Astronomer vid MIT och på andra håll har kartlagt sammansättningen av asteroiden Psyche och avslöjat en yta av metall, sand och sten. Kredit:NASA
Senare i år kommer NASA att lansera en sond av storleken på en tennisbana till asteroidbältet, en region mellan Mars och Jupiters banor där rester av det tidiga solsystemet kretsar runt solen. Väl inne i asteroidbältet kommer rymdfarkosten att nå Psyche, en stor, metallrik asteroid som tros vara den uråldriga kärnan av en tidig planet. Sonden, uppkallad efter sitt asteroidmål, kommer sedan att tillbringa nära två år med att kretsa runt och analysera Psyches yta efter ledtrådar till hur tidiga planetkroppar utvecklades.
Inför uppdraget, som leds av huvudforskaren Lindy Elkins-Tanton, har planetforskare vid MIT och på andra håll nu gett en smygtitt på vad rymdfarkosten Psyche kan se när den når sin destination.
I en artikel som visas idag i Journal of Geophysical Research:Planets , presenterar teamet de mest detaljerade kartorna över asteroidens ytegenskaper hittills, baserat på observationer som tagits av ett stort antal markteleskop i norra Chile. Kartorna avslöjar stora metallrika områden som sveper över asteroidens yta, tillsammans med en stor fördjupning som verkar ha en annan ytstruktur mellan insidan och dess kant; denna skillnad kan spegla en krater fylld med finare sand och kantad med stenigare material.
Sammantaget visade sig Psyches yta vara förvånansvärt varierande i sina egenskaper.
De nya kartorna antyder asteroidens historia. Dess klippiga områden kan vara rester av en gammal mantel – i sammansättning som liknar det steniga yttersta lagret av jorden, Mars och asteroiden Vesta – eller avtrycket av tidigare nedslag från rymdstenar. Slutligen stödjer kratrar som innehåller metalliskt material idén som föreslagits av tidigare studier att asteroiden kan ha upplevt tidiga utbrott av metallisk lava när dess gamla kärna svalnade.
"Psyches yta är väldigt heterogen", säger huvudförfattaren Saverio Cambioni, Crosby Distinguished Postdoc Fellow vid MIT:s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS). "Det är en utvecklad yta, och dessa kartor bekräftar att metallrika asteroider är intressanta, gåtfulla världar. Det är ytterligare en anledning att se fram emot att Psyche-uppdraget går till asteroiden."
Cambionis medförfattare är Katherine de Kleer, biträdande professor i planetvetenskap och astronomi vid Caltech, och Michael Shepard, professor i miljö-, geografiska och geologiska vetenskaper vid Bloomsburg University.
Teleskopkraft
Ytan av Psyche har varit i fokus för många tidigare kartläggningsinsatser. Forskare har observerat asteroiden med hjälp av olika teleskop för att mäta ljus som emitteras från asteroiden vid infraröda våglängder, som bär information om Psyches ytsammansättning. Dessa studier kunde dock inte spatialt lösa variationer i sammansättning över ytan.
Cambioni och hans kollegor kunde istället se Psyche i finare detalj, med en upplösning på cirka 20 miles per pixel, med den kombinerade kraften från de 66 radioantennerna i Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i norra Chile. Varje antenn hos ALMA mäter ljus som emitteras från ett föremål vid millimetervåglängder, inom ett område som är känsligt för temperatur och vissa elektriska egenskaper hos ytmaterial.
"Signalerna från ALMA-antennerna kan kombineras till en syntetisk signal som motsvarar ett teleskop med en diameter på 16 kilometer (10 miles)," säger de Kleer. "Ju större teleskop, desto högre upplösning."
Den 19 juni 2019 fokuserade ALMA hela sitt array på Psyche när det kretsade och roterade inom asteroidbältet. De Kleer samlade in data under denna period och omvandlade den till en karta över termiska utsläpp över asteroidens yta, vilket laget rapporterade i en studie 2021. Samma data användes av Shepard för att producera den senaste högupplösta 3D-formmodellen av Psyche, även publicerad 2021.
För att fånga en match
I den nya studien körde Cambioni simuleringar av Psyche för att se vilka ytegenskaper som bäst matchar och förklarar de uppmätta termiska utsläppen. I vart och ett av hundratals simulerade scenarier satte han asteroidens yta med olika kombinationer av material, som områden med olika metallförekomster. Han modellerade asteroidens rotation och mätte hur simulerade material på asteroiden skulle avge termiska utsläpp. Cambioni letade sedan efter de simulerade utsläppen som bäst matchade de faktiska utsläppen uppmätt av ALMA. Det scenariot, resonerade han, skulle avslöja den mest sannolika kartan över asteroidens ytmaterial.
"Vi körde dessa simuleringar område för område så att vi kunde fånga skillnader i ytegenskaper," säger Cambioni.
Studien producerade detaljerade kartor över Psyches ytegenskaper, som visar att asteroidens fasad sannolikt är täckt av en stor mångfald av material. Forskarna bekräftade att Psyches yta totalt sett är rik på metaller, men mängden metaller och silikater varierar över dess yta. Detta kan vara ytterligare en antydan om att asteroiden tidigt i sin bildande kan ha haft en silikatrik mantel som sedan har försvunnit.
De fann också att, när asteroiden roterar, ändrar materialet i botten av en stor fördjupning - troligen en krater - temperaturen mycket snabbare än materialet längs kanten. Detta tyder på att kraterbottnen är täckt av "dammar" av finkornigt material, som sand på jorden, som värms upp snabbt, medan kraterkanterna är sammansatta av stenigare, långsammare-till-varma material.
"Dammar av finkorniga material har setts på små asteroider, vars gravitation är tillräckligt låg för att stötar ska skaka ytan och få finare material att samlas", säger Cambioni. "Men Psyche är en stor kropp, så om finkorniga material samlas på botten av depressionen är detta intressant och lite mystiskt."
"Dessa data visar att Psyches yta är heterogen, med möjliga anmärkningsvärda variationer i sammansättning", säger Simone Marchi, personalforskare vid Southwest Research Institute och en medutredare på NASA:s Psyche-uppdrag, som inte var involverad i den aktuella studien. "Ett av de primära målen med Psyche-uppdraget är att studera sammansättningen av asteroidytan med hjälp av dess gammastrålar och neutronspektrometer och en färgavbildare. Så den möjliga närvaron av sammansättningsheterogeniteter är något som Psyche Science Team är ivriga att studera Mer." + Utforska vidare
Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.
