Ceres, den största asteroiden i vårt solsystem, har en mörk hemlighet:extremt unga isavlagringar i permanent skuggade kratrar nära dess poler. Om det låter vagt bekant beror det på att vår måne och planet Merkurius också har sådana polära isavlagringar, som har studerats i årtionden.

"För Ceres började historien 2016, när rymdfarkosten Dawn, som kretsade runt Ceres vid den tiden, skymtade in i dessa permanent mörka kratrar och såg ljusa isavlagringar i några av dem", säger Norbert Schorghofer, huvudförfattare till "History of Ceres kalla fällor baserade på raffinerade formmodeller", som visas i The Planetary Science Journal . PSI-forskarna Robert Gaskell och John Weirich, och NASA Goddard Space Flight Center-forskaren Erwan Mazarico, är medförfattare till tidningen.

"Upptäckten redan 2016 utgjorde en gåta:Många kratrar i polarområdena i Ceres förblir skuggade hela året - vilket på Ceres varar 4,6 jordår - och förblir därför kallt, men bara ett fåtal av dem har isavlagringar," sa Schorghofer . "Snart gav en annan upptäckt en ledtråd varför:Ceres rotationsaxel svänger fram och tillbaka vart 24 000:e år på grund av tidvatten från solen och Jupiter. När axellutningen är hög och årstiderna starka är det bara ett fåtal kratrar som är skuggade hela året. , och det här är kratrarna som innehåller ljusa isavlagringar."

För att avgöra hur stora skuggor som fanns inne i kratrar för tusentals år sedan, konstruerar forskare digitala höjdkartor och utför sedan strålspårningsberäkningar med dem för att teoretiskt rekonstruera skuggorna som kastats på kratergolven. Resultaten är bara lika tillförlitliga som de digitala formmodellerna som de är baserade på. Tänk på att golven i dessa kratrar alltid är i skugga, så det är inte lätt att mäta hur djupa de är.

Rymdfarkosten Dawn hade en mycket känslig kamera, som kunde urskilja drag på de skuggade kratergolven. Stereobilder av solbelysta områden används ofta för att konstruera digitala höjdkartor över solbelysta områden, men att göra en höjdkarta över skuggad terräng är en utmaning som sällan antagits. Som en del av den nya studien utvecklade PSI-forskaren Robert Gaskell en ny teknik för att rekonstruera höjder även i de skuggade delarna av ett stereopar av bilder. Dessa förbättrade höjdkartor kan sedan användas för strålspårning för att förutsäga omfattningen av kalla, permanent skuggade områden.

Dessa mer exakta kartor gav ett överraskande resultat:När Ceres nådde sin maximala axellutning, som senast inträffade för cirka 14 000 år sedan, förblev ingen krater på Ceres ständigt skuggad och all is i dem måste snabbt ha sublimerats i rymden.

"Det lämnar bara en rimlig förklaring:Isavlagringarna måste ha bildats mer nyligen än så. Resultaten tyder på att alla dessa isavlagringar måste ha ackumulerats inom de senaste 6 000 åren eller mindre. Med tanke på att Ceres är långt över 4 miljarder år gammal, att är en anmärkningsvärt ung ålder," sa Schorghofer.

"Ceres är ett isrikt objekt, men nästan ingen av denna is är exponerad på ytan. De tidigare nämnda polkratrarna och några små fläckar utanför polarområdena är de enda isexponeringarna. Isen är dock allmänt förekommande på grunda djup — som upptäcktes av PSI-forskaren Tom Prettyman och hans team redan 2017 – så till och med en liten torr stötkropp kan förånga en del av den isen, säger Schorghofer.

"Ett fragment av en asteroid kan ha kolliderat med Ceres för cirka 6 000 år sedan, vilket skapade en tillfällig vattenatmosfär. När väl en vattenatmosfär har genererats skulle is kondenseras i de kalla polkratrarna och bilda de ljusa avlagringar som vi fortfarande ser idag. Alternativt , kan isavlagringarna ha bildats av laviner av isrikt material. Den här isen skulle sedan överleva i enbart de kalla skuggade kratrarna, hur som helst, dessa händelser var väldigt nya på en astronomisk tidsskala.

Studien undersökte också möjligheten att andra typer av isar, förutom vattenis, kan vara fångade i dessa ovanliga kratrar på Ceres. På vår måne är delar av polära kratrar så kalla att till och med CO₂ is och några andra kemiska arter kan vara kvar i dem i miljarder år. Ceres är längre bort från solen, så dess polära kratrar kan förväntas vara ännu kallare än månens.

Schorghofer beräknade temperaturer inne i Ceres polarkratrar, något som aldrig hade gjorts tidigare. Svaret var överraskande:Även om dessa kratrar är tillräckligt kalla för att behålla vattenis, är de för varma för att behålla andra vanliga typer av is.

Två omständigheter bidrar till detta. För det första är Ceres axellutning, för närvarande 4 grader, högre än månens 1,5 graders lutning, så fler av kraterkanterna är solbelysta och mer ljus sprids ut på kratergolvet. För det andra har Ceres helt enkelt inga perennt skuggade kratrar mycket nära nordpolen, till skillnad från månen, där en krater sitter nästan exakt på sydpolen. Av dessa skäl är temperaturen inte lika låg på Ceres som på delar av månens yta.

Studien beskriver den nya metoden som används för att rekonstruera topografi med hjälp av stereobilder av skuggade kratrar, tillhandahåller en ny karta över perennt skuggade områden för hela den nordliga polarregionen av Ceres, bestämmer omfattningen av perennt skuggade områden inuti polära kratrar med ljusa isavlagringar, och uppskattar temperaturerna för det inre av dessa kratrar.

"Oavsett historien om dessa isavlagringar, var det ett resultat av händelser som inte var mycket äldre än den mänskliga civilisationen," sa Schorghofer.

Mer information: Norbert Schorghofer et al, History of Ceres's Cold Traps Based on Refined Shape Models, The Planetary Science Journal (2024). DOI:10.3847/PSJ/ad3639

Journalinformation: The Planetary Science Journal

Tillhandahålls av Planetary Science Institute