariska skapelser, ", sa Elkins-Tanton.

Mystery of Psyche

Forskare vet inte heller var Psyche bildades. Det kan ha sitt ursprung i det huvudsakliga asteroidbältet, men det är också möjligt att den föddes i samma zon som de inre planeterna som jorden – eller i det yttre solsystemet, där gigantiska planeter som Jupiter nu bor. Ingen av ursprungsberättelserna följer en enkel väg till där Psyche bor nu, 280 miljoner miles (450 miljoner kilometer) från solen.

Asteroider i allmänhet kan ge insikt i planetbildning och hur det tidiga solsystemet fungerade för 4,6 miljarder år sedan. Men Psyche är särskilt intressant för forskare på grund av hur ovanligt det är, med dess metallinnehåll, hög densitet, och låg koncentration av järnoxider.

"Det faktum att det är så ovanligt berättar för oss en ny historia som vi inte har sett tidigare om hur asteroider utvecklades, sa Bill Bottke, Psyche mission scientist of the Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. "That's a piece of the story we don't have right now. By getting that piece together with all the others we have, we continue to refine our story of how the solar system formed and evolved early on."

Tools of the Trade

To help figure out the asteroid's origins, the mission's science investigation will rely on a magnetometer, a gamma ray and neutron spectrometer, and a multispectral imager. Scientists know that the asteroid doesn't generate a magnetic field the way Earth does, but if Psyche had a magnetic field in the past, it could still be recorded in the asteroid's material today. With sensors mounted onto a 6-foot (2-meter) boom, the magnetometer can determine whether Psyche is still magnetized. Om så är fallet, that would confirm that the asteroid is part of the core of an early planetesimal, the building block of an early planet.

The orbiter's gamma ray and neutron spectrometer instrument will help scientists determine the asteroid's chemical elements. As cosmic rays and high-energy particles impact Psyche's surface, the elements that make up the surface material absorb the energy. The neutrons and gamma rays they emit in response can be detected by the spectrometer, allowing scientists to match their properties to those emitted by known elements to determine what Psyche is made of.

Under tiden, a pair of color cameras make up the multispectral imager. The imager is sensitive to light just beyond what humans can see, using filters in the ultraviolet and near-infrared wavelengths. The light reflected in these filters could help determine the mineralogy of any rocky material that may exist on Psyche's surface.

The spacecraft's telecommunications system will help with the science as well. The X-band radio system is primarily used to send commands to the spacecraft and receive engineering and science data from it. But scientists can also analyze subtle changes in these radio waves to measure the body's rotation, wobble, massa, and gravity field, providing additional clues about the composition and structure of Psyche's interior.

Eyes on Psyche

But before any of this science analysis gets underway, there will be pictures. By late 2025, three years after launch, Psyche will be within sight of the asteroid, and the imager team will be on high alert.

"Even before we get into orbit, we'll start getting much better pictures than we can from telescopes on Earth. We'll start to resolve features, see big craters, crater basins—maybe mountain ranges. Who knows what we'll see?" said Jim Bell of Arizona State University, deputy principal investigator of Psyche and imager team lead. "All we know is that the reality of Psyche is going to be even weirder and more beautiful than we can imagine."