Later dit jaar zal NASA een sonde ter grootte van een tennisbaan lanceren naar de asteroïdengordel, een gebied tussen de banen van Mars en Jupiter waar overblijfselen van het vroege zonnestelsel rond de zon cirkelen. Eenmaal in de asteroïdengordel zal het ruimtevaartuig inzoomen op Psyche, een grote, metaalrijke asteroïde waarvan wordt gedacht dat het de oude kern van een vroege planeet is. De sonde, genoemd naar zijn asteroïde doelwit, zal dan bijna twee jaar in een baan rond het oppervlak van Psyche draaien en analyseren op aanwijzingen over hoe vroege planetaire lichamen evolueerden.

Voorafgaand aan de missie, die wordt geleid door hoofdonderzoeker Lindy Elkins-Tanton, hebben planetaire wetenschappers van MIT en elders nu een voorproefje gegeven van wat het ruimtevaartuig Psyche zou kunnen zien wanneer het zijn bestemming bereikt.

In een artikel dat vandaag verschijnt in het Journal of Geophysical Research:Planets , presenteert het team de meest gedetailleerde kaarten van de oppervlakte-eigenschappen van de asteroïde tot nu toe, gebaseerd op waarnemingen die zijn gedaan door een groot aantal grondtelescopen in het noorden van Chili. De kaarten onthullen uitgestrekte metaalrijke gebieden die over het oppervlak van de asteroïde vegen, samen met een grote depressie die een andere oppervlaktetextuur lijkt te hebben tussen het interieur en de rand; dit verschil zou kunnen wijzen op een krater gevuld met fijner zand en omrand met meer rotsachtig materiaal.

Over het algemeen bleek het oppervlak van Psyche verrassend gevarieerd te zijn in zijn eigenschappen.

De nieuwe kaarten duiden op de geschiedenis van de asteroïde. De rotsachtige gebieden kunnen overblijfselen zijn van een oude mantel - qua samenstelling vergelijkbaar met de rotsachtige buitenste laag van de aarde, Mars en de asteroïde Vesta - of de afdruk van eerdere inslagen door ruimterotsen. Ten slotte ondersteunen kraters die metallisch materiaal bevatten het idee van eerdere studies dat de asteroïde mogelijk vroege uitbarstingen van metalen lava heeft meegemaakt toen de oude kern afkoelde.

"Het oppervlak van Psyche is erg heterogeen", zegt hoofdauteur Saverio Cambioni, de Crosby Distinguished Postdoctoral Fellow in het MIT's Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences (EAPS). "Het is een geëvolueerd oppervlak en deze kaarten bevestigen dat metaalrijke asteroïden interessante, raadselachtige werelden zijn. Het is nog een reden om uit te kijken naar de Psyche-missie die naar de asteroïde gaat."

Cambioni's co-auteurs zijn Katherine de Kleer, assistent-professor planetaire wetenschappen en astronomie aan Caltech, en Michael Shepard, hoogleraar milieu-, geografische en geologische wetenschappen aan de Bloomsburg University.

Telescoopvermogen

Het oppervlak van Psyche is een focus geweest van talloze eerdere mapping-inspanningen. Onderzoekers hebben de asteroïde waargenomen met behulp van verschillende telescopen om het licht te meten dat door de asteroïde wordt uitgezonden op infrarode golflengten, die informatie bevatten over de samenstelling van het oppervlak van Psyche. Deze studies konden variaties in compositie over het oppervlak echter niet ruimtelijk oplossen.

Cambioni en zijn collega's waren in plaats daarvan in staat om Psyche in fijner detail te zien, met een resolutie van ongeveer 20 mijl per pixel, met behulp van het gecombineerde vermogen van de 66 radioantennes van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in het noorden van Chili. Elke antenne van ALMA meet het licht dat door een object wordt uitgezonden op millimetergolflengten, binnen een bereik dat gevoelig is voor temperatuur en bepaalde elektrische eigenschappen van oppervlaktematerialen.

