Įvairus asteroido Psyche paviršius rodo dinamišką istoriją, kuri gali apimti mineralų išsiveržimus, asteroido drebėjimo poveikį ir trūkstamą uolų mantiją.

Vėliau šiais metaisIr[{” 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.

Kairėje šis žemėlapis rodo Psyche paviršiaus charakteristikas, nuo smėlio (violetinės / žemos) iki uolėtų (geltonos / aukštos) zonos. Dešinėje esančiame žemėlapyje parodyta mineralų gausa psichikoje, nuo mažo (violetinės) iki didelės (geltonos).

pasivyti rungtynes

Naujajame tyrime Cambioni atliko Psyche modeliavimą, kad išsiaiškintų, kurios paviršiaus savybės geriausiai atitiktų ir paaiškintų išmatuotą šilumos emisiją. Kiekviename iš šimtų modeliuotų scenarijų jis asteroido paviršių nubrėžė skirtingais medžiagų deriniais, pvz., regionais, kuriuose yra skirtinga mineralų gausa. Jis sumodeliavo asteroido sukimąsi ir išmatavo, kaip ant asteroido imituotos medžiagos skleis šilumą. Tada Campione ieškojo imituotų išmetamųjų teršalų, kurie geriausiai atitiktų tikrąjį ALMA išmatuotą išmetamųjų teršalų kiekį. Šis scenarijus, jo manymu, atskleis labiausiai tikėtiną asteroido paviršiaus medžiagos žemėlapį.

„Mes atlikome šiuos modeliavimus pagal regioną, kol galėjome nustatyti paviršiaus savybių skirtumus“, – sako Campione.

Tyrimo metu buvo sukurti išsamūs Psichės paviršiaus savybių žemėlapiai, rodantys, kad asteroido sąsaja greičiausiai yra padengta daugybe medžiagų. Tyrėjai pabrėžė, kad Psichės paviršiuje apskritai gausu mineralų, tačiau mineralų ir silikatų gausa skiriasi priklausomai nuo jo paviršiaus. Tai gali būti dar viena užuomina, kad asteroidas savo formavimosi pradžioje galėjo turėti silikato turtingą mantiją, kuri vėliau išnyko.

Jie taip pat išsiaiškino, kad asteroidui skriejant orbitoje, didelės įdubos apačioje esanti medžiaga – greičiausiai krateris – keitė temperatūrą daug greičiau nei medžiaga palei kraštą. Tai rodo, kad kraterio dugnas yra padengtas smulkiagrūdės medžiagos, pavyzdžiui, smėlio ant žemės, „tvenkiniais“, kurie greitai įkaista, o kraterio kraštai yra sudaryti iš lėtesnės, šiltesnės uolinės medžiagos.

„Ant mažų asteroidų buvo pastebėti smulkiagrūdžių medžiagų tvenkiniai, jų gravitacija yra pakankamai maža, kad paviršių drebantys smūgiai sukeltų smulkesnių medžiagų agregaciją“, – sako Campione. „Tačiau psichika yra didelis kūnas, todėl jei depresijos apačioje kaupiasi smulkiagrūdė medžiaga, tai gana įdomu ir paslaptinga.”

„Šie duomenys rodo, kad Psyche paviršius yra nevienalytis, su ryškiais sudėties skirtumais“, – sako Simone Marchi, Pietvakarių tyrimų instituto mokslininkė ir NASA Psyche misijos bendratyrė, kuri nedalyvavo šiame tyrime. „Vienas iš pagrindinių „Psyche” misijos tikslų yra ištirti asteroido paviršiaus sudėtį, naudojant gama spindulius, neutronų spektrometrą ir spalvų vaizduoklį. Taigi, galimas kompozicinių genų buvimas yra tai, ką psichologų komanda nori toliau tirti. “

Nuoroda: Saverio Campione, Catherine de Clare ir Michael Shepherd „Nevienodas asteroido (16) psichikos paviršius“, 2022 m. gegužės 19 d., pasiekiama čia. Geofizinių tyrimų žurnalas: planetos.
DOI: 10.1029/2021JE007091

Šį tyrimą palaikė EAPS Crosby išskirtinė postdoktorantūros stipendija ir iš dalies Heising-Simons fondas.