"De signalen van de ALMA-antennes kunnen worden gecombineerd tot een synthetisch signaal dat overeenkomt met een telescoop met een diameter van 16 kilometer", zegt de Kleer. "Hoe groter de telescoop, hoe hoger de resolutie."

Op 19 juni 2019 richtte ALMA zijn hele reeks op Psyche terwijl het rond de asteroïdengordel draaide en ronddraaide. De Kleer verzamelde tijdens deze periode gegevens en zette deze om in een kaart van thermische emissies over het oppervlak van de asteroïde, die het team rapporteerde in een studie uit 2021. Diezelfde gegevens werden door Shepard gebruikt om het meest recente 3D-vormmodel met hoge resolutie van Psyche te produceren, dat ook in 2021 werd gepubliceerd.

Een wedstrijd vangen

In de nieuwe studie voerde Cambioni simulaties uit van Psyche om te zien welke oppervlakte-eigenschappen het best overeenkomen en om de gemeten thermische emissies te verklaren. In elk van de honderden gesimuleerde scenario's zette hij het oppervlak van de asteroïde in met verschillende combinaties van materialen, zoals gebieden met verschillende metaalconcentraties. Hij modelleerde de rotatie van de asteroïde en mat hoe gesimuleerde materialen op de asteroïde thermische emissies zouden afgeven. Camioni ging vervolgens op zoek naar de gesimuleerde emissies die het best overeenkwamen met de daadwerkelijke emissies die door ALMA werden gemeten. Dat scenario, zo redeneerde hij, zou de meest waarschijnlijke kaart van de oppervlaktematerialen van de asteroïde onthullen.

"We hebben deze simulaties gebied per gebied uitgevoerd, zodat we verschillen in oppervlakte-eigenschappen konden detecteren", zegt Cambioni.

De studie leverde gedetailleerde kaarten op van de oppervlakte-eigenschappen van Psyche, waaruit blijkt dat de façade van de asteroïde waarschijnlijk is bedekt met een grote verscheidenheid aan materialen. De onderzoekers bevestigden dat het oppervlak van Psyche over het algemeen rijk is aan metalen, maar de overvloed aan metalen en silicaten varieert over het oppervlak. Dit kan een verdere aanwijzing zijn dat de asteroïde in het begin van zijn vorming mogelijk een silicaatrijke mantel heeft gehad die sindsdien is verdwenen.

Ze ontdekten ook dat, terwijl de asteroïde draait, het materiaal op de bodem van een grote depressie - waarschijnlijk een krater - veel sneller van temperatuur verandert dan materiaal langs de rand. Dit suggereert dat de kraterbodem bedekt is met "vijvers" van fijnkorrelig materiaal, zoals zand op aarde, dat snel opwarmt, terwijl de kraterranden zijn samengesteld uit rotsachtige, langzamer tot warme materialen.

"Er zijn vijvers met fijnkorrelige materialen gezien op kleine asteroïden, waarvan de zwaartekracht laag genoeg is om door inslagen het oppervlak te laten schudden en fijnere materialen te laten samenvloeien", zegt Cambioni. "Maar Psyche is een groot lichaam, dus als fijnkorrelig materiaal zich ophoopt op de bodem van de depressie, is dit interessant en enigszins mysterieus."

"Deze gegevens laten zien dat het oppervlak van Psyche heterogeen is, met mogelijk opmerkelijke variaties in samenstelling", zegt Simone Marchi, stafwetenschapper bij het Southwest Research Institute en mede-onderzoeker van NASA's Psyche-missie, die niet betrokken was bij het huidige onderzoek. "Een van de belangrijkste doelen van de Psyche-missie is om de samenstelling van het asteroïde-oppervlak te bestuderen met behulp van zijn gammastralen en neutronenspectrometer en een kleurenbeeldvormer. Dus de mogelijke aanwezigheid van heterogeniteiten in de samenstelling is iets dat het Psyche Science Team graag wil bestuderen meer." + Verder verkennen

Observatorium in Chili neemt metingen met de hoogste resolutie van oppervlaktetemperaturen van asteroïden die ooit van de aarde zijn verkregen

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